集流式电磁流量计应用于高含水油水两相流测量的研究

论文摘要

产出剖面测井的任务是完成对井下各产层的流量、流体组分、压力、温度以及密度等参数的测量,其中对流量的测量是比较重要的参数测量之一。与其他的流量计相比,电磁流量计具有结构简单、无活动部件和阻流元件,不受流体物理参数的影响,测量范围大、精度高,耐腐蚀性好,对流速的分布要求低,使用可靠等优点,已经成功的在各大油田的水井中进行应用。电磁法测量流量曾被广泛应用于地面单相的、导电(如水)流体的流量测量,也广泛应用于油田注水井、注聚井的注入剖面测井中。但在油田产出剖面测井中用于测量油水两相流的流量却未有人进行尝试。本题目作为一种生产测井中的产出剖面测井技术对油田的开发具有重要的理论意义。本课题研究了采用集流电磁流量计进行高含水油水两相流总流量的可行性,并进行了仿真和实验。利用Ansys有限元仿真软件开展对井下集流式电磁流量计流道内磁场仿真研究,在此基础上用两种方法研究励磁结构的优化方案:第一,以构造均匀磁场为目的对励磁结构进行优化,该方案通过Matlab数学计算软件把Ansys的仿真数据进行分析处理,进而分析电磁流量计流道内部的磁场,同时定义了四个磁场的评价指标,对各个指标进行综合的权衡,从而得到较优的励磁结构参数使得磁场均匀;第二,基于权重函数理论的励磁结构优化,该方案在仿真的基础上研究流量计流道内部的磁感应强度与权重函数乘积的分布情况,同时定义了两个指标来评价分布的优劣,进而从理论上得到最优的励磁结构参数,使得流体的平均流速与感应电动势成正比。然后对两种优化方案进行比较和优选。对集流式电磁流量计在大型多相流实验装置上进行了动态实验研究。实验结果表明:(1)在高含水条件下,仪器测量稳定可靠,适合于测量油水两相流总流量,且标定结果与含水率无关,但是随含水率增大,响应频率波动增大;(2)通过采取缩小流道的方法来降低测量的下限,测量效果得到显著改善,并且误差在±5%以内,达到了技术指标的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 产出剖面测井概述
• 1.2 产出剖面测井常用的几种流量测量方法
• 1.2.1 涡轮流量计
• 1.2.2 电导相关流量计
• 1.2.3 超声波流量计
• 1.3 电磁流量计概述
• 1.3.1 国内外电磁流量计的发展
• 1.3.2 电磁流量计的分类
• 1.3.3 电磁流量计的特点
• 1.3.4 电磁流量计的应用
• 1.4 本课题的研究背景和研究内容
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 本课题的主要研究内容
• 1.5 论文章节安排
• 第二章 集流式电磁流量计及其流道内敏感场仿真研究
• 2.1 电磁流量计测量原理
• 2.2 井下集流式电磁流量计集流结构
• 2.3 ANSYS 有限元仿真软件简介
• 2.3.1 软件简介
• 2.3.2 Ansys 有限元仿真软件应用于电磁场分析简介
• 2.3.3 APDL 简介
• 2.4 集流式电磁流量计流道内敏感场仿真研究
• 2.4.1 创建物理环境
• 2.4.2 建立模型和划分网格
• 2.4.3 加载边界条件、求解以及查看结果
• 2.5 本章小结
• 第三章 以构造均匀磁场为目的的励磁结构优化
• 3.1 构造均匀磁场以及磁场的评价指标
• 3.1.1 构造均匀磁场的目的
• 3.1.2 磁场的评价指标
• 3.2 仿真数据处理及分析
• 3.2.1 磁感应强度分布
• 3.2.2 不同励磁结构情况下部分磁场评价指标的分布研究
• 3.3 不同励磁结构情况下磁场均匀区域面积研究
• 3.3.1 磁场均匀区域面积的确定
• 3.3.2 不同励磁结构情况下均匀区域面积分布
• 3.4 励磁结构确定
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于权重函数理论的励磁结构优化
• 4.1 权重函数理论
• 4.2 BW 分布及评价指标
• 4.2.1 部分结构BW 分布图
• 4.2.2 评价BW 分布均匀性的两个指标
• 4.3 优化设计结果
• 4.4 理论计算最优励磁结构时感应电动势
• 4.5 两种励磁结构优化方案的比较与选取
• 4.6 本章小结
• 第五章 集流式电磁流量计动态实验研究
• 5.1 实验仪器介绍
• 5.2 动态实验装置以及流程简介
• 5.2.1 动态实验装置
• 5.2.2 动态实验流程
• 5.3 电磁流量计模拟井实验研究及指标检测
• 3/d 仪器实验结果'>5.3.1 流量上限为300m³/d 仪器实验结果
• 3/d 仪器实验结果'>5.3.2 流量上限为120m³/d 仪器实验结果
• 5.4 测量电极在水平管流中所处位置对测量结果影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要