阻抗傳感器激勵源分流特性影響分析

柴金剛胡金海王純玲馬水龍謝榮華

(1.大慶油田測試技術服務分公司 黑龍江大慶) (2.大慶油田有限責任公司 黑龍江大慶)

阻抗傳感器激勵源分流特性影響分析

柴金剛1胡金海1王純玲1馬水龍1謝榮華2

(1.大慶油田測試技術服務分公司 黑龍江大慶) (2.大慶油田有限責任公司 黑龍江大慶)

文章分析了阻抗傳感器存在的分流特性,室內靜態實驗主要模擬環狀流,對分流對全水值的影響進行了分析,采用靜態刻度裝置進行實驗,表明分流并不影響實驗結果;對動態實驗分析,在含水率50%～100%時分流不影響刻度結果,通過動、靜態實驗研究對比得出阻抗傳感器的分流不影響全水值大小,不影響含水率標定與測量。

0 引 言

當油田開發處于高含水開發時期,準確、可靠地測量井下油水兩相流的含水率是一個重大的技術難題。基于這種情況,提出了一種基于阻抗式含水率的測量方法。與傳統的電容測量法相比,具有便于時實監控,測量結果受溫度、電極沾污和流態的影響較小等優點。實驗表明,在高含水的情況下有較好的測量效果。在對油水兩相流的含水率進行測量時需要使用恒流的交流激勵源對阻抗傳感器進行激勵[1]。在此基礎上又對阻抗傳感器的激勵源電路進行了優化設計,采用了直流恒流源器件,通過快速切換正負極性的方式形成雙向脈沖激勵恒流源,有效地解決了傳統激勵源的受溫度影響大、抗干擾能力差、輸出電流較小、處理電路復雜等缺點[2]。目前阻抗儀器已經成為產液剖面測井的主力儀器。要保證和進一步提高儀器的使用效果,需要對儀器進行進一步的認識,對儀器進行不斷的改進和完善,對現場反應和提出的問題要及時進行理論和實驗研究,通過分析問題和基礎理論探索其影響程度,提出解決辦法。

1 阻抗傳感器分流影響等效分析和實驗驗證

1.1 分流影響理論分析

在對油水兩相流的含水率進行測量時采用的是四電極結構的阻抗式含水率計,如圖1所示。

圖1 傳感器的結構示意圖

由于阻抗式含水率計的傳感器采用交流恒流源供電,發射電極Ⅱ(供電電極地)連接交流地,而儀器外筒是直流地同時又是交流地,根據等效電路原理,當流體流過傳感器時存在著分流現象I1、I2,上下絕緣面相當于接地,即I=I1+I2我們將對傳感器的分流現象進行動靜態分析。

1.2 實驗驗證

實驗表明,油水界面在絕緣段里和絕緣段以外都影響著全水值的大小,但不受傳感器上下分流現象的影響。

油水界面位置對全水值影響的實驗:整個激勵源如圖2所示,傳感器上部的出液口距離絕緣面頂端9 cm,而絕緣面到第一電極的距離為3.5 cm,在這個有效范圍內,我們根據水面位置的不同分別取點測量全水值,見表1。

從表1可以看出,在水面在絕緣面以上每隔1 cm進行一次標定,全水值在765 Hz～767 Hz,而當水面在絕緣界面以下激勵電極之上時每隔0.5 cm進行標定時頻率在1 010 Hz～1 058 Hz之間,明顯大于絕緣面以上時的值,因為在絕緣面以上時一部分電流I1從上面金屬壁流走,當水面在絕緣臨界面之下時,電流全部向下,沒有分流,所以全水值頻率相應增大,可見傳感器在絕緣界面以上沒過出液口以下時向上存在分流現象,進而證明了傳感器存在分流現象。

圖2 傳感器整個激勵源到出液口的結構圖

表1 傳感器激勵源液面在不同位置的全水值頻率關系

2 阻抗傳感器靜態影響分流實驗及分析

所謂的靜態實驗,就是在充滿水的傳感器內插入不同體積的絕緣物來進行的。用5支不同直徑的絕緣圓柱體模擬油柱,分別代表含油10%、20%、30%、40%、50%即含水率分別為90%、80%、70%、60%、50%[3]。通過實驗得出,清水、4000ppm、1500ppm鹽水下的含水率相對響應與持水率的關系。

2.1 不同礦化度下的靜態實驗

把阻抗傳感器放入礦化度為4 000 ppm、1 500 ppm鹽水中,從圖3可以看出含水率與所對應的持水率相對響應呈線性關系,近于y=x線性方程,并且兩種情況下近于重合。

2.2 清水下的靜態實驗

圖3 不同礦化度下含水率相對響應與持水率的關系

按上述刻度步驟依次得清水中實驗結果,從圖4可以看出含水率相對響應與所對應的持水率呈線性關系,并且近于y=x線性方程。

圖4 清水下含水率相對響應與持水率的關系

2.3 不同溫度下的刻度實驗

圖5 含水率相對響應與持水率的關系

該實驗是在一定礦化度濃度下進行的,例如1 500 ppm,實驗溫度30℃,70℃,實驗結果如圖5所示。從圖上可以看出在這三種溫度下分別得到的三條直線同樣近于重合。因此表明含水率相對響應同樣只和絕緣柱體體積有關,與溫度無關。

通過靜態實驗得出,阻抗傳感器含水率的測量不受礦化度、濃度及溫度的影響,含水率相對響應主要和持水率有關,也可以說主要與絕緣柱體的體積有關。全水值的大小不受分流現象的影響或影響較小。

3 動態實驗驗證分流特性對測量結果的影響

開展動態實驗研究,實驗在多相流模擬井上完成,以柴油和水作為實驗介質。實驗中配給流量調節流量點,直到80 m3/d;各流量下含水率調節為50%、60%、70%、80%、90%和100%。為克服滑脫速度影響、提高流體流速,實驗采用集流的方式進行的。實驗所用儀器的傳感器結構與靜態實驗用傳感器結構完全相同。

3.1 不同流量不同含水率下的全水值分析

根據動態實驗結果,如圖6所示,不同流量下、不同含水率下所得的各個含水率相對響應值近于相等,并且含水率頻率響應和含水率的關系曲線接近靜態實驗結果。含水率所反映的全水值大小不受分流特性影響或受影響較小。證明了該儀器含水率測量傳感器不受分流影響或受分流影響較小。

圖6 不同流量下各含水率對應的全水值結果圖

3.2 儀器標定結果分析

對兩支儀器的含水率測量進行了重復實驗,重復實驗是在不同日期進行的。為了便于對比,將實驗數據繪在同一圖板中。

圖7 儀器含水率重復測量數據

圖7是阻抗儀器含水率重復實驗數據圖板,表明相對應的含水率線基本重合,表明阻抗儀器含水率儀器響應具有很好的重復性,計算得最大重復性標準差為1.36%。

可見,儀器具有很好的重復性,也表明分流特性不影響儀器標定結果。

4 結束語

通過動、靜態實驗對比,可以得到以下結論:

1)理論分析與靜態實驗表明傳感器激勵電極存在分流現象。

2)靜態實驗結果表明,含水率相對響應只和持水率有關也可以說僅與絕緣柱體的體積有關。全水值的實驗結果不受分流現象的影響或影響較小。

3)動態實驗表明,全水值受含水變化影響小,也說明分流特性影響不到全水值的測量。

4)儀器結果標定分析表明分流現象的存在不影響儀器的標定結果。

[1] 李 雷,劉興斌,胡金海,等.阻抗式含水率計響應模型的實驗研究[M].石油儀器,2007,21(3)

[2] 杜 萌,孔令富,李英偉,等.一種自適應切換的阻抗傳感器激勵源設計[M].電子技術,2008,46(10)

[3] 劉 純,袁智蕙,莊海軍,等.一種同時測量流量和含水率的流體阻抗傳感器[M].石油儀器,2004,18(5)

PI,2011,25(1):21～23

The article analyzes the shunt characteristics of the resistant sensor.The indoor static state tests mainly emulation cyclic flow.The influence of the shunt on the whole water is analyzed.A static scale instrument is adopted to carry out an experiment,which shows that the shunt does not influence the experiment result.The dynamic experiment shows that when the percentage of moisture is from 50%to 100%,the shunt does not influence scale.By comparing the dynamic and static experiment,we understand that the shut of resistant sensor does not influence the value of the whole water,and the calibration and measurement of the percentage of moisture.

Key words:transducer Excitation Source,characteristic of Dividing,water-holding,water holdup

The characteristics analysis of the resistant sensor.

Chai Jingang,Hu Jinhai,Wang Chunling,Ma Shuilong and Xie Ronghua.

P631.8+1

B

1004-9134(2011)01-0021-03

柴金剛,男,1981年生,助理工程師,2006年畢業于中國石油大學(華東)勘查技術與工程專業,工學學士學位,現在大慶油田測試技術服務分公司監測技術研發中心從事電路聯調與測試工作。郵編:163453

2010-09-07編輯:姜 婷)