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电磁流量计

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磁电流量计更换电磁流量计后油田注水系统计量准确的过程分析

来源:作者:发表时间:2021-02-23 08:55:14

摘要:注水系统的计量是保证油田平稳注水的重要环节,在对比目前应用的各型流量计相关原理结构的基础之上,通过流体力学的方法,利用软件建立模型分析,结合现场实际,对引起磁电流量计的计量误差及阀体内漏的原因进行分析,提出使用电磁流量计建议并投入现场试验;同时结合注水系统数字化应用系统,建立了注水系统全过程计量对比分析表,规范了流量计配套、标定,加大计量结果的应用,实现精细注水。

前言

        流量计是实现注水水量监控、确保注够水、精细注水的必备仪器。随着油田注水时间延长,采出水量增多和采出水回注区逐步扩大,现有磁电流量计由于结构设计、材质等缺陷无法满足油田注水要求,因此需要开展流量计改进选型及环节水量精细对比研究。

        通过对油田广泛使用的磁电流量计计量误差影响因素、阀体内漏等原因分析,重点改进测量方式、阀体结构组合并投入现场试验;同时规范注水计量管理工作,打造环节水量对比监控示范区,做好环节误差对比分析与数据结果应用,实现全过程水量预警管理。

1流量计使用现状

        某单位共有注水流量计3,099台,其中单井流量计2,420台,占比例78.1%,干线流量计401台占比例12.9%,水源井流量计278台,占比例9.0%。流量计主要为叶轮式流量计、电磁流量计和磁电式旋涡流量计3种,通过对各种流量计进行分析,其工作原理、优缺点及现场应用如下表1所示:

各流量计对比分析

        由于油田采出水具有高含油和高机杂等特点,流量计工作时易产生计量误差,本文主要针对磁电流量计误差因素分析,提出相关改进方法,通过现场应用取得较好效果。

2计量误差因素分析

2.1磁电流量计计量误差

2.1.1数学模型和数值方法

        借助流体力学的分析及仿真模拟软件,建立结合实际的模型,利用GAMBIT对模型进行网格划分和边界层的定义,导入软件进行相关参数的设置并说明相关因素的影响[1-2]。依据稳流配水装置的结构和尺寸,建立二维平面模型,模型三棱柱为正三角形(图1)。

稳流配水装置的基础模型

        利用GAMBIT建立该模型,对模型采用三角形均匀网格,三棱柱壁面和进出口较为密集的网格,并对进行边界层定义(图2)。

稳流模型配水网格划分和边界层定义

2.1.2计量误差影响因素分析

        阀体开度:阀体是实现稳流配水的关键部分,其实质是通过两个节流的作用从而实现流量的调节的。

管径分别14mm 和8mm 的速度云图

        随着管径的减小,涡街变得不稳定,且在节流的前端出现涡流,这两者均使感应电极出现误差;同时现场试验也证实,随着开度的增加,误差率降低,与理论计算吻合。

        三棱柱(信号发生体)的几何尺寸磨损:随着注水开发时间延长,在持续的升力和阻力作用下,对磁电流量计的三棱柱信号发生体会出现不同程度的磨损。计算信号发生体磨损后的状态可以看到,旋涡由原来的两个变成一个,且稳定性降低,磨损后的三棱柱的电动势必定要降低,转化成电信号后的流量则偏低,造成计量误差增大。

        注入介质:假定采出水的速度在0.01~100m/s之间变化,流动介质分为两相流动(采出水和残余油),设定残余油的含量为0.1%,在基础模型之上,采用两相流模型进行解算。

S-1井流量计闭合开度与误差率关系

        当速度分别为0.01m/s和0.1m/s时,不能形成涡街,相比于清水,出现稳定的涡街较晚。随着速度逐渐增大,涡街的稳定性不够,计量精度必定受到影响。此外,采出水水质必然加剧对信号发生体的磨损,进一步增大计量误差。

三棱柱磨损后的速度云图(0.1m/s)

采出水两相流的组成成分设定物性参数

2.2流量计阀体内漏原因分析

        传统固定阀体内部有2个扇形出水孔,对应的转动阀芯也有2个形状相同的出水孔,两个装配后,就是一个完整的阀体,阀体依靠固定阀体和转动阀芯两个平面密封,实现流量在零与最大值之间切换。

进口速度在0.01~100m/s时的速度云图(采出水)

        两个密封面之间的预紧力是依靠丝扣的旋紧程度而定,如果过于压紧密封面,则阀芯难以转动,如果过松,则会有水流通过。由于两个密封面在调节过程中长时间不停转动,间隙也会逐渐变大,高压水就可以通过密封面流出,流量计无法监测到从而造成阀体内漏。

固定阀体和转动阀体示意图

3注水管理模式

        以配套齐全、量程适中、定期校验、水表试验为管理目标,实现注水流程全过程监控。一是优选计量仪表量程、口径,主要是流量计配套及校验力度,重点对环节损坏、缺失及备用流量计进行配套,同时加大送检力度,确保环节水量误差≤10%。二是规范数字化模式下的监控报表,保证各环节水量差值能直观呈现,做好环节误差对比分析与数据结果应用,实现全过程水量预警管理。

4现场应用

4.1电磁流量计

        针对磁电流量计注入采出水中污垢易附着在两侧的管壁及采集电极表面,导致磁场不均匀、信号采集不稳定等问题,将其换为电磁流量计。更换后S-2站4口采出水井维护周期由原来的219天提高到306天,标定误差≤5%。

电磁式流量计在吴起作业区使用情况统计

4.2流量计阀体改进

        针对传统流量计中固定阀体和转动阀芯依靠两个阀体平面密封出现不严的情况,将固定阀体和转动阀芯结构进行调整改进,两端利用“O”型密封圈进行密封,进而降低阀体内漏风险。

改进型水表固定阀体和阀芯

4.3全过程环节计量对比

        完善并发布注水管理制度和注水流量计校准规范等相关标准,从制度上保障精细注水计量管理有法可依、有章可循。

注水流量计校准记录

同时在不同区域开展环节计量对比分析,加大环节数据对比分析,加密水表标定,保证了环节水量计量误差控制在10%以内。

5认识及建议

        5.1通过分析流量计产生误差因素,由于采出水物性的原因,在选择流量计时避免叶轮、感应电机等与采出水直接接触,从而提高采集数据真实,降低注水计量误差。

        5.2根据流量计中固定阀体和转动阀芯平面密封问题,查找流量计漏失原因,调整改进流量计的阀体结构,减少漏失水量,提高计量的准确度。

        5.3通过规范流量计标定与配套,结合注水系统数字化应用,建立环节水量对比监控分析,加大计量结果的应用,实现了注水系统预警管理,满足现场精细注水需求。