流量计系列产品
 
 

一体式电磁流量计的误差来源分析

发布时间:2017-11-13
 

1、测量原理
电磁流量计是基于法拉第电磁感应定律的流量测量仪表,测量原理如图1。

当具有一定电导率的流体在磁场中沿垂直方向流动而切割磁力线时,在管道两侧的探测电极上产生感应电势 e:
e=BDν   (1)
式中e——感应电动势,V
B——磁感应强度,T
D——管道直径,m
ν——流体平均流速,m/s
设流经测量管道横截面的流体瞬时体积流量为Q。则有

由于磁感应强度B和管道内径D为固定值,由(3)式可知,流量Q与感应电势e成正比,与其它因素无关,由检测电路测量出感应电势e,便可得出流体的流量Q。
2、电磁流量计结构、理及技术指标
2.1电磁流量计结构
井下电磁流量计自上而下依次为磁性定位器、上扶正器、检测电路、测量电极、下扶正器,结构示意图如图2。

测量电极及检测电路是流量计的核心部分,用于测量和处理流量信号,磁性定位器测量油套管接箍信号,用于准确确定流量计在井下深度,上下扶正器使测量时流量计居于套管中央位置。

2.3主要技术指标
流量计在初次投入实际测井应用前或使用一段时间后,均需在井筒模拟装置内对其进行实液刻度,以得出刻度图版。图4是某支流量计q-f关系图版,相关系数R显示数据拟合效果非常好,利用回归公式将测量频率值转换成流量值。

主要技术指标
流量测量范围2~500m3/d,测量误差±1%,耐温90℃,耐压50MPa,外径38mm,工作电流60mA。
2.2工作原理
流量计通过电缆头与测井电缆相连接。用电缆将流量计下至井下,当流量计到达预定的测试深度后,地面仪器通过电缆给流量计供电。晶振电路产生的信号经整形后,一路送采样电路作为采样脉冲,另一路经功率放大后送激磁线圈,在测量探头周围产生交变磁场,如果仪器所在位置套管内有液体流动,流动液体将切割磁力线而在测量电极上产生感应电动势,该电动势经差动放大、采样保持、电压频率转换、驱动等电路处理后转换成频率信号,与磁定位信号复合后一起通过测井电缆传送至地面二次仪表作进一步接收和处理。其电路工作原理如图3所示。
3、误差来源
(1)介质中杂质的影响。一体式电磁流量计是在检定室内的流量模拟系统(简称流标)中标定和检定的。采用的介质是清水,介质需要提前储存到水箱中,以清除介质中的气泡。然后在仪器上、下两端分别接上、下扶正器,使仪器能够稳定地固定在井筒管道的中央位置。但是由于长期多次循环使用,井筒内的介质中会含有大量的油污、泥砂、气泡等杂质。一体式电磁流量计的磁激励线圈发出信号后,信号经过流体传播,由于有杂质和气泡的影响,信号强度不断减小,并且强度也不稳定。这些杂质的存在会对电磁信号的传播产生散射,影响电磁信号的传播速度,当电极表面磨损,以及仪器中夹带泥砂、气泡、油污、水生物或碎片堆积而引起信号的过量衰减时(除正常的扩散损失外),也可能产生流速测量误差。而且,电磁信号可能由于碎片过多而失真。
(2)井筒半径测量误差。检定过程中模拟井井筒的半径测量误差在流量中表现出来,因为半径是圆管积分中的一项。为了最大限度地减小这一误差,应用高精度的测量仪器在若干位置测量其半径,然后将其平均以补偿管的圆度。由于本文所述流量计是工作在模拟井内,测量模拟井的井筒内径显然是不现实的,职能根据标准模拟井的内径来计算。
(3)管路的长度。模拟井管路长度的测量误差将在流速中表现出来,因为这两个参数是成正比的。如用钢卷尺、测径仪或毫米尺测量距离,这一误差通常可保持在0.1%以下。一体式电磁流量计在模拟井中进行检定时,仪器在软连接的作用下被固定在井筒的某一位置,管路的入口长度和出口长度均有严格的规定,入口长度应为管径的5倍,出口长度应为管径的10倍。由于仪器长短不同,入口长度固定不变,但出口长度会有变化,因此也会给仪器测量带来误差。
(4)管路的角度。管路弯道角度的测量误差将在流速中表现出来,因为流速与声路角的余弦成反比。声路角度的测量误差可直接转换成流速误差,为了将这一误差减小到最低限度,应使用高精度的角度测量仪器,使声路角的测量误差可以很小。
(5)非液体的传播延时。除运动流体之外,其余部分的传播时间会引起流速误差。这包括检测电路延时,与传感器有关的电磁信号的延时,以及当传感器与运动流体分离时的静态延时,都会产生流速测量误差。检定中用于控制传播时间计数器的晶振抖动和漂移也会产生流速测量误差。
(6)标定系统误差。对于一支量程为500m³/d的电磁流量计,其标称误差是2.0%。如果仪器在检定时的结果超过这个范围,就应该重新标定该仪器。而对于一支合格的仪器,它的精度在1%-2%的概率是最高的。电磁的工作原理是电磁感应定律来测量流量,即相位差越小,流量计的流量也越小,反之越小的流量测量误差也就越大,所以设置流量点时最小的流量应不低于30m³/d。
3 结论
(1)一体式电磁流量计的电极和传感器在标检前一定要擦洗干净,否则会影响测试精度。甚至有些污物会直接附着在电极上,使其不能发射和接收信号,造成测试失败。
(2)标检前排空不到位,介质中仍存留气泡,将直接影响电磁流量计的测试精度。
(3)稳流段的长度不标准,也将影响测试精度。
(4)由于水中含有大量的落物,导致电磁流量计信号的散射,影响测试精度,因此要保证水质,定期清理水箱,避免有大的悬浮物。