[摘要]油田井下外流道式电磁流量计在油田注水井和注聚井中应用广泛，电极作为电磁流量计的关键部件,它的设计非常重要。电极的设计要考虑的方面非常多,而油田井下被测介质成分又非常复杂,因此应根据具体的井下被测介质成分通过试验来确定与之相匹配的电极材料。
1引言
油田开发后期,为了提高石油采收率，普遍采用了注水,注聚合物等采油工艺措施。在实施这些工艺措施的过程中，注入物多少(流量)的控制非常重要,注入物流量测量的精度是油田完成分层注水(聚合物)、实现原油高产稳产非常重要的指标。外流道式井下电磁流量计由于结构上无阻碍被测介质流动的节流件,不会发生管道堵塞、磨损等问题.测试正确率基本不受流体密度、压力.温度、粘度、雷诺数等的影响,在油田注水井特别是注聚井中得到广泛的应用。
2工作原理
电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律的原理来测量导电液体体积流量的仪器。根据法拉第电磁感应定律,当一导体在磁场中运动切割磁力线时,在导体的两端即产生感生电势e,其方向由.右手定则确定,其大小与磁感应强度B,导体在磁场内的长度L以及导体的运动速度v成正比，如果B,L,v三者互相垂直,则。与此相仿,我们把管道内流动的导电液体看成是导体运动,当管道置于磁场内,在垂直于磁场方向和流速方向安装两个与液体接触的电极，当导电液体在管道中以流速v流动时，导电流体就切割磁力线,则两电极之间也将产生感应电动势:E=BLv
L为电极之间的距离。
从式(1)可以看出,流速v与感应电动势E成正比,与电极之间的距离L和磁感应强度B成反比，与其它物理参数无关。在磁感应强度B恒定和电极之间的距离L不变时,只要测量出感应电动势E,即可得到液体流速及流量。
3电极设计要点
3.1导电性和非导磁性
通过电磁流量计的工作原理可知电极上要产生感应电动势,首先电极必须是导体,因此电极必须具有非常好的导电性能。另外,电极处于工作磁场中,为防止磁力线在电极上集中,电极材料必须是非导磁的。
3.2耐腐蚀性
在电磁流量计工作的过程中,电磁传感器部分只有电极与被测介质相接触,因此电极材料的耐腐蚀性能是选择电极材料的重要因素。
电极的耐腐蚀性能对测试性能的影响主要分为两个方面。
(1)电极受被测介质的腐蚀或磨损,会改变两电极间的距离L。对式的L求偏导,可以得到测量误差
(2)电极在被腐蚀的过程中,电极上会出现相当大的直流漂移电压,使测量输出产生大幅度的波动,影响到测试的读数。
3.3电极的表面效应
电极的表面效应分为表面化学反应、电化学和极化现象,以及电极的触媒作用三个方面。
(1)表面化学反应。电极表面与被测介质接触后,为了抗拒被测介质的腐蚀,往往会形成一层薄的钝化膜或氧化层。它们可能会提高电极表面的耐腐蚀性能,但也有可能增加表面接触电阻,导致仪器不能正常工作。
(2)电化学和极化现象。由于目前普遍采用低频矩形波励磁,虽然能减弱极化电势的影响,但并不能完全消除极化电势干扰的影响。极化电势与液体介质性质以及电极材料性质有关。电化学现象容易在测量过程中产生浆液噪声和流动噪声,引起仪表输出出现波动现象。为了避免或减小这个现象，可选配与被测液体电化学和极化电势作用小的材料以及低噪声电极。
(3)触媒作用。被测介质在电极的触媒作用下产生化学反应而影响测量。
3.4电极的表面光沽度
电极接触被测介质的表面对于粗糙度要求非常高,一般都应该抛光处理。主要原因有三个方面:表面光滑的金属在电解质中抗腐蚀性能较强;表面粗糙的金属,其产生的抗拒极化的氧化保护膜厚度不均匀,容易被颗粒状、纤维状等流体中的杂质划破，造成变动的直流电位,影响测量的稳定性;表面粗糙的电极容易在测试过程中被被测介质中的杂质污染,表面容易被杂质附着结垢，影响测试效果。
4井下应用环境分析
4.1注水驱油
注水驱油是油田应用时间最早，也是应用最多的-.种提高石油采收率的方式。理论上往井下注人的水的水质比较好,但是由于井下环境复杂，导致注水井中液体的成分很复杂。除了水之外,在高温高压的过程中还溶解了地层中的各种盐类和气体,水中含有大量HCO3、S02-4.C和CO2-、Mg2+.Sr2+,Ba2+等易结垢的离子。同时水中还含有大量的悬浮的固体颗粒，直径为1~100um。
4.2注聚合物驱油
聚合物驱油的基本原理是通过提高注人流体的黏度,调节油藏中油水两相的流度比,达到扩大波及体积的目的。聚合物驱油用到的主要聚合物为聚丙烯酰胺(简称PAM)、生物聚合物(黄胞.胶)和梳形抗盐聚合物(改性的聚丙烯酰胺)。
4.3化学复合驱油
化学复合驱油又叫三元复合驱油,主要利用碱.表面活性剂和聚合物的协同效应.较大幅度地提高原油采收率。其中三元体系中的碱和表面活性剂均属于特殊的腐蚀性介质。
5结论
油田井下外流道式电磁流量计电极的设计要考虑的因素非常多,需要根据具体的井下应用环境来确定。文中对电磁流量计电极设计中需要注意的地方进行了详细的分析和论述,同时对油田井下应用环境进行了简单的介绍,对于油田井下环境中应用的外流道式电磁流量计电极的设计具有一定的参考意义。
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