摘 要：單井計(jì)量工作對于油田的產(chǎn)量分析和科學(xué)開發(fā)是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作。本文針對目前國內(nèi)油田單井計(jì)量的現(xiàn)狀，提出了一種由HKC質(zhì)量流量計(jì)組成的單井計(jì)量系統(tǒng)。

關(guān)鍵字：HKC質(zhì)量流量計(jì) 單井 計(jì)量 流量

      一、單井計(jì)量現(xiàn)狀

      1.單井計(jì)量的特點(diǎn)

      每個(gè)計(jì)量站不同的油井液量及含水率變化很大，一般儀表的量程比只有1:10左右無法適應(yīng)：存在多相介質(zhì)混合且不穩(wěn)定。

      2. 單井計(jì)量技術(shù)的發(fā)展概況

      多年來計(jì)量人員通過試驗(yàn)在單井計(jì)量技術(shù)上取得了一些成果，目前國內(nèi)各油田單井計(jì)量方法主要有玻璃管人工量油和三相分離儀表計(jì)量等。玻璃管人工量油方法主要特點(diǎn)是工藝流程簡單、設(shè)備少，其缺點(diǎn)為：以極短時(shí)間檢測折算全天產(chǎn)液量，計(jì)量準(zhǔn)確性較差。兩相分離器配全套儀表量油方法，能實(shí)現(xiàn)一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)的計(jì)量，缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜、儀表多、成本高且維護(hù)費(fèi)用高。近年來國內(nèi)研究試驗(yàn)了三相計(jì)量裝置，油井產(chǎn)出的油、氣、水混合物經(jīng)分離后儀表直接計(jì)量油氣水的單項(xiàng)量值，分離后原油含水率較低，解決了高含水測量的問題；但工藝設(shè)備、建設(shè)費(fèi)用及維護(hù)費(fèi)用很高。

      針對國內(nèi)油田單井計(jì)量的現(xiàn)狀，我們研制了一種由HKC質(zhì)量流量計(jì)組成的單井計(jì)量系統(tǒng)。

      二、HKC質(zhì)量流量計(jì)測量含水率的工作原理

      HKC質(zhì)量流量計(jì)由傳感器和二次表兩部分組成。傳感器的作用原理是以檢測振動(dòng)敏感管中因液體流動(dòng)而產(chǎn)生的哥氏力為基礎(chǔ)的。即當(dāng)液體以一定的速度流過傳感器的以角速度回轉(zhuǎn)的雙環(huán)管時(shí)，環(huán)管的兩端在哥氏力的作用下產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，并將此與流量成正比的信號直接輸入到二次表，二次表進(jìn)行處理計(jì)算通過顯示器及打印機(jī)輸出流體參數(shù)。HKC質(zhì)量流量計(jì)測量含水率的原理是：儀表可以直接測量混合液的密度ρ_L；通過化驗(yàn)可以知道油和水的密度ρ_O與ρ_W。這樣，假定原油和純油、純水的體積為V_L、V_O和V_W，時(shí)，根據(jù)質(zhì)量不變的關(guān)系：

      ρ_LV_L=ρ_OV_O+ρ_WV_W              （1）

      由于混合液對體積來說也是水和油體積之和，即：

      V_L=V_W+V_O                   （2）

      按照定義：含水率Km是水質(zhì)量與原油質(zhì)量之比，就是

      K_m=ρ_WV_W/（ρ_LV_L）            （3）

      這樣，把式（1），式（2）和式（3）三式聯(lián)解，即可求得介質(zhì)含水率為：

      K_m=ρ_W/（ρ_W-ρ_O）- ρ_Wp_O/[（ρ_W-P_O）ρ_L]          （4）

      三、關(guān)鍵技術(shù)的解決

      1. 諧振頻率的自調(diào)整技術(shù)

      根據(jù)流量計(jì)的工作原理，要求敏感管始終工作在諧振狀態(tài)，也就是無論管內(nèi)為何種流體，在不同溫度、壓力和粘度條件下，敏感管均能處于諧振狀態(tài)。為此目的，采取了高精度數(shù)字調(diào)頻技術(shù)，即隨時(shí)測量敏感管振動(dòng)過程中儀器的輸出與激勵(lì)信號之間的相位差并反饋到CPU，由CPU控制調(diào)整激勵(lì)頻率，使相位差趨于零而達(dá)到所希望的諧振狀態(tài)。利用計(jì)算機(jī)調(diào)控諧振的措施，不僅提高了流量和密度的測量準(zhǔn)確度，而且擴(kuò)展了密度的測量范圍，并改善了流量計(jì)對含氣流體計(jì)量的適應(yīng)性。

      2. 采用相關(guān)檢測原理提高信號檢測準(zhǔn)確度

      HKC質(zhì)量流量計(jì)對流量的檢測準(zhǔn)確度主要取決于準(zhǔn)確地測量傳感器輸出電壓信號的相位差。同時(shí)還要受到外界機(jī)械振動(dòng)和流體水力學(xué)噪聲的干擾。為了能有效了濾除各種噪聲，對有用信號實(shí)現(xiàn)高精度檢測，我們采用了相關(guān)檢測技術(shù)，也就是參考信號與輸入信號選用同一信號源，實(shí)現(xiàn)相位跟蹤鎖定，使電路能從混雜的輸入信號中提取頻率為振動(dòng)頻率的有用分量，有效地抑制干擾噪聲，提高了信噪比，以保證最佳的傳遞特性。

      3. 對溫度變化的影響進(jìn)行有效補(bǔ)償

      由于流量計(jì)對哥氏力的測量準(zhǔn)確度直接與敏感管材料的彈性穩(wěn)定性有關(guān)，而材料的彈性系數(shù)則受溫度變化的影響。為了提高HKC質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度，首先從理論上進(jìn)行分析，找出了溫度對測量質(zhì)量流量和密度的影響曲線，再利用裝在敏感管附近的溫度敏感元件所感測的溫度變化值，由計(jì)算機(jī)予以補(bǔ)償。

      四、現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)情況

      采用HKC質(zhì)量流量計(jì)的單井計(jì)量系統(tǒng)，在大港油田7個(gè)計(jì)量站進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，證明儀表能夠直接測量經(jīng)過簡單氣液分離后的油水混合液質(zhì)量流量及油水混合液的含水率。

      1. 計(jì)量準(zhǔn)確度室內(nèi)試驗(yàn)

      （1）流量計(jì)量試驗(yàn)

      選取36t/h，18t/h，7.2t/h，0.6t/h流量點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，測試數(shù)據(jù)的平均誤差0.066%，最大誤差0.2% 。

      （2）密度計(jì)量試驗(yàn)

      選取汽油、酒精、水作為試樣，分別加入流量計(jì)中讀取顯示的密度值，然后用準(zhǔn)確度為0.0005g/cm³的石油浮子密度計(jì)測試試樣的密度，測試數(shù)據(jù)最大誤差0.04%。

      2. 對儀表的流量和含水率準(zhǔn)確度進(jìn)行考核

      （1）流量測量準(zhǔn)確度：先在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用水進(jìn)行室內(nèi)標(biāo)定，再由中國計(jì)量科學(xué)研究院進(jìn)行水樣標(biāo)定，兩項(xiàng)標(biāo)定均達(dá)到±0.2%的準(zhǔn)確度。
      （2）密度及含水率準(zhǔn)確度：現(xiàn)場通過HKC質(zhì)量流量計(jì)（型號為ZLJC-36）對不同含水即不同的混合密度進(jìn)行測量，并與準(zhǔn)確度為0.0005g/cm³的石油密度計(jì)（型號為SY-1）進(jìn)行對比，密度測量誤差最大為萬分之五，部分測量數(shù)據(jù)見表1。HKC質(zhì)量流量計(jì)測量含水率與現(xiàn)場加密取樣后用準(zhǔn)確度為±1%的石油含水電脫分析儀（型號為DTS）測量的含水率進(jìn)行對比，測得的含水值基本符合真實(shí)含水，含水率測量誤差最大為1.2% ，部分測量數(shù)據(jù)見表2。

 表1 HKC質(zhì)量流量計(jì)密度測量對比數(shù)據(jù)

井號	實(shí)驗(yàn)次數(shù)	HKC質(zhì)量流量計(jì)	密度計(jì)	混合密度誤差g/cm3
		混合密度g/cm3	混合密度g/cm3
1- 63	1	0.9972	0.9975	-0.0003
	2	0.9970	0.9968	+0.0003
4- 13	1	0.9872	0.9875	-0.0003
	2	0.9839	0.9838	+0.0001
4- 59- 1	1	0.9988	0.9990	-0.0002
	2	0.9990	0.9985	+0.0005
3- 62	1	0.9960	0.9957	+0.0003
	2	0.9998	1.0000	-0.0004
2- 62	1	0.9981	0.9986	-0.0005
	2	0.9984	0.9987	-0.0003
3- 61	1	0.9974	0.9978	-0.0004
	2	0.9997	0.9994	+0.0003

      表2 HKC質(zhì)量流量計(jì)含水率測量對比數(shù)據(jù)

井號	實(shí)驗(yàn)次數(shù)	HKC質(zhì)量流量計(jì)	密度計(jì)	含水率誤差%
		含水率%	含水率%
1- 61- 1	1	96.8	96.0	+0.8
	2	93.0	92.47	+0.53
3- 62	1	95.46	96.3	-0.84
	2	96.73	96.52	+0.21
東5- 10	1	82.87	84	-1.13
	2	77.46	78.12	-0.66
東檢4	1	94.7	94.49	+0.21
	2	95.2	94.90	+0.30

      3. 在大港油田檢測中心三相流測試裝置上用原油、天然氣、水對HKC質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行了實(shí)液測試

      （1）流量值測試：測量介質(zhì)為純水時(shí)流量測量平均誤差-0.277% ，測量誤差最大為千分之三：測量介質(zhì)為純油時(shí)流量測量平均誤差-0.322%，測量誤差最大為千分之三點(diǎn)五；測量介質(zhì)為油水混合液時(shí)流量測量平均誤差-0.021%，測量誤差最大為千分之四點(diǎn)九；
      （2）含水值測試：介質(zhì)為油水混合液不同流量時(shí)含水值測量平均誤差-0.2% ，測量誤差最大為百分之一。
      （3）游離氣對HKC質(zhì)量流量計(jì)的影響測試：當(dāng)流經(jīng)HKC質(zhì)量流量計(jì)的液體中游離氣含量低于4%時(shí)，不影響液體計(jì)量，當(dāng)含氣為5%~13%時(shí)誤差較大（小于4.5%），當(dāng)含氣超過14%時(shí)HKC質(zhì)量流量計(jì)工作不正常。

      五、HKC質(zhì)量流量計(jì)的主要特點(diǎn)

      （1）功能強(qiáng)：能直接測量介質(zhì)質(zhì)量流量及密度，還可以連續(xù)打印單井的液量、含水、溫度等參數(shù)變化曲線，為取全取準(zhǔn)資料，分析油井動(dòng)態(tài)狀況提供可靠的依據(jù)。
      （2）測量范圍寬：一般儀表量程比為1:10，HKC質(zhì)量流量計(jì)可達(dá)到1:60。
      （3）計(jì)量準(zhǔn)確度高：HKC質(zhì)量流量計(jì)的流量準(zhǔn)確度為0.2%，密度測量準(zhǔn)確度為0.001g/cm³。
      （4）工藝流程簡單、費(fèi)用低：利用一臺HKC質(zhì)量流量計(jì)就能完成通常由流量計(jì)、含水分析儀、密度計(jì)、溫度計(jì)等幾臺儀表才能完成的工作。
      （5）操作方便：由于系統(tǒng)只有一臺儀表，并且實(shí)現(xiàn)了單鍵操作方式，即只需按動(dòng)一次按鍵，即可完成計(jì)時(shí)、測量、計(jì)算、顯示和打印數(shù)據(jù)等功能。
      （6）HKC質(zhì)量流量計(jì)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，沒有凸出物伸人流體之中，這就導(dǎo)致了二個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是壽命長，二是基本上下不存在磨損問題，不須經(jīng)常校驗(yàn)。

      六、結(jié)束語

      HKC質(zhì)量流量計(jì)經(jīng)過兩年來的室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場試驗(yàn)，儀表的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均超過設(shè)計(jì)指標(biāo)，由于采用了獨(dú)特的信號檢測技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)，現(xiàn)場適應(yīng)性強(qiáng)。該儀表可以做到一表多用，簡化了工藝流程，降低了維護(hù)費(fèi)用，尤其該儀表的寬量程比，更適合油田單井計(jì)量工作的需要。