摘 要：為了提高油田計量的準確性，冀東油田從20世紀80年代開始先后使用了速度式流量計、容積式流量計和HK-CMF科里奧利力質量流量計（以下簡稱質量流量計）。經過多年對流量計的使用，我們積累了一些實際應用的經驗。本文將對HKC質量流量計在冀東油田G43-23轉油站生產中的應用作重點闡述。

關鍵字：HK-CMF質量流量計 轉油站 計量雙向測量等特點

    一、HK-CMF質量流量計的組成和工作原理

    HK-CMF質量流量計是一種八十年代在國際上出現的高新技術產品。該流量計具有其它體積型流量計不具備的優點：在一定條件下，它不受溫度、壓力、粘度、密度的影響。因此，應用范圍很廣。

    （一）HK-CMF質量流量計的基本組成

    HK-CMF質量流量計是由質量流量傳感器和質量流量變送器組成。如圖1所示：

圖1 HKC質量流量計組成

    傳感器部分的左、右檢測器拾取的信號輸入到變送器中用于實現時間差的測量；激勵器用來激勵振動管使之產生角振動；溫度傳感器用來測量介質的溫度以補償流管彈性模量的溫度變化。流量計變送器主要是對來自上述各部份的信號進行計算處理，準確地實現質量流量的測量。

    （二）測量原理

    如圖2所示，截取一根支管，流體在其內以速度V從A流向B，將此管置于以角速度ω旋轉的系統中。設旋轉軸為X，與管的交點為O，由于管內流體質點在軸向以速度V、在徑向以角速度ω運動，此時流體質點受到一個切向力Fc。這個力作用在測量管上，在O點兩邊方向相反，大小相同，為：δFc ＝ 2ωVδm

圖2 HKC質量流量計測量原理圖

    當密度為ρ的流體在旋轉管道中以恒定速度V流動時，任何一段長度Δx的管道將受到一個切向科里奧利力：

ΔFc：ΔFc=2ωVρAΔx （1）

    式中，A—管道的流通截面積。由于存在關系式：mq=ρVA

所以： ΔFc =2ωqmΔx （2）

    因此，直接或間接測量在旋轉管中流動流體的科里奧利力就可以測得質量流量。

   二、HK-CMF質量流量計在轉油站中的具體應用

    在油田生產中轉油站是油田的重要組成部分，通常情況下計量站的混合液和天然氣都首先輸送到轉油站，經轉油站處理后再輸送到聯合站。轉油站擔負著油、氣、水的三相分離，原油加熱、輸送和油、氣計量等工作。隨著油田產液量的不斷增加，原油含水的持續上升，轉油站的作用也日益重要起來。

    目前油田對原油的計量大多采用分離器、含水分析儀、溫度計、液位計、壓變等儀表配合使用。在實際操作中要將分離器測得體積量轉化成質量，這不僅要考慮到儀表本身的精度，還要考慮溫度、壓力等參數的影響以及操作帶來的偏差。在轉油站安裝質量流量計后，用于各個計量站原油的外輸計量和含水分析。通過質量流量計對原油的流量、密度進行測量，然后用密度法算出含水率，進而得出純油量。質量流量計在我油田的應用效果以G43-23轉油站質量流量計的計量情況為實例，詳細分析如下：

    表1反應出了HK-CMF質量流量計與各計量站分離器的液量計量結果對比，從該對比結果可以看出質量流量計與分離器液量計量結果之間的誤差都在3%之內，小于油田企業原油計量的誤差標準。并且在圖3中也可以明顯地看出計量結果趨勢的一致性。

表1 含水原油HKC質量流量計和計量間分離罐計量對比

測量批次	HKC質量流量計測液量（方）	計量間分離罐測總液量（方）	計量偏差	誤差率（%）
1	1526.7	1498.7	-28.0	1.87
2	1494.5	1496.8	2.3	0.15
3	1495.9	1540.9	45.0	2.92
4	1463.2	1428.8	-34.4	2.40
5	1298.4	1332.7	34.3	2.57
6	1176.0	1183.5	7.5	0.63
7	1204.8	1220.0	15.2	1.25
8	1225.0	1251.2	26.2	2.10
9	1240.1	1222.0	-18.1	1.48
10	1357.0	1381.6	24.6	1.78
11	1384.8	1372.8	-12.0	0.87
12	1372.8	1356.0	-16.8	1.24
13	1392.0	1357.2	-34.8	2.56
14	1216.6	1242.9	26.3	2.12
15	1609.6	1580.2	-29.4	1.86
16	1459.2	1472.8	13.6	0.93
17	1515.9	1543.2	27.3	1.77
18	1272.0	1245.7	-26.3	2.11

圖3 液量測量對比趨勢圖

    表2是質量流量計與計量間的含水分析儀測量原油含水率的對比結果，從對比結果表可以看出質量流量計與各個計量間分離器、含水分析儀計量結果之間有一定差異，最大誤差達到了5.89%。該差異的形成主要由人為因素和引入的密度存在誤差造成。但是從圖4含水對比趨勢圖上可以看出含水測量的走向大體相同。

表2 原油質量流量計含水率和計量間含水分析系統對比

測量批次	HKC質量流量計測液量（方）	計量間分離罐測總液量（方）	計量偏差	誤差率（%）
1	83.10%	84.62%	1.52	1.8
2	78.64%	75.89%	-2.75	3.62
3	82.91%	84.87%	1.96	2.3
4	83.84%	83.30%	-0.54	0.65
5	85.32%	84.06%	-2.26	2.72
6	85.40%	83.18%	-2.22	2.67
7	80.94%	82.17%	1.23	1.5
8	81.70%	84.74%	3.04	3.59
9	84.90%	84.79%	-0.11	0.13
10	89.68%	89.34%	-0.34	0.38
11	87.76%	88.53%	0.77	0.87
12	83.00%	88.19%	5.19	5.89
13	83.27%	85.42%	2.15	2.52
14	83.03%	83.65%	0.62	0.74
15	87.25%	88.77%	1.52	1.71
16	83.84%	83.30%	0.54	0.65
17	86.82%	87.62%	0.8	0.91
18	86.40%	87.48%	1.08	1.23

圖4 含水測量對比趨勢圖

    在轉油站中的待測介質較為穩定，所以質量流量計在外輸交接計量的使用中比較穩定，問題很少。一般表現為含水測量不準，密度誤差大，但是經過我們與廠家的共同努力和大量現場實測數據的分析表明：含水測量的誤差主要是由我們輸入的標準狀況下油和水的密度值不能準確反映真實狀況下的純油和礦化水的真實密度造成，而密度誤差是因為安裝不符合規則引起的。

    三、HK-CMF質量流量計在轉油站應用中的局限性和處理方案

    （一）HK-CMF質量流量計的基本組成

    液體中的含氣量不但會影響到流量測量的精度，而且也會影響密度的測量和含水率的推算。大量的有關資料表明：當油水混合液中含有的游離氣體積比不超過15%時，流量計可以正常穩定的工作；當含氣量小于5%時，流量計量精度幾乎不受影響； 當含氣量約為l0%時，流量測量誤差小于3%。在轉油站計量過程中，由于油井產出的混合液經過三相分離器后部分氣體被分離出去，所以氣體對液量測量影響很小。但這樣也難以保證液體中不含有氣體，所以通過一定的技術手段提高分離器的分離效果，并且在經過流量計之前盡可能的將混合液中的氣體分離出去，才能保證流量計量的準確性。

    （二）水和純油密度對含水率的影響

    在實際測量混合物的含水率時我們發現，即使是同一個計量站的幾口油井，它們各自的純油和礦化水的密度都有所不同，而且同一口井的這兩個參數在不同時期也存在著差異，而且轉油站計量匯集了若干油井的混合液，所以在含水率計算時引入的油、水密度的值就必須結合油品情況并進行大量的試驗。影響含水率計算的另一個主要因素是我們輸入的純油密度是在常溫常壓下在化驗室得到的，而含水率的計算公式中引入的純油密度是在分離器即時壓力和溫度下含有溶解氣的飽和原油密度，所以在取樣化驗時可以采用帶壓取樣的方式，減少引入密度值造成的測量誤差。

    （三）HK-CMF質量流量計零點不穩定的處理

    HK-CMF質量流量計對外界振動干擾較為敏感，強加的外界振動會引起儀表的流量計量零點發生變化，造成流量計量的測量誤差增大，嚴重時將導致流量計無法正常測量，許多型號儀表只得采用將總誤差分為基本誤差和零點不穩定度量兩部分。另外，外界振動和應力也會影響傳感器的諧振頻率，引起密度測量的誤差。所以流量計的安裝一定要參閱流量計安裝說明書，盡量做到無應力安裝，對于大口徑流量計要在傳感器兩端加裝支撐，小口徑流量計可以采用連接軟管和支撐來減小振動對流量計計量的影響。

    四、小結

    從對HK-CMF質量流量計在我轉油站的應用研究中可以看出，HKC質量流量計在原油的HK-CMF量和含水測量方面的準確率是很高的，而且省去了人工測量含水的步驟。比起傳統的體積流量計量方法和間接式質量流量計計量方法，質量流量計的精度也有所提高，是計量領域的一大進步。