摘 要：為了提高油田計(jì)量的準(zhǔn)確性，冀東油田從20世紀(jì)80年代開(kāi)始先后使用了速度式流量計(jì)、容積式流量計(jì)和科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)質(zhì)量流量計(jì)）。經(jīng)過(guò)多年對(duì)流量計(jì)的使用，我們積累了一些實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)。本文將對(duì)質(zhì)量流量計(jì)在冀東油田G43-23轉(zhuǎn)油站生產(chǎn)中的應(yīng)用作重點(diǎn)闡述。

關(guān)鍵字：質(zhì)量流量計(jì) 轉(zhuǎn)油站 計(jì)量雙向測(cè)量等特點(diǎn)

    一、質(zhì)量流量計(jì)的組成和工作原理

    質(zhì)量流量計(jì)是一種八十年代在國(guó)際上出現(xiàn)的高新技術(shù)產(chǎn)品。該流量計(jì)具有其它體積型流量計(jì)不具備的優(yōu)點(diǎn)：在一定條件下，它不受溫度、壓力、粘度、密度的影響。因此，應(yīng)用范圍很廣。

    （一）質(zhì)量流量計(jì)的基本組成

    質(zhì)量流量計(jì)是由質(zhì)量流量傳感器和質(zhì)量流量變送器組成。如圖1所示：

圖1 質(zhì)量流量計(jì)組成

    傳感器部分的左、右檢測(cè)器拾取的信號(hào)輸入到變送器中用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間差的測(cè)量；激勵(lì)器用來(lái)激勵(lì)振動(dòng)管使之產(chǎn)生角振動(dòng)；溫度傳感器用來(lái)測(cè)量介質(zhì)的溫度以補(bǔ)償流管彈性模量的溫度變化。流量計(jì)變送器主要是對(duì)來(lái)自上述各部份的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量的測(cè)量。

    （二）測(cè)量原理

    如圖2所示，截取一根支管，流體在其內(nèi)以速度V從A流向B，將此管置于以角速度ω旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)中。設(shè)旋轉(zhuǎn)軸為X，與管的交點(diǎn)為O，由于管內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在軸向以速度V、在徑向以角速度ω運(yùn)動(dòng)，此時(shí)流體質(zhì)點(diǎn)受到一個(gè)切向科氏力Fc。這個(gè)力作用在測(cè)量管上，在O點(diǎn)兩邊方向相反，大小相同，為：δFc ＝ 2ωVδm

圖2 質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理圖

    當(dāng)密度為ρ的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度V流動(dòng)時(shí)，任何一段長(zhǎng)度Δx的管道將受到一個(gè)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(guān)系式：mq=ρVA

所以： ΔFc =2ωqmΔx （2）

    因此，直接或間接測(cè)量在旋轉(zhuǎn)管中流動(dòng)流體的科里奧利力就可以測(cè)得質(zhì)量流量。

   二、質(zhì)量流量計(jì)在轉(zhuǎn)油站中的具體應(yīng)用

    在油田生產(chǎn)中轉(zhuǎn)油站是油田的重要組成部分，通常情況下計(jì)量站的混合液和天然氣都首先輸送到轉(zhuǎn)油站，經(jīng)轉(zhuǎn)油站處理后再輸送到聯(lián)合站。轉(zhuǎn)油站擔(dān)負(fù)著油、氣、水的三相分離，原油加熱、輸送和油、氣計(jì)量等工作。隨著油田產(chǎn)液量的不斷增加，原油含水的持續(xù)上升，轉(zhuǎn)油站的作用也日益重要起來(lái)。

    目前油田對(duì)原油的計(jì)量大多采用分離器、含水分析儀、溫度計(jì)、液位計(jì)、壓變等儀表配合使用。在實(shí)際操作中要將分離器測(cè)得體積量轉(zhuǎn)化成質(zhì)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(shù)的影響以及操作帶來(lái)的偏差。在轉(zhuǎn)油站安裝質(zhì)量流量計(jì)后，用于各個(gè)計(jì)量站原油的外輸計(jì)量和含水分析。通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)對(duì)原油的流量、密度進(jìn)行測(cè)量，然后用密度法算出含水率，進(jìn)而得出純油量。質(zhì)量流量計(jì)在我油田的應(yīng)用效果以G43-23轉(zhuǎn)油站質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量情況為實(shí)例，詳細(xì)分析如下：

    表1反應(yīng)出了質(zhì)量流量計(jì)與各計(jì)量站分離器的液量計(jì)量結(jié)果對(duì)比，從該對(duì)比結(jié)果可以看出質(zhì)量流量計(jì)與分離器液量計(jì)量結(jié)果之間的誤差都在3%之內(nèi)，小于油田企業(yè)原油計(jì)量的誤差標(biāo)準(zhǔn)。并且在圖3中也可以明顯地看出計(jì)量結(jié)果趨勢(shì)的一致性。

表1 含水原油質(zhì)量流量計(jì)和計(jì)量間分離罐計(jì)量對(duì)比

測(cè)量批次	質(zhì)量流量計(jì)測(cè)液量（方）	計(jì)量間分離罐測(cè)總液量（方）	計(jì)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(cè)量對(duì)比趨勢(shì)圖

    表2是質(zhì)量流量計(jì)與計(jì)量間的含水分析儀測(cè)量原油含水率的對(duì)比結(jié)果，從對(duì)比結(jié)果表可以看出質(zhì)量流量計(jì)與各個(gè)計(jì)量間分離器、含水分析儀計(jì)量結(jié)果之間有一定差異，最大誤差達(dá)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(duì)比趨勢(shì)圖上可以看出含水測(cè)量的走向大體相同。

表2 原油質(zhì)量流量計(jì)含水率和計(jì)量間含水分析系統(tǒng)對(duì)比

測(cè)量批次	質(zhì)量流量計(jì)測(cè)液量（方）	計(jì)量間分離罐測(cè)總液量（方）	計(jì)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(cè)量對(duì)比趨勢(shì)圖

    在轉(zhuǎn)油站中的待測(cè)介質(zhì)較為穩(wěn)定，所以質(zhì)量流量計(jì)在外輸交接計(jì)量的使用中比較穩(wěn)定，問(wèn)題很少。一般表現(xiàn)為含水測(cè)量不準(zhǔn)，密度誤差大，但是經(jīng)過(guò)我們與廠(chǎng)家的共同努力和大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析表明：含水測(cè)量的誤差主要是由我們輸入的標(biāo)準(zhǔn)狀況下油和水的密度值不能準(zhǔn)確反映真實(shí)狀況下的純油和礦化水的真實(shí)密度造成，而密度誤差是因?yàn)榘惭b不符合規(guī)則引起的。

    三、質(zhì)量流量計(jì)在轉(zhuǎn)油站應(yīng)用中的局限性和處理方案

    （一）質(zhì)量流量計(jì)的基本組成

    液體中的含氣量不但會(huì)影響到流量測(cè)量的精度，而且也會(huì)影響密度的測(cè)量和含水率的推算。大量的有關(guān)資料表明：當(dāng)油水混合液中含有的游離氣體積比不超過(guò)15%時(shí)，流量計(jì)可以正常穩(wěn)定的工作；當(dāng)含氣量小于5%時(shí)，流量計(jì)量精度幾乎不受影響； 當(dāng)含氣量約為l0%時(shí)，流量測(cè)量誤差小于3%。在轉(zhuǎn)油站計(jì)量過(guò)程中，由于油井產(chǎn)出的混合液經(jīng)過(guò)三相分離器后部分氣體被分離出去，所以氣體對(duì)液量測(cè)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(guò)一定的技術(shù)手段提高分離器的分離效果，并且在經(jīng)過(guò)流量計(jì)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(jì)量的準(zhǔn)確性。

    （二）水和純油密度對(duì)含水率的影響

    在實(shí)際測(cè)量混合物的含水率時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，即使是同一個(gè)計(jì)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(gè)參數(shù)在不同時(shí)期也存在著差異，而且轉(zhuǎn)油站計(jì)量匯集了若干油井的混合液，所以在含水率計(jì)算時(shí)引入的油、水密度的值就必須結(jié)合油品情況并進(jìn)行大量的試驗(yàn)。影響含水率計(jì)算的另一個(gè)主要因素是我們輸入的純油密度是在常溫常壓下在化驗(yàn)室得到的，而含水率的計(jì)算公式中引入的純油密度是在分離器即時(shí)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(yàn)時(shí)可以采用帶壓取樣的方式，減少引入密度值造成的測(cè)量誤差。

    （三）質(zhì)量流量計(jì)零點(diǎn)不穩(wěn)定的處理

    質(zhì)量流量計(jì)對(duì)外界振動(dòng)干擾較為敏感，強(qiáng)加的外界振動(dòng)會(huì)引起儀表的流量計(jì)量零點(diǎn)發(fā)生變化，造成流量計(jì)量的測(cè)量誤差增大，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致流量計(jì)無(wú)法正常測(cè)量，許多型號(hào)儀表只得采用將總誤差分為基本誤差和零點(diǎn)不穩(wěn)定度量?jī)刹糠帧Ａ硗猓饨缯駝?dòng)和應(yīng)力也會(huì)影響傳感器的諧振頻率，引起密度測(cè)量的誤差。所以流量計(jì)的安裝一定要參閱流量計(jì)安裝說(shuō)明書(shū)，盡量做到無(wú)應(yīng)力安裝，對(duì)于大口徑流量計(jì)要在傳感器兩端加裝支撐，小口徑流量計(jì)可以采用連接軟管和支撐來(lái)減小振動(dòng)對(duì)流量計(jì)計(jì)量的影響。

    四、小結(jié)

    從對(duì)質(zhì)量流量計(jì)在我轉(zhuǎn)油站的應(yīng)用研究中可以看出，質(zhì)量流量計(jì)在原油的體積計(jì)量和含水測(cè)量方面的準(zhǔn)確率是很高的，而且省去了人工測(cè)量含水的步驟。比起傳統(tǒng)的體積流量計(jì)量方法和間接式質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量方法，質(zhì)量流量計(jì)的精度也有所提高，是計(jì)量領(lǐng)域的一大進(jìn)步。

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