1、質(zhì)量流量計在原油計量中的應(yīng)用分析來源：中國流量儀表網(wǎng)發(fā)布時間：2011-5-6 8:36:00原油計量誤差隨著原油含水率升高而不斷變化，同時油田生產(chǎn)對計量準(zhǔn)確度的要求也越來越高，如何有效避免和消除影響原油計 量準(zhǔn)確度的因素，找到一種較理想的計量方式或手段，已成為油田計量中亟待解決的一個重要課題。一、原油計量誤差1 .油量計算公式及誤差組成油田計量參數(shù)包括產(chǎn)氣量、產(chǎn)油量和產(chǎn)水量。產(chǎn)氣量一般是指經(jīng)過氣液兩相分離后計量出的數(shù)值，本文不作分析。以下所有討論 都圍繞氣、液兩相分離后（分離效果比較理想）原油綜合液中的純油、純水計量展開。計算產(chǎn)油量的數(shù)學(xué)模型是：M=Q（kN）（i）式中：M純油量，t; Q綜

2、合 液量,t; N含水率。產(chǎn)油量M的誤差由兩個因素組成，即 。Nlo對式（1）兩邊求全微分：式（2）兩邊同時除以 M即得到原油計量的相對誤差：式中：dQ/Q 計量儀表的準(zhǔn)確度誤差；dN/ （1-N）含水測量誤差。從以上分析可以看出，原油計量誤差由儀表準(zhǔn)確度誤差和含水測量誤差兩部分組成。二者均為系統(tǒng)誤差。2 .兩種誤差影響因素分析油田開發(fā)過程中按照含水率的高低分無水期、低含水期、中高含水期3個時期。無水期一般來說時間比較短暫；由于不含水，不存在含水測量誤差，計量誤差由計量儀表準(zhǔn)確度決定，數(shù)值較小。伴隨著注水等地質(zhì)措施的實施，很快將進(jìn)入含水期，計量誤差由儀 表準(zhǔn)確度誤差和含水測量誤差組成，含水值由

3、手工取樣化驗獲得，其中化驗操作過程帶來的誤差很小，可以忽略不計，誤差主要來自 于所取樣品的代表性，如果含水率相對比較穩(wěn)定，波動小，那么樣品代表性好，含水誤差小，反之亦然。隨著含水率不斷升高，含水 波動往往變大，尤其到中高含水期，含水值變化會更大；如果僅靠每隔一兩個小時取一次樣來推測這一段時間內(nèi)的原油整體含水屬性 顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，其代表性難以讓人信服。同時，中高含水期的原油綜合液會產(chǎn)生游離水，在輸油管線內(nèi)出現(xiàn)油水分層，管道下部是明水，上部是含乳化水的原油，取樣口怎樣設(shè)置也是一個問題，在水平管道中間取樣并不一定能達(dá)到理想效果，但在管道進(jìn)行全截面取樣很難做到，所有種種因素都會對手工取樣化驗含水的測量產(chǎn)

4、生不利影響，從而影響原油計量誤差。根據(jù)式（3）推算，表1是不同含水期，由于儀表誤差和含水誤差對原油計量誤差造成的影響，計量儀表準(zhǔn)確度基本能達(dá)到1%含水測量誤差以3%計算（按照取樣代表性），在中高含水期，含水測量誤差會大得多。表1儀表誤差和含水誤差對原油計量誤差的影響注：表中原油計量誤差是根據(jù)系統(tǒng)誤差數(shù)據(jù)處理方式得到的。由表1可以看出，在中高含水期，影響原油計量誤差的決定性因素是含水測量，而含水誤差大小直接取決于取樣的代表性，因此 在中高含水期尤其在含水率波動較大的情況下，采用間斷性取樣測量含水值很困難，解決辦法就是采用連續(xù)、在線含水測量方式，質(zhì) 量流量計是一種比較理想的計量手段，我油田目前使用

5、了FISHER和MICROMOTION司生產(chǎn)的兩種類型的質(zhì)量流量計。、質(zhì)量流量計的使用狀況1 .工作原理及性能我油田先后采用了 FISHER制造的雙環(huán)型測量管和 MICROMOTION雙U型管質(zhì)量流量計，工作原理是測量流體所產(chǎn)生的科氏力， 次表內(nèi)部的激勵線圈使測量管產(chǎn)生震動，當(dāng)液體流過時由于液體本身慣性對震動的測量管產(chǎn)生一應(yīng)力，通過檢測振幅和頻率的變化而 獲得流體的質(zhì)量、流量和密度；另外在流量計內(nèi)部安裝有溫度傳感器，以便于含水值計算時對純油、純水密度進(jìn)行溫度修正。經(jīng)過二 次表換算處理，直觀反映出純水、純油累積產(chǎn)量、含水率、瞬時流量等生產(chǎn)常用數(shù)據(jù)，質(zhì)量流量計屬于連續(xù)性在線測量儀表，時刻跟 蹤流體

6、介質(zhì)的變化，可以綜合反映一個區(qū)塊的原油生產(chǎn)動態(tài)。質(zhì)量流量計的流量準(zhǔn)確度很高，可達(dá)0.2%,流量范圍寬，密度測量準(zhǔn)確度為± 0.003g/mL,但內(nèi)部管 徑相 對細(xì)小，從而造成壓損相對較大。2 .現(xiàn)場運行狀況目前，我油田主要將質(zhì)量流量計用于區(qū)塊計量，安裝在中轉(zhuǎn)站長輸管線總出口，計量一個區(qū)塊或采油隊的生產(chǎn)狀況。就流量準(zhǔn)確 度而言，質(zhì)量流量計可以用于外輸貿(mào)易計量，足以滿足內(nèi)部原油計量要求。根據(jù)前文所述，造成原油計量誤差大的主要原因是含水誤 差，原油經(jīng)過中轉(zhuǎn)站的化學(xué)破乳、加熱等工藝處理后，管道內(nèi)油水分層會更加明顯，靠間斷性取樣獲取中高含水區(qū)塊的準(zhǔn)確含水值是 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，與其他儀表相比，質(zhì)量流

7、量計所具有的在線含水測量功能優(yōu)勢顯得更為突出。質(zhì)量流量計含水值由密度測量值得到，計 算公式如下：郵由e（4）式中：P e綜合液密度，由流量計直接測得，g/mL; po純油密度，取樣化驗值，彳佞為固定參數(shù)輸入儀表，g/mL; p w一純水密度，取樣化驗值，作為固定參數(shù)輸入儀表，g/mL; N含水率。質(zhì)量流量計的含水誤差直接取決于密度測量的準(zhǔn)確性，現(xiàn)場使用中應(yīng)消除對密度測量產(chǎn)生不利影響的因素，具體內(nèi)容將在下文中 討論?？偟膩碚f，質(zhì)量流量計在我油田運行效果較好，運行平穩(wěn)，顯示數(shù)據(jù)與實際吻合，為油田生產(chǎn)提供了重要的數(shù)據(jù)和參數(shù)。三、影響質(zhì)量流量計的因素質(zhì)量流量計直接測量值有質(zhì)量流量、密度、溫度，其誤差也

8、相應(yīng)由這三方面組成。溫度誤差會對含水計算時純水、純油密度的溫 度修正產(chǎn)生影響，其大小取決溫度傳感器的準(zhǔn)確度，一般來說，影響很小，可以忽略。內(nèi)部生產(chǎn)計量對流量準(zhǔn)確度要求并不高，我們 一般采用與其他同準(zhǔn)確度的流量計進(jìn)行數(shù)據(jù)對比的方式，流量誤差能夠控制得很小。根據(jù)式（4）,影響密度測量的因素將對含水計量產(chǎn)生直接作用，而含水計量的準(zhǔn)確與否也是決定質(zhì)量流量計能否正常運行的關(guān)鍵所在。1 .影響密度測量的內(nèi)部因素質(zhì)量流量計的電路元件老化或測量電路的準(zhǔn)確度發(fā)生漂移都會對測量參數(shù)（包括流量、密度、溫度）產(chǎn)生影響。流量、溫度的誤 差校驗操作相對簡單，但密度信號的校驗要復(fù)雜得多，標(biāo)定介質(zhì)要求流體均勻無分層，密度波動

9、小，至少要標(biāo)定兩個以上的密度點。 就油田來說，最好分別采用柴油和水作標(biāo)定介質(zhì)，以保證質(zhì)量流量計的實際密度測量范圍處于兩個密度標(biāo)定點之間，并保持良好線性。2 .影響密度測量的外部因素質(zhì)量流量計在現(xiàn)場應(yīng)用過程中，會或多或少地受到外界環(huán)境因素的干擾，一些容易忽視的環(huán)境因素卻往往給它造成巨大的影響。油田常見影響綜合密度的因素有含氣、含砂或由于流體內(nèi)部雜質(zhì)引起的測量管壁結(jié)垢。按照式（4）計算，可知含氣造成綜合密度下降，含水測量值偏低，油量偏高，稱之為“氣增油”；與含氣影響相反的是流體介質(zhì)含砂和流量計測量管壁結(jié)垢，造成綜合密度測量值升 高，含水顯示值偏高，含油量偏低，造成“砂吃油”和“垢減油”，這些因素對

10、質(zhì)量流量計純油計量值影響很大。因此，綜合介質(zhì)必 須充分做到氣體、液體較理想地分離，流體中含砂應(yīng)盡量在流量計前面得以消除，同時，應(yīng)避免質(zhì)量流量計內(nèi)部管壁結(jié)垢，結(jié)垢后清洗很困難。我油田應(yīng)用的質(zhì)量流量計曾經(jīng)多次出現(xiàn)結(jié)垢情況，給原油計量帶來不利的影響。四、解決措施和事例針對以上影響因素， 首先要工藝上盡量滿足質(zhì)量流量計使用要求，例如對于結(jié)垢問題，部分原因是含水高和地層水礦化度高所致，更大的因素是由于受流體溫度影響。我油田某站曾經(jīng)頻繁發(fā)生流量計內(nèi)部管壁結(jié)垢現(xiàn)象，1年34次，根本原因就是流體溫度高 75c80C o我們改造了工藝流程，將流量計安裝在換熱器進(jìn)口，工作溫度下降很多（流體溫度為45c左右），再也

11、沒有發(fā)生結(jié)垢問題。對于原油綜合液體中少量含氣或少量含砂的因素，在工藝上難以從根本上解決，我們設(shè)想采用一種計算方法加以消除，另外這種方法對消除密度信號漂移影響 同樣適合。下面簡要介紹該方法：當(dāng)質(zhì)量流量計的含水測量值和實際化驗數(shù)據(jù)不相符時，可以認(rèn)為它的密度測量信號產(chǎn)生了漂移（可能是外界因素，也可能是流量 計內(nèi)部因素的影響），以化驗含水值N化為準(zhǔn)確值進(jìn)行推算的過程如下：將N化代入式（4）,可以得到原油綜合液的真實密度值p e實：將質(zhì)量流量計的密度顯示值（p e顯）與液體實際密度值（p e實）相對比可以得到一個系數(shù):K=( 網(wǎng))(6)然后將原二次表內(nèi)部的純油密度P。、純水密度pw同時乘以K并替換，此時

12、流量計測量的含水值可根據(jù)式（4）計算:N=K勺（小- Kq"青 K ）將式（6）代入得：N”水野（K&K0/ K?。↘ + K®N - a*（ a G/ 3 H亂-6）-N實（系數(shù)k已經(jīng)消除）通過以上推導(dǎo)可以看到，密度漂移或外界因素的影響被有效消除，這種方法在我油田多個地點應(yīng)用，并取得了很好的效果。下面 舉一則我油田的應(yīng)用實例：某中轉(zhuǎn)站，45c時，純油密度 p e顯=0.845g/mL ,純水密度 P w=0.998g/mL ,顯示含水：N顯=43.4%,顯示密度：P e顯=0.9055g/mL , 實際化驗值N化=45.5%,含水測量產(chǎn)生誤差。這是由于密度測量發(fā)生

13、偏差引起的，可按照上文中介紹的方法加以消除。按照式（5）得到：p e實=0.9084g/mL （將純水、純油密度代入即可）按式（6）計算系數(shù)：K=0.9055/0.9084=0.9968將K值分別乘以po、p w得到新的油、水密度：P 0=0.9968 X0.845=0.842g/mLp w=0.9968X 0.998=0.9948g/mL把新密度值重新輸入替換原密度參數(shù)即可。修正密度后，我們分別在含水41噴口 47%寸重新取樣化驗對比，顯示值和化驗值結(jié)果完全一致。五、質(zhì)量流量計的綜合誤差前文中談到影響質(zhì)量流量計的誤差因素有3個：流量、溫度、含水，就油田生產(chǎn)而言，含水計量問題更為突出。質(zhì)量流量

14、計的流量測量準(zhǔn)確度可達(dá) 0.2%,即使采用與其他高精度流量計數(shù)據(jù)對比的辦法，誤差也能夠控制在0.5%以內(nèi)，足以滿足生產(chǎn)要求；溫度測量誤差可以控制在0.5C1C,由此帶來的密度修正誤差很小，在進(jìn)行誤差估算時忽略不計。另外，純水、純油密度等輸入二次表的參 數(shù)誤差由地層決定，可以將油、水密度波動范圍定為±0.001g/mL。如果該區(qū)塊在地質(zhì)措施方面進(jìn)行了大的調(diào)整和新層位開發(fā)，重新做一次純油、純水密度值化驗是很有必要的。對式（4）求全微分，并以純水密度p w=1.0g/mL、純油密度p o=0.85g/mL進(jìn)行推算，可以得出由純水、純油密度波動± 0.001g/mL 帶來的含水誤差

15、（分別是土 0.4嘛口 ±0.3%）,由質(zhì)量流量計密度測量準(zhǔn)確度± 0.003g/mL帶來的含水測量誤差為± 2%綜合含水誤差2.1%。可以看出影響質(zhì)量流量計含水測量準(zhǔn)確度的主要因素是密度測量，如果把密度測量準(zhǔn)確度提高到±0.001g/mL,綜合含水誤差將會降低到0.9%,就油田生產(chǎn)計量而言，2%勺含水計量準(zhǔn)確度也是可以滿足生產(chǎn)要求的。以流量計含水誤差2%M列，按表1樣式進(jìn)行推算，所得結(jié)果如表 2所示。表2原油計量誤差因素分析由表2可以看出，質(zhì)量流量計在含水計量方面有其使用的局限性，尤其高含水時，計量誤差比較大，對于高含水原油，建議選用 更高密度準(zhǔn)確度的質(zhì)量流量計；如果采用土 0.001g/mL 密度準(zhǔn)確度的質(zhì)量流量計，可以估算，表2中原油計量誤差將相應(yīng)減少到原來的 1/3 。無論原油含水率高低，質(zhì)量流量計發(fā)揮了其他類型流量儀表難以取代的作用，特別是在原油經(jīng)過破乳處理后油水分層明顯、含水 波動大的情況下，傳統(tǒng)手工取樣化驗含水已失去意義，質(zhì)量流量計的在線含水測量性能得到突出體現(xiàn)，為油田生產(chǎn)提供了