江漢油田王一聯(lián)合站是一座“五星級(jí)油氣站”，主要擔(dān)負(fù)著王場(chǎng)及周邊油田的原油脫水、脫鹽、脫氣和原油集輸?shù)热蝿?wù)。目前，原油“三脫”處理集輸量已經(jīng)達(dá)到1000t左右，是江漢油田分公司原油生產(chǎn)的關(guān)鍵單位。

      油、氣、水三相流量測(cè)量的精確度是聯(lián)合站生產(chǎn)中的關(guān)鍵，也是工作中最為棘手的事。尤其是油田進(jìn)入中高含水期。采出的液量成倍增長(zhǎng)，此時(shí)對(duì)原油含水率的測(cè)量及純油質(zhì)量的計(jì)量，在聯(lián)合站中對(duì)評(píng)估各基層采油單位的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)成本等方面顯得尤為重要。

      方案選擇

      以往采用體積式流量計(jì)加密度計(jì)法。并配以含水分析等手段間接得到純油質(zhì)量的方法不但成本較高、方法煩瑣，而且受人為因素影響誤差較大，已不能滿足使用要求。江漢油田王一聯(lián)合站在集油站的改造中選用了質(zhì)量流量計(jì)，它不但能測(cè)量流體質(zhì)量流量、溫度和密度。還能較準(zhǔn)確實(shí)時(shí)測(cè)量原油中的含水，直接顯示純油質(zhì)量。以上功能是其它流量計(jì)所無(wú)法比擬的，不但節(jié)省了人力，避免了中間誤差帶來(lái)的影響，而且為各基層采油單位獨(dú)立核算、降低成本提供了數(shù)據(jù)保證。

      科氏質(zhì)量流量計(jì)（簡(jiǎn)稱CMF，有文章稱為科里奧利質(zhì)量流量計(jì)）是利用流體在直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)處于一旋轉(zhuǎn)系中，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科氏力原理制成的一種直接式質(zhì)量流量測(cè)量?jī)x表。它原理簡(jiǎn)單，無(wú)可動(dòng)部件，壽命長(zhǎng)，免維護(hù)，綜合成本低，能直接測(cè)量液體、多相流、漿液等流體的質(zhì)量流量，并且測(cè)量值不受介質(zhì)溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響，測(cè)量準(zhǔn)確度較高。科氏質(zhì)量流量計(jì)已在多家油田單井計(jì)量、小隊(duì)外輸?shù)葓?chǎng)合使用，根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的儀表單井計(jì)量模式、外輸模式滿足現(xiàn)有油田單井計(jì)量、分隊(duì)計(jì)量、分區(qū)計(jì)量、外輸計(jì)量等場(chǎng)合的應(yīng)用需求?？蓪?duì)含水在15%~85%之間的含水原油準(zhǔn)確測(cè)定質(zhì)量含水率，且體積含氣量小于5%時(shí)對(duì)純油質(zhì)量測(cè)量精度影響很小。

      工藝流程

      若直接使用科氏質(zhì)量流量計(jì)，則各采油隊(duì)輸?shù)铰?lián)合站的油水混合物主要存在兩方面的問(wèn)題：含氣量大和含水率高，給純油質(zhì)量的計(jì)量帶來(lái)不少問(wèn)題。經(jīng)過(guò)改造以后，現(xiàn)場(chǎng)的工藝流程圖如1。

      現(xiàn)場(chǎng)將兩條干線的原油進(jìn)入一個(gè)三相分離器，在其中一條干線的消氣器后面裝有一臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)。 它能夠測(cè)定在線含水率，能直接顯示所含純油質(zhì)量，腰輪流量計(jì)計(jì)量?jī)蓷l干線總的純油量，從而間接得到另一干線的純油質(zhì)量，可以少用一臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)節(jié)約成本。

      現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果比對(duì)結(jié)果及出現(xiàn)的問(wèn)題

      為了驗(yàn)證方案選擇正確，現(xiàn)場(chǎng)將一條干線的來(lái)油分別通過(guò)消氣器進(jìn)入質(zhì)量流量計(jì)、三相分離器和腰輪流量計(jì)。同時(shí)切斷另一條干線的油進(jìn)入三相分離器。質(zhì)量流量計(jì)采用外輸模式，用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量的純油質(zhì)量與三相分離器后的腰輪流量計(jì)計(jì)量的純油量（通過(guò)含水、密度換算成質(zhì)量）進(jìn)行對(duì)比。兩種流量計(jì)得出純油質(zhì)量的公式如下：

      質(zhì)量流量計(jì)：

      M₀=M_T×（1－H）                （1）

      其中   M₀――純油質(zhì)量（質(zhì)量流量計(jì)直接顯示出來(lái)）
               M_T――質(zhì)量總量（總液量）
               H――在線質(zhì)量含水率

      腰輪流量計(jì)：

      M₀=V_T×（1- H）×ρ₀           （2）

      其中  M₀――純油質(zhì)量（人工換算得到）
              V_T――體積總量
              H――人工測(cè)量含水率（比對(duì)工況溫度）
              ρ₀――人工測(cè)量純油密度（比對(duì)工況溫度）

      在安裝完成以后。我們和廠方人員一起分別對(duì)12隊(duì)低含水原油和3隊(duì)高含水原油分別做了純油質(zhì)量對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)的方法為每?jī)尚r(shí)記錄一次流量計(jì)純油質(zhì)量和腰輪流量計(jì)讀數(shù)，測(cè)量當(dāng)前溫度及純油密度，通過(guò)前述公式得到腰輪出口側(cè)的純油量和質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量出的純油質(zhì)量進(jìn)行比對(duì)。具體對(duì)比數(shù)據(jù)結(jié)果分別如下：

      （1）12隊(duì)油含水般在40%~60%，溫度43℃左右。我進(jìn)行了三天對(duì)比試驗(yàn)。將就部比對(duì)結(jié)果做成圖表。見(jiàn)圖2。

表1 長(zhǎng)時(shí)間純油計(jì)量比對(duì)數(shù)據(jù)表

      由以上數(shù)據(jù)可以看出，質(zhì)量流量計(jì)在測(cè)量低含水原油時(shí)對(duì)純油質(zhì)量的計(jì)量精度可以達(dá)到2%內(nèi)，且隨著計(jì)量時(shí)間的延長(zhǎng)誤差有減小的趨勢(shì)。

      （2）3隊(duì)含水較高一般在80%~90%之間，我們采取的比對(duì)法與12隊(duì)采取的相同。具體數(shù)據(jù)如圖3

      由以上數(shù)據(jù)可以看出，同樣的比對(duì)方法下3隊(duì)純油質(zhì)量對(duì)比誤差高達(dá)到了7.5%。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝流程和介質(zhì)狀態(tài)的分析我們認(rèn)為造成誤差偏大的主要原因可能有：① 我們輸入到儀表內(nèi)部的純油和純水密度不準(zhǔn)，導(dǎo)致含水測(cè)量不準(zhǔn)確使得換算出的純油質(zhì)量不準(zhǔn)；② 原油中含有一定的游離氣體造成流量和含水測(cè)量不準(zhǔn)，引起純油計(jì)量誤差增大。為了驗(yàn)證我們的推論，對(duì)原油我們進(jìn)行了化驗(yàn)，化驗(yàn)原油在20℃時(shí)的純油密度為838.0 kg/m³，純水密度為1097.0 kg/m³。我們輸入的純油密度為838.1 kg/m³，純水密度為1096.5 kg/m³。誤差小于0.05%，說(shuō)明我們輸入的純油，純水密度與實(shí)測(cè)密度基本接近，排除了第一種可能。對(duì)于第二種因數(shù)我們首先取樣觀察發(fā)現(xiàn)在原油中含有大量氣泡，說(shuō)明原油含氣較大。隨后做了含水對(duì)比試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。

表2 含氣原油含水試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

      由以上數(shù)據(jù)可以看出流量計(jì)測(cè)量含水與實(shí)測(cè)含水相對(duì)誤差為3.5%，由于原油含水較高，當(dāng)含水在85%時(shí)，如果含水測(cè)量誤差1%，則純油含量就有1%誤差，此時(shí)能夠造成純油計(jì)量誤差達(dá)到7%左右。由此判斷，由于原油含氣和含水較高影響到純油量計(jì)量不準(zhǔn)，是造成3隊(duì)純油對(duì)比誤差較大的主要原因?？梢?jiàn)在含氣和高含水條件下流量計(jì)對(duì)純油質(zhì)量計(jì)量誤差較大。

      解決方案

      針對(duì)3隊(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題我們決定在工藝和流量計(jì)軟件上進(jìn)行改動(dòng)，解決含氣和高含水條件下流量計(jì)對(duì)純油質(zhì)量計(jì)量的問(wèn)題。

      （1）首先要解決原油中含氣量大的問(wèn)題：為保證液體中的體積含氣量小于5%，我們計(jì)劃在原油進(jìn)入流量計(jì)之前首先經(jīng)過(guò)兩相分離進(jìn)行氣液分離，再配以消氣器增強(qiáng)氣液分離的效果。在實(shí)際的改造中我們發(fā)現(xiàn)雖然能保證原油中氣體被分離，但分離后的游離氣含量隨分離器中穩(wěn)定的液位高度不同而不同，兩相分離器液位的相對(duì)穩(wěn)定位置與氣體出口管線壓力有關(guān)，但是由于分離器的液位，不同的穩(wěn)定液位位置，氣液分離的效果不同，突出的表現(xiàn)在流量計(jì)顯示的密度與氣相壓力同步波動(dòng)。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 不同液位原油含水?dāng)?shù)據(jù)表

      解決方案：在兩相分離器出口端安裝自力式壓力調(diào)節(jié)閥，這樣可以根據(jù)原油中含氣量的太小自動(dòng)調(diào)節(jié)分離器內(nèi)部力，保證液位穩(wěn)定。

      （2）改變含水計(jì)算公式及算法：質(zhì)量流量計(jì)計(jì)算含水的方法一般采用公式：

      H=[(ρ_M-ρ₀)×ρ_W]/[(ρ_W-ρ₀)×ρ_M]×100%      （3）

      其中  ρ_M―― 混合液密度
              ρ₀ ―― 純油密度
              ρ_W―― 礦化水的密度

      由該公式可以看出含水計(jì)量的準(zhǔn)確性受到輸入的純油密度、純水密度和儀表測(cè)量的混合液密度的影響。

      現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)儀表顯示的瞬時(shí)含水波動(dòng)較大。例如3隊(duì)干線含水率顯示值從70%變化至87%，波動(dòng)周朝約為2~3min。實(shí)際上小隊(duì)計(jì)量干線的平均含水變化較小，瞬時(shí)含水會(huì)有波動(dòng)。但是儀表顯示的波動(dòng)主要是由于混合液中的含氣引起混合液密度測(cè)量變化所致。為了消除這一影響。我們決定引入平均含水進(jìn)行計(jì)算，具體做法是修改密度的阻尼系數(shù)，加長(zhǎng)含水計(jì)算時(shí)間，使含水的計(jì)算率由每秒1次下降至每10min一次，與原來(lái)相比，現(xiàn)在計(jì)算值相當(dāng)于原來(lái)10min所采集的全部數(shù)據(jù)的平均值。

      我們?cè)诮鉀Q了含氣計(jì)算方法后對(duì)兩種儀表測(cè)量的含水和純油量進(jìn)行了對(duì)比。具體測(cè)量數(shù)據(jù)如表4：

表4 純油計(jì)量對(duì)比數(shù)據(jù)表

      由于比對(duì)過(guò)程中各測(cè)量、推算環(huán)節(jié)的誤差存在，再考察到腰輪流量計(jì)有部分時(shí)間工作在其流量下限，所以這個(gè)結(jié)果我們和質(zhì)量流量計(jì)廠家雙方都較為滿意。

      結(jié)論

      原油中含氣的問(wèn)題是科氏質(zhì)量流量計(jì)使用的一大障礙。合理的工藝流程是ZIJ質(zhì)量流量計(jì)能較高精度在紱直接測(cè)量原油質(zhì)量含水的基本保證。半年多的實(shí)際使用結(jié)果可看出，利用變送器提供的純油純水計(jì)算功能，質(zhì)量流量計(jì)能直接計(jì)算出純油的質(zhì)量，避免了人工換算帶來(lái)的誤差。為聯(lián)合對(duì)評(píng)估各基層采油單位的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)成本提供了可靠數(shù)據(jù)。減少了各基層單位間的產(chǎn)量糾紛，達(dá)到了計(jì)量站改造設(shè)計(jì)初衷。