朱振國 (中石化河南油田分公司第一采油廠,河南桐柏474780)

張紅霞,范 民 (中石化河南油田分公司第二采油廠,河南唐河473400)

魏立君 (河南石油勘探局水電廠,河南南陽4731 32)

隨著油田逐步進入開采后期,油田增注開采成為油田開發(fā)的重要手段,油田開發(fā)用水計量管理也得到高度重視。在油田開發(fā)用水計量中,按計量對象主要分為污水計量、污水處理計量、新鮮用水計量。在計量環(huán)節(jié)上,主要有注水單井計量、脫水計量、污水轉(zhuǎn)注計量、污水回收計量、外排水計量等環(huán)節(jié)。在計量方式上,基本上以流量計計量為主,以容積計量、超聲波測試等手段作為輔助手段進行,按照計量對象可以分為總量計量和注水井計量[1,2]。由于油田開發(fā)注水計量環(huán)節(jié)繁多,計量方式復(fù)雜,計量器具數(shù)量多,給計量器具管理帶來了極大的難度,尤其是在對這些計量器具如何進行量值溯源上存在較大的難度。河南油田某采油廠通過建立計量器具管理體系,按照測量設(shè)備的ABC管理,結(jié)合近年來在油田開發(fā)用水計量器具管理的經(jīng)驗,對油田開發(fā)用水計量器具量值溯源進行了探討。

1 油田開發(fā)用水總量計量器具的校準

油田開發(fā)用水主要是指用于地下注水以及與之相關(guān)的工程用水。

目前用于油田開發(fā)用水總量計量點主要包括注水總量計量、經(jīng)處理后的轉(zhuǎn)注水和新鮮用水3個方面。油田開發(fā)用水用于注水總量計量和處理后的轉(zhuǎn)注水這2塊的流量計一般采用的是穩(wěn)定性能和精確性能較好的電磁流量計。這些流量計的口徑一般在DN80以上,數(shù)量不是很多。這類流量計具有口徑大、安裝拆卸較為困難、送至標準裝置上進行檢定 (校準)不易實現(xiàn)等缺點。由于這類流量計一般不屬強制檢定的計量器具,因此除一部分送檢定機構(gòu)進行檢定外,大部分是使用單位自行校準。依據(jù)目前的技術(shù)手段,一般采取超聲波校準的方法來開展。

用于新鮮用水計量的流量計一般歸屬為強制檢定類計量器具。由于新鮮用水水質(zhì)較好,計量點少,為了優(yōu)化投資和送檢方便,新鮮用水計量的流量計一般采用旋翼式流量計。這類流量計都送至得到授權(quán)項目的計量檢定機構(gòu)進行校準。

2 注水井計量器具校準存在的問題

油田開發(fā)用水總量計量器具量值溯源較為容易,但用于注水井計量的流量計量值溯源卻較為困難。主要是注水井流量計數(shù)量多,且油田井站偏遠、分散,使通過實驗室標準裝置進行校準比較困難,成為油田開發(fā)用水計量工作的瓶頸。為解決注水井流量計校準問題,河南油田某采油廠從2006年底通過利用超聲波流量計、標準流量計、標準體積罐3種方式進行了注水井在線校準的探討性試驗,并在取得了一定的成果后,在油田開發(fā)用水計量中進行了推廣應(yīng)用。

3 注水井流量計實驗室校準同現(xiàn)場存在的偏差

在油田注水井單井計量中,一般使用的是電磁式流量計、高壓水表 (水平螺翼式流量計)、磁電式(卡門渦街)流量計。在開展在線校準前,一般采用離線式,在實驗室內(nèi)的標準裝置上開展流量計的校準。

3.1 實驗室校準能力滿足不了現(xiàn)場實際要求

以某采油廠為例,該廠共有663口注水井,其中A類井為154口,B類井為238口,C類井為271口。按照A、B、C類分法,每口注水井上的流量計校準周期分別為1個月、2個月、3個月,其流量計年校準量為154×12+138×6+271×4=3760(臺/a)。當發(fā)生井下與地面流量偏差較大情況下時,還需要進行流量計校準。因此,該廠流量計每年校準臺數(shù)應(yīng)在4000臺次左右。而該廠流量計校準裝置年校準能力只有1000臺次左右,無法滿足實際生產(chǎn)的需要,致使大量的注水井流量計無法得到校準,使很多注水井流量計在超差中運行。在2006年歷時4個月的注水大調(diào)查中發(fā)現(xiàn),該采油廠667口注水井流量計測量正誤差高于5%的為157口,測量負誤差高于5%的為39口,超差率為29.4%。

3.2 實驗室條件與現(xiàn)場工作存在的偏差

在實驗室內(nèi)開展校準工作的介質(zhì)為常溫常壓清水,而油田注水壓力高、水溫高、機雜多 (見表1),易造成使用中的注水井流量計測量誤差大,穩(wěn)定性差。而這些對流量計的準確性的誤差也無法進行定性分析,一般只能忽略不計。

表1 實驗室校準介質(zhì)與現(xiàn)場介質(zhì)指標

路況差、在運輸上的顛簸會造成某些流量計測量性能發(fā)生變化。此外,注水井流量計現(xiàn)場人員在安裝、調(diào)水過程中也會由于方法、操作不當造成流量計故障、誤差的產(chǎn)生。

3.3 離線校準對注水井的影響

在流量計送校過程中,由于關(guān)井,造成注水井憋壓,水井反吐現(xiàn)象存在,造成單井注水工作的被動。同時,由于流量計的拆裝、運輸,會造成人員勞動強度大,校準環(huán)節(jié)多,會產(chǎn)生一定的安全生產(chǎn)隱患及造成生產(chǎn)被動。

為了解決日益突出的注水流量計校準和使用存在的問題,以同時滿足大量開展校準工作和確保注水流量計校準的準確性為目標,筆者進行了在線校準注水井流量計的一系列的試驗工作。依據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)條件,筆者用超聲波流量計比對法、標準流量計比對法、標準體積罐比對法3種方法進行了注水井流量計在線校準的探討。

4 超聲波流量計比對法在線校準的探討

4.1 工作原理

超聲波流量計是當超聲波在流動的介質(zhì)中傳播的時候,相對于固定的坐標系統(tǒng)而言 (如管道中的管壁),其聲波的某些聲學特性與靜止介質(zhì)中的聲學特性是不同的,在其基礎(chǔ)上又疊加上了流體的流速信息,因而根據(jù)超聲波某些聲學特性隨流速的變化就可以求出介質(zhì)的流速。

多普勒式超聲波流量計依靠水中雜質(zhì)的反射來測量水的流速[3],但是根據(jù)測量原理,被測介質(zhì)中必須含有一定數(shù)量的散射體 (顆?；驓馀?,否則儀表就不能正常工作,因此多普勒式超聲波流量計主要是測量臟的介質(zhì)。而時差法[4]主要用來測量潔凈的流體流量,不能測量含有影響超聲波傳播的連續(xù)混入氣泡或體積較大固體物的液體。

4.2 在線校準試驗

在實驗室標準裝置上,對注水井流量計進行校準,同時將便攜式超聲波流量計安裝在標準裝置上對其進行校準,做到注水井流量計和便攜式流量計的誤差都控制在1%以內(nèi);然后將注水井流量計安裝到注水井上,用便攜式超聲波流量計對注水井流量計進行在線校準。通過實驗室比對和在線校準比對的比較來確定便攜式超聲波流量計對注水井流量計在線校準的準確性。

在對選擇的14口井進行試驗來看,多普勒式流量計誤差在2%～5%之間的有42.9%,誤差在5%～10%的有42.9%,高于10%的有14.3%。時差法流量計誤差在2%～5%的有14.3%,5%～10%的有57.1%,高于10%的有28.6%。

從試驗結(jié)果來看,多普勒式超聲波流量計測試效果要好于時差法超聲波流量計,但都不能完全滿足注水井流量計的準確性,且2種流量計都出現(xiàn)測量不到流體流量的問題。

4.3 試驗分析

由于目前油田注水多為污水處理回注,注水水質(zhì)受污水處理的影響和其他因素的影響,有時流體介質(zhì)是很穩(wěn)定的,固體顆粒懸浮物一般會控制在10mg/L以內(nèi);但有時固體顆粒懸浮物會達到10～18mg/L,粒徑也呈現(xiàn)不規(guī)律變化,氣泡含量較多。因此,注入水介質(zhì)是潔凈介質(zhì)和臟介質(zhì)交替變化的介質(zhì),從而造成超聲波流量測量的不穩(wěn)定性。這是造成2種超聲波流量計無法準確測量的根本原因。超聲波流量計在測量管道上要求有15D的直管徑,且要求無振動,無電磁輻射干擾。但在實際中,注水井管道結(jié)垢嚴重,腐蝕嚴重,造成管道內(nèi)壁凹凸不平,影響聲波的發(fā)射和接收,而很多注水井由于管線流程埋地,地面沒有足夠的直管段,造成超聲波流量計探頭無法夾持。

5 標準流量計在線校準的探討

5.1 工作原理

標準流量計比對法是利用標準流量計與被檢流量計串聯(lián)在同一管徑的管道上。在流動穩(wěn)定的情況下,任何時刻流過2臺表的質(zhì)量流量是相等的 (見圖1)。依據(jù)這一原理,在現(xiàn)場對流程改造,使之符合標準法校準要求。

圖1 標準表法工作原理

5.2 在線校準試驗

通過對某聚合物站進行了簡單流程改造 (在工藝管線上加裝了一臺標準流量計,如圖1所示),對注水井流量計進行在線校準。經(jīng)過改造后的流程,安裝1臺標準流量計,利用注水做為校準介質(zhì)對注水井流量計進行在線校準。同時將一臺誤差為0.5%標準流量計和一臺測量誤差為2.0%的工作流量計同時在實驗室內(nèi)進行校準合格后,安裝到現(xiàn)場流程上,進行現(xiàn)場比對校準。在工作流量范圍區(qū)間內(nèi)連續(xù)測量多點,其工作流量計同標準流量計測量誤差為1.7%,比對結(jié)果較為理想。

由于標準流量計和工作流量計在同一管徑,同一介質(zhì)下進行流量值比對,因此比對效果較好。但在現(xiàn)場改造的時候,附加流程應(yīng)盡量遠離振動點,并應(yīng)有一定的安全防護距離。

6 標準體積罐比對法在線校準的探討

6.1 工作原理

標準體積罐比對法是利用在流量計后連接一標準體積罐,在單位時間內(nèi)通過被校準流量計的體積量與該單位時間內(nèi)進入標準體積罐的體積量進行比對。根據(jù)經(jīng)濟性和可行性綜合考慮,在現(xiàn)場進行大批量校準流量計的標準體積罐結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單,以提高標準器的使用壽命。基于這一原則,采用人工換水的方式來進行校準。

圖2 注水井水表在線校準示意圖

6.2 在線校準試驗

通過采用直徑為24.5mm的高壓管線做為放空管線,采用500L標準體積罐作為標準器具組成圖2的校準流程。規(guī)定2人進行一組操作,1人在注水井口開關(guān)放空閥門,記錄注水井流量計的始、終流量,另1人在標準體積罐處進行標準體積罐的水流換向操作。在注水井工作流量范圍內(nèi) (根據(jù)其注水井調(diào)配水量決定),在單位時間內(nèi)充滿一標準體積罐滿液體,與該單位時間內(nèi)工作流量計所計量進行比對,來確定工作流量計的測量誤差,以保證流量計的校準。從安全的角度考慮,一般規(guī)定在進行在線校準時,瞬時流量不得大于6m3/h。

6.3 試驗分析

在實驗室內(nèi)校準的測量誤差為1.3%的流量計安裝到注水井上后,用標準體積罐法進行比對,工作流量計誤差在1.9%內(nèi),可以滿足注水工作的計量要求。

7 結(jié) 語

1)在一些使用清水介質(zhì)的地方 (如聚合物站),使用超聲波流量計效果較好。在注入水水質(zhì)較差的地方,使用多普勒式超聲波流量計效果較好。但有時現(xiàn)場情況復(fù)雜,注水水質(zhì)存在著不確定因素較多,變化較大,使流量計選型出現(xiàn)困難,一旦選擇不好,直接影響超聲波流量計的使用,從而造成校準單位、被校準單位對超聲波流量的準確性提出質(zhì)疑。因此,在油田注水井流量計在線校準中,使用超聲波流量計作為現(xiàn)場校準的標準器具尚需時日。

2)校準流量計法具有勞動強度低,操作簡便的特點,但目前計量站注水管網(wǎng)為高壓管網(wǎng),水井多為油井轉(zhuǎn)注,故計量站內(nèi)配水間狹小。從場地、工藝流程和安全的角度考慮,很多計量站的注水井無法實現(xiàn)改造。因此,該校準方法只適用于在個別站點進行,無法進行規(guī)模推廣。

3)雖然標準體積罐比對法在線校準注水井流量計不確定度大,操作人員勞動強度較大,操作繁瑣,但其操作方法較為直觀,結(jié)果較為可靠,操作規(guī)范化可控性強。一般計量人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)即可進行校準操作。而注水井流量計測量誤差要求不是很高 (一般測量誤差低于5%),一般不易受到工作場所和環(huán)境的限制,可以適合于絕大多數(shù)計量站、注聚站的注水井流量計在線校準工作。

[1]徐幫學.儀器儀表質(zhì)量檢驗標準規(guī)范與安全性評價手冊[M].西寧:青海人民出版社,2003.

[2]苗瑜.企業(yè)計量管理與監(jiān)督 [M].北京.中國計量出版社,2005.

[3]李曉光,馬凈.多普勒超聲波流量計基本原理及應(yīng)用[J].可編程控制器與工廠自動化,2005,(3):115～116.

[4]李廣峰,高勇.時差法超聲波流量計的研究 [J].電測與儀表,2000,37(9):13～19.