郭發(fā)榮 （中石油長慶油田分公司油田開發(fā)處，陜西 西安710018）

趙防震 （中石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏 銀川750000）

楊印華 （中石油長慶油田分公司油田開發(fā)處，陜西 西安710018）

張隨望 （中石油長慶油田分公司油氣工藝研究院，陜西 西安710018）

在油田注水開發(fā)中，注水量是既反映地層能力，也反映注水設(shè)備生產(chǎn)能力、能耗的重要參數(shù)，是注水管理水平的重要體現(xiàn)。因此，對注水量精確的計量顯得尤其重要。實際注水過程，受注入水水質(zhì)和其他因素的影響，需要定期對注水流量計進行標定校驗，以確保計量的準確性。為保證注水生產(chǎn)數(shù)據(jù)（壓力、流量）準確，必須定期對在用壓力變送器和流量計進行檢定校正。目前常規(guī)做法是將現(xiàn)場變送器和流量計拆卸下來，拿到實驗室去進行標準表校正［1］，完成校正后再送到現(xiàn)場安裝。這種做法主要存在以下問題：需要一批備用變送器進行周轉(zhuǎn)，才能減少校正后再安裝工作；在沒有周轉(zhuǎn)變送器的情況下，一次校正需要2次到現(xiàn)場服務(wù)，還需要停注，影響生產(chǎn)；流量計校正只是將一次表芯取回實驗室，實驗室的流量計流道與現(xiàn)場流道存在多種差異，造成校正后的流量計在現(xiàn)場安裝后依然存在較大誤差。

在實際注水過程中，注水流量計無法實現(xiàn)每年2次的標定校驗要求，嚴重影響正常注水計量，影響油田的精細注水開發(fā)。為了解決以上問題，筆者提出了在線校正模式，以實現(xiàn)在現(xiàn)場校驗，減少中間環(huán)節(jié)，提高注水的精確性。

1 超聲波流量計量原理

聲波在流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會增加，逆流方向傳播速度則會減小，同一傳播距離就有不同的傳播時間。利用傳播速度之差與被測流體速度之間的關(guān)系求取流速，稱為傳播時間法。即在流體中發(fā)射一定頻率的超聲波，傳播相同的距離時，順流與逆流之間存在相位差，此差值與流體速度成正比，若管徑一定，則通過相位差可求出流量［2］。

設(shè)流量的流速為V，超聲波聲速為C，聲波發(fā)射探頭與接收探頭之間的距離為L，管道內(nèi)徑為D，則順流時間為：

逆流時間為：

時間差Δt為：

由于流體中超聲波聲速C遠遠大于流體速度V，可將式（3）簡化為：

則流體速度為：

由式（5）可見，流體速度與超聲波在流體中傳播的順流與逆流的時間差成正比。因此，流體的流量可以表示為：

超聲波流量計具有不擾亂流體流場、無腐蝕、無額外壓力損失、測量精度高、測量范圍寬等特點［3］。超聲波流量計是非接觸式流量測量儀表，測量過程中傳感原件不接觸流，采用夾裝式超聲波流量計可實現(xiàn)不停流載管安裝，只需在管道外部安裝換能器。因此，筆者采用超聲波流量計進行注水流量計在線校驗。

2 在線校正技術(shù)

2.1 超聲波在線校驗主機優(yōu)選

通過文獻調(diào)研和對比試驗，目前常用的超聲波流量計普遍存在一些問題：一是測試反應(yīng)不夠靈敏，二是在復(fù)雜狀況下測不出，三是測試重復(fù)性不好，應(yīng)用效果不是很理想。

為此，優(yōu)選德國弗萊克森超聲波流量計作為主機，并進行了漢化處理。該儀器累計流量及瞬時流量計量誤差小，并且精度可以達到0.25%。為了測試方便，將壁厚測試集成到了超聲波在線校驗的主機上［4］。

2.2 配套標準罐的研制

對流量較小的流量計，校驗時需要進行累計流量修正。為了避免放空水過多，研制了80L標準計量罐（見圖1），計量精度為0.25%。為了適應(yīng)現(xiàn)場管線放流閥出口低的實際情況，設(shè)計采用下入罐方式，并配套換流器［5］。

2.3 測試方式優(yōu)選

根據(jù)裝夾方式不同，可分為3種方法：第1種利用現(xiàn)有管線裝夾直接標定；第2種是利用現(xiàn)有管線裝夾＋標準罐法標定；第3種加裝不銹鋼標準測流段來夾裝超聲波流量計進行標定。根據(jù)現(xiàn)場實際，選擇第1種和第2種測試方法進行監(jiān)測。

圖1 80L標準罐結(jié)構(gòu)示意圖

實際測試時，根據(jù)超聲波反射次數(shù)的多少，將測試方式分為1次、2次、3次和4次聲程測試，室內(nèi)采取4種不同聲程進行對比測試，結(jié)果相差不大［6，7］?？紤]到超聲波信號強弱等因素，選擇2次聲程進行測試試驗。

表1 超聲波流量計采用不同聲程的測試數(shù)據(jù)

3 測試分析

為進一步驗證超聲波流量計計量的準確性，采取在流量計校驗裝置上進行同步對比測試，同時，選擇不同區(qū)塊與剛經(jīng)過利用常規(guī)流量計校驗裝置校驗過水表進行對比試驗。

3.1 流量計校驗裝置上的對比試驗

采取超聲波在線校驗儀器與現(xiàn)場在用的DELL－2010型流量校驗裝置上進行對比測試，流量計校驗裝置為沈陽興大通儀器儀表有限公司生產(chǎn)的DTLL－2010A型流量標定裝置，該裝置有4種不同管徑的流道［1］。通過調(diào)節(jié)流量大小，采取二次聲程在4種不同流道上進行了對比測試試驗（見表2），不同管徑測量的平均誤差在0.1%～1.1%。

表2 與流量標定裝置進行對比檢驗

3.2 現(xiàn)場注水閥組流量測試

采取超聲波流量計與標準水罐計量數(shù)據(jù)進行對比，現(xiàn)場測試了83口井212井次，平均誤差在3%以內(nèi)。在普測的基礎(chǔ)上，開展了不同流量范圍、不同測試時間、不同測試位置等情況的對比測試分析（見表3～表5），結(jié)果表明，研制的超聲波在線校驗裝置對5m3／d以上的流量都是適應(yīng)的，測試不受時間及閥前、閥后等測試位置的影響，測試誤差均能控制在4%以內(nèi)。

表3 大流量（50m3／d以上）與小流量（10m3／d以下）測試結(jié)果統(tǒng)計

表4 同一流量計同一位置不同時間測試結(jié)果對比統(tǒng)計

表5 同一流量計不同位置測試結(jié)果對比統(tǒng)計

4 結(jié)論與認識

1）超聲波流量計對油田注水在線流量計現(xiàn)場校正是完全可行的，計量精度可以滿足生產(chǎn)管理需要。

2）超聲波在線校驗技術(shù)可以在注水正常工作現(xiàn)狀下實現(xiàn)對流量計的標定校驗，改變了流量計拆卸校驗的方式，簡化了流量計校驗程序，提高了計量的準確性。

3）超聲波在線校驗裝置穩(wěn)定性較高，消除了測試位置及測試時間等對校驗測試結(jié)果影響。

［1］JJG643－2003，標準表法流量標定裝置 ［S］.

［2］李廣峰，高勇 .超聲波流量計的高精度測量技術(shù) ［J］.儀器儀表學報，2001（12）：645.

［3］王宏偉，戚翠紅 .超聲波流量計在油田污水計量中的應(yīng)用探討 ［J］.科技信息，2008（15）：370.

［4］王繼慶，淺談便攜式超聲波流量計的實際應(yīng)用及注意事項 ［J］.中國石油和化工標準與質(zhì)量，2012（4）：244.

［5］蔡武昌，孫淮清，紀綱 .流量測量方法和儀表的選用 ［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2001.

［6］鄒蓬，呂傳玉，李鳳名 .時差法超聲波流量計的原理和設(shè)計 ［J］.建設(shè)科技，2012（2）：88～89.

［7］孟華，閆菲，李明偉 .新型時差法超聲波流量計 ［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2007（8）：18～20.