江漢油田王一聯(lián)合站是一座“五星級油氣站"，主要擔(dān)負(fù)著王場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、水三相流量測量的精確度是聯(lián)合站生產(chǎn)中的關(guān)鍵，也是工作中棘手的事。尤其是油田進(jìn)入中高含水期。采出的液量成倍增長，此時對原油含水率的測量及純油質(zhì)量的計量，在聯(lián)合站中對評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加密度計法。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，它不但能測量流體質(zhì)量流量、溫度和密度。還能較準(zhǔn)確實(shí)時測量原油中的含水，直接顯示純油質(zhì)量。以上功能是其它流量計所的，不但節(jié)省了人力，避免了中間誤差帶來的影響，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（簡稱CMF，有文章稱為科里奧利質(zhì)量流量計）是利用流體在直線運(yùn)動的同時處于一旋轉(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)量流量測量儀表。它原理簡單，無可動部件，壽命長，免維護(hù)，綜合成本低，能直接測量液體、多相流、漿液等流體的質(zhì)量流量，并且測量值不受介質(zhì)溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響，測量準(zhǔn)確度較高。科氏質(zhì)量流量計已在多家油田單井計量、小隊外輸?shù)葓龊鲜褂茫鶕?jù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)開發(fā)的儀表單井計量模式、外輸模式滿足現(xiàn)有油田單井計量、分隊計量、分區(qū)計量、外輸計量等場合的應(yīng)用需求。可對含水在15%~85%之間的含水原油準(zhǔn)確測定質(zhì)量含水率，且體積含氣量小于5%時對純油質(zhì)量測量精度影響很小。
工藝流程
若直接使用科氏質(zhì)量流量計，則各采油隊輸?shù)铰?lián)合站的油水混合物主要存在兩方面的問題：含氣量大和含水率高，給純油質(zhì)量的計量帶來不少問題。經(jīng)過改造以后，現(xiàn)場的工藝流程圖如1。
現(xiàn)場將兩條干線的原油進(jìn)入一個三相分離器，在其中一條干線的消氣器后面裝有一臺質(zhì)量流量計。 它能夠測定在線含水率，能直接顯示所含純油質(zhì)量，腰輪流量計計量兩條干線總的純油量，從而間接得到另一干線的純油質(zhì)量，可以少用一臺質(zhì)量流量計節(jié)約成本。
現(xiàn)場應(yīng)用效果比對結(jié)果及出現(xiàn)的問題
為了驗(yàn)證方案選擇正確，現(xiàn)場將一條干線的來油分別通過消氣器進(jìn)入質(zhì)量流量計、三相分離器和腰輪流量計。同時切斷另一條干線的油進(jìn)入三相分離器。質(zhì)量流量計采用外輸模式，用質(zhì)量流量計測量的純油質(zhì)量與三相分離器后的腰輪流量計計量的純油量（通過含水、密度換算成質(zhì)量）進(jìn)行對比。兩種流量計得出純油質(zhì)量的公式如下：
質(zhì)量流量計：
M0=MT×（1－H） （1）
其中 M0――純油質(zhì)量（質(zhì)量流量計直接顯示出來）
MT――質(zhì)量總量（總液量）
H――在線質(zhì)量含水率
腰輪流量計：
M0=VT×（1- H）×ρ0 （2）
其中 M0――純油質(zhì)量（人工換算得到）
VT――體積總量
H――人工測量含水率（比對工況溫度）
ρ0――人工測量純油密度（比對工況溫度）
在安裝完成以后。我們和廠方人員一起分別對12隊低含水原油和3隊高含水原油分別做了純油質(zhì)量對比試驗(yàn)，試驗(yàn)的方法為每兩小時記錄一次流量計純油質(zhì)量和腰輪流量計讀數(shù)，測量當(dāng)前溫度及純油密度，通過前述公式得到腰輪出口側(cè)的純油量和質(zhì)量流量計測量出的純油質(zhì)量進(jìn)行比對。具體對比數(shù)據(jù)結(jié)果分別如下：
（1）12隊油含水般在40%~60%，溫度43℃左右。我進(jìn)行了三天對比試驗(yàn)。將就部比對結(jié)果做成圖表。見圖2。
表1 長時間純油計量比對數(shù)據(jù)表
| 比對時間（h） | 質(zhì)量流量計純油質(zhì)量（t） | 腰輪計算純油質(zhì)量（t） | 實(shí)測含水（%） | 純油對比誤差（%） |
| 6 | 92.110 | 91.840 | 42.2 | 1.5 |
| 12 | 141.547 | 139.946 | 38.2 | 2.0 |
| 24 | 282.844 | 279.054 | 68.3 | 1.4 |
| 34 | 416.126 | 413.14 | 60.5 | 0.7 |
| 48 | 572.697 | 560.74 | 48.3 | 2.1 |
| 60 | 622.900 | 617.00 | 40.3 | 1.8 |
由以上數(shù)據(jù)可以看出，質(zhì)量流量計在測量低含水原油時對純油質(zhì)量的計量精度可以達(dá)到2%內(nèi)，且隨著計量時間的延長誤差有減小的趨勢。
（2）3隊含水較高一般在80%~90%之間，我們采取的比對法與12隊采取的相同。具體數(shù)據(jù)如圖3
由以上數(shù)據(jù)可以看出，同樣的比對方法下3隊純油質(zhì)量對比誤差高達(dá)到了7.5%。通過對現(xiàn)場工藝流程和介質(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量不準(zhǔn)，引起純油計量誤差增大。為了驗(yàn)證我們的推論，對原油我們進(jìn)行了化驗(yàn)，化驗(yàn)原油在20℃時的純油密度為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%，說明我們輸入的純油，純水密度與實(shí)測密度基本接近，排除了種可能。對于第二種因數(shù)我們首先取樣觀察發(fā)現(xiàn)在原油中含有大量氣泡，說明原油含氣較大。隨后做了含水對比試驗(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
| 時間 | 流量計顯示含水（%） | 實(shí)際測量含水（%） | 偏差（%） |
| 10:14 | 84.5 | 80.8 | 4.5 |
| 11:07 | 87.86 | 85 | 2.86 |
| 14:06 | 86.67 | 84.49 | 1.98 |
| 16:22 | 80.45 | 78.6 | 1.85 |
由以上數(shù)據(jù)可以看出流量計測量含水與實(shí)測含水相對誤差為3.5%，由于原油含水較高，當(dāng)含水在85%時，如果含水測量誤差1%，則純油含量就有1%誤差，此時能夠造成純油計量誤差達(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量不準(zhǔn)，是造成3隊純油對比誤差較大的主要原因。可見在含氣和高含水條件下流量計對純油質(zhì)量計量誤差較大。
解決方案
針對3隊出現(xiàn)的問題我們決定在工藝和流量計軟件上進(jìn)行改動，解決含氣和高含水條件下流量計對純油質(zhì)量計量的問題。
（1）首先要解決原油中含氣量大的問題：為保證液體中的體積含氣量小于5%，我們計劃在原油進(jìn)入流量計之前首先經(jīng)過兩相分離進(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)在流量計顯示的密度與氣相壓力同步波動。具體數(shù)據(jù)見表3。
表3 不同液位原油含水?dāng)?shù)據(jù)表
| 時間 | 液位高度（m） | 密度（g/cm3） | 含水（%） | 溫度（℃ ） |
| 8:00 | 1.2 | 0.9591 | 62.00 | 42.0 |
| 8:30 | 1.5 | 1.0540 | 89.97 | 41.2 |
| 9:00 | 1.3 | 1.0165 | 78.12 | 41.2 |
| 9:30 | 0.8 | 0.9202 | 42.24 | 43.7 |
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調(diào)節(jié)分離器內(nèi)部力，保證液位穩(wěn)定。
（2）改變含水計算公式及算法：質(zhì)量流量計計算含水的方法一般采用公式：
H=[(ρM-ρ0)×ρW]/[(ρW-ρ0)×ρM]×99% （3）
其中 ρM―― 混合液密度
ρ0 ―― 純油密度
ρW―― 礦化水的密度
由該公式可以看出含水計量的準(zhǔn)確性受到輸入的純油密度、純水密度和儀表測量的混合液密度的影響。
現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)儀表顯示的瞬時含水波動較大。例如3隊干線含水率顯示值從70%變化至87%，波動周朝約為2~3min。實(shí)際上小隊計量干線的平均含水變化較小，瞬時含水會有波動。但是儀表顯示的波動主要是由于混合液中的含氣引起混合液密度測量變化所致。為了消除這一影響。我們決定引入平均含水進(jìn)行計算，具體做法是修改密度的阻尼系數(shù)，加長含水計算時間，使含水的計算率由每秒1次下降至每10min一次，與原來相比，現(xiàn)在計算值相當(dāng)于原來10min所采集的全部數(shù)據(jù)的平均值。
我們在解決了含氣計算方法后對兩種儀表測量的含水和純油量進(jìn)行了對比。具體測量數(shù)據(jù)如表4：
表4 純油計量對比數(shù)據(jù)表
| 時間 | 質(zhì)量流量計純油
質(zhì)量（t） | 腰輪計算純油
質(zhì)量（t） | 實(shí)測含水
（%） | 質(zhì)量流量計
含水率（%） | 純油對比誤差
（%） |
| 10:00 | 11.202 | 10.894 | 82.2 | 82.24 | 3.0 |
| 12:00 | 29.900 | 29.330 | 88.2 | 87.39 | 2.0 |
| 14:00 | 21.562 | 21.788 | 88.3 | 87.65 | -1.0 |
| 16:00 | 29.446 | 28.654 | 70.5 | 70.54 | 3.3 |
| 18:00 | 28.560 | 28.495 | 78.3 | 78.13 | 0.24 |
| 20:00 | 20.885 | 20.750 | 80.1 | 77.63 | 0.65 |
| 22:00 | 26.017 | 23.240 | 77.2 | 76.90 | 1.2 |
| 8:00 | 22.708 | 22.410 | 83.1 | 80.95 | -1.3 |
| 10:00 | 31.933 | 31.540 | 88.5 | 86.99 | -1.2 |
由于比對過程中各測量、推算環(huán)節(jié)的誤差存在，再考察到腰輪流量計有部分時間工作在其流量下限，所以這個結(jié)果我們和質(zhì)量流量計廠家雙方都較為滿意。
結(jié)論
原油中含氣的問題是科氏質(zhì)量流量計使用的一大障礙。合理的工藝流程是ZIJ質(zhì)量流量計能較高精度在紱直接測量原油質(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算功能，質(zhì)量流量計能直接計算出純油的質(zhì)量，避免了人工換算帶來的誤差。為聯(lián)合對評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)到了計量站改造設(shè)計初衷。
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