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提高電磁流量計測量準確度方法
發布時間:2019-03-14

摘要針對在注水中電磁流量計測量準確度普遍低于理論值的現狀,試驗小組根據電磁流量計原理與實際應用工況條件,查找影響電磁流量計測量準確度的主要因素,并制定對策措施進行反復比較實驗和效果檢查,最終通過5項有效措施的實施,完成電磁流量計測量準確度達到并超過理論值的目標。
引言
  在石油開采過程中,地下能量會越來越低,產液量也隨之下降,為了提高采收率,一個重要的手段就是向目的層注水,提高地層壓力,達到提高采收率的目的,地層的注水量必須把握準確,否則就會造成水淹、水竄,對地層造成傷害,會引起含水率升高,產液量下降。因此,注水計量的準確度對油田生產有著極其重要的作用。我廠目前有注水井156口,有105口注水井采用了電磁流量計計量,其中每4~8口配一個注水站,每個注水站安裝一臺總水表,全廠在用電磁流量計120臺。本文擬研究提高電磁流量計測量準確度問題。
電磁流量計應用現狀分析
  電磁流量計用來測量經密封管道內一般導電液體體積流量的儀表,根據法拉第電磁感應定律,當導電液體流過管道的磁場作切割磁力線時,電極間將產生感應電動勢,其感應電動勢E為:
E=KBDV
式中:
V―測量管道截面上的平均流速(m/s);
K―儀表常數;
D―測量管內直徑(m);
B―磁感應強度(T)。
  電極檢測出的微弱感應電動勢E,先經前置放大器的放大和噪聲抑制,成為大幅度低阻抗的電壓信號,此信號經微分、積分電路處理,再經模數轉換器進入單片機進行控制、處理和去處。單片機對放大器的漂移及零點漂移能定期自動調整,在全量程范圍內分8段對信號進行非線性修正。單片機也能對信號進行監控、抑制噪聲信號和切除空管干擾,由大容量串行貯存器對每8h處理和運算后的流量數據予以貯存一次,同時記錄該時間與日期的流量數據,顯示為時流量和日流量。
  經過單片機運算的流量信號由轉換器和頻率轉換器將流量數據轉換成標準模擬信號(電流信號)與脈沖、頻率信號等外輸信號輸出,最后流量數據信息由液晶屏顯示總流量和瞬時流量,或者可通過光耦按鈕功能鍵來操作顯示屏上的各種功能菜單,并能分別顯示其對應的信息。
  電磁流量計理論準確度為1.5%,但由于油田注水工況較為復雜,實際使用過程中的測量準確度難以保證,工況最差的碼頭莊油田電磁流量計準確度平均為5.0%,個別達到10.3%,對原油生產產生較大影響。
現狀分析一:少量氣體呈波狀流
  管線中若有氣體則會發生流量計顯示晃動情況,讀數不穩定,管線由于是密封,且是在三相分離器水倉的底部出水所以從源頭帶來氣體不可能。我們從三相分離器的水出口處的壓力表處拆開多次看后如表1。
現狀分析二:閥門開啟度太小
  上游閥門開啟太小,則液位會在電極以下,表現出流量計為超滿度情況,碼頭莊污水流量計曾經多次出現這種情況,表2為在一級沉降罐進口的統計情況。


現狀分析三:啟用前沒排氣
  啟用前未能排凈管內空氣,剩留氣體積聚在管系高點,流動時被液體夾帶,呈氣泡狀流出;另一原因是液體中夾帶小氣泡逐漸聚集,滯留在管系高點。故障表現為流量測量值和實際值不符以及輸出晃動。在啟用前均都已經排盡空氣。另外的夾帶小氣泡也是不存在的,因為碼頭莊三相分離器污水出水口在水倉的底部,即使有氣體它也在水倉時就跑到水倉頂部。
現狀分析四:管系中吸入氣泡
  污水電磁流量計設在一級沉降罐的進口處,在這個電磁流量計的前面大約50cm處有個加藥點,這個加藥點偶爾會在加藥的同時加進氣體。
現狀分析五:流動狀態的變化
  流量測量值與應用參比值不符,通常儀表調試正常運行一段時期后,也會因流動狀態變化而出現故障。主要表現是管內有隨動物體,如接口處的膠帶以及內襯脫落等在隨著水流有擺動。我們拆開接口及有襯體易脫落處檢查。均沒有隨動物體。
現狀分析六:液體中含有溶解氣
  聯合站擁有兩座臥式三相分離器,其日均處理液量在500m3左右,主要是對產出液進行油、氣、水分離,根據工程需要三相分離器的壓力為0.24MPa,而到了污水電磁流量計那里壓力還不到0.1MPa,以前出水出油溫度在39℃左右,后打開一級沉降罐頂蓋可以聞到比較強烈的天然氣味道,懷疑污水中含有溶解氣,我們提高三相分離器的熱循環水量,果然溶解氣少了很多。其前后對比如表3.

現狀分析七:電導率不均勻
  這個是指兩種以上的液體還沒有混合好就進入流量計,若它們的電導率相差比較大則會導致流量計測量不準確。污水電磁流量計的前面有個加藥點,加進殺菌劑、絮凝劑、阻垢劑三種藥劑,總共加藥量為12.5L/h。這個流量與污水流量相比非常小,其影響在流量計上很難反映出來。我們關閉加藥點觀察如表4。

現狀分析八:往復泵振蕩
  原來有三臺三柱塞高壓泵,正常都是在18MPa的壓力下運轉,由于泵的脈動性而測量點又未遠離泵,脈動使電磁流量計輸出晃動,有時候還產生了測量誤差。這從總表的校驗可以得出。
現狀分析九:沉積層覆蓋電極
  污水流量計有時晃動的比較厲害,我們拆開可以看到里面已經薄薄的被覆蓋了一層微小物體。而流量也從5.5~11.5m3/h來回跳動。
  通過對以上的分析,影響電磁流量計測量準確度低于理論值的主要原因是:①閥門開啟度太小;②管系吸入氣泡;③液體中含有溶解氣;④往復泵振蕩;⑤沉積層覆蓋電極。
提高電磁流量計測量準確度的試驗
試驗一:加大流量計上游閘門開啟度
  如果管中的液體達不到電磁流量計的電極上面則會出現超滿度現象。油田多次出現三相分離器污水出口達到65.7m3/h,而碼頭莊一天的總產液量在500m3左右,其中油約200m3/d,污水約300m3/d,平均為10~12m3/h。而65.7m3/h這個測量值嚴重地偏離了實際流量值。故把三相分離器的污水出口全開,而改用流量計后面的閘閥來控制脫水量(圖1)。
電磁流量計及閥門位置示意圖
  以前是用1#(三相分離器污水出口閘閥)與3#閘閥來共同控制流量,這樣往往有可能是1#閘閥開的較小,3#開的較大,這就有可能在管線中會留出一部分空間,使氣體進入,最終導致液體不能充滿整個管系,而出現超滿度。
  現在采取的措施是1#閘閥全開,而用3#閘閥的開啟度來控制流量。這樣就避免了電磁流量計和管線虧空現象,電磁流量計測量的準確性提高了很多。
試驗二:維修加藥泵的密封性
  污水流量計的前面有個加藥點,距離電磁流量計大約50cm。加殺菌劑、阻垢劑、絮凝劑3種藥劑(圖2)。

  管系若吸進空氣則造成測量值晃動不穩定。圖中1,2,3分別代表3臺加藥泵,這3臺加藥泵排量小,總量在12.5L/h,但就是這個加藥點給這個流量計造成了相當的誤差。每個加藥泵都有個入口,入口放在加藥罐里。該入口的結構示意如圖3。
  加藥泵的A部分在藥劑的上面,而B部分則沉沒在藥劑中,加的藥劑有一定的黏度,且有部分雜質,故濾網是經常堵住,如果在藥劑中的B部分不通暢,則裸露在空氣中的A部分會從1與2及吸料連接器和墊圈處進空氣。3臺中的任意一臺漏空氣都會由管線中的加藥點進入管線,從而導致流量計測量值不穩定。現在我們是每周都會對泵的濾網和吸料連接器以及墊圈進行檢查。由加藥泵漏進氣體不再發生。

試驗三:提高三相分離器溫度降低污水中含有的溶解氣
  在實驗中都是單獨實驗,在不考慮其他因數的條件下,把三相分離器的溫度由原來的39℃提高到現在的46℃,效果很明顯。控制三相分離器的溫度,也就是控制三相分離器循環熱水量與循環熱水溫度,循環熱水溫度一般變化較小,而水量我們由原來的3m3/h,調配到現在的6m3/h,這樣一來,包括井上產氣也多析出了6~8m3/h。具體如圖4。

  從圖4可以看出當出水溫度達44℃時,產氣量達到近50m3/h(標況即:溫度273K,壓力101325Pa),且呈平穩的趨勢,也就是此時達到了一個平衡。達到了析氣的最大化,析出氣體的最佳狀態。也就是這樣出去的污水含氣最少。達到了不含溶解氣的目標。
試驗四:改變讀數方式,增加新工藝,緩解往復泵的振蕩
  注水站原有3臺3S175-13.4/20三柱塞注水泵,在泵的出口裝有總流量計,這個總流量計的測量由于泵的往復振蕩使其準確性很低,每次與各注水單井總和的差別都有近50m3。每天注水在620m3左右,這樣就有近10%的誤差,而每次對其校驗的差值也是10%左右,表5是2005.10.11校驗的結果。

  從表5中可以看出流量計的準確性很低甚至超過了10%,這個數據的差別很大,到這種情況應該說不是誤差,而是錯誤了。在有脈動流動源的管線上,要減緩其對流量儀表測量的影響,通常應該采取流量傳感器遠離脈動源,利用管流流阻衰減脈動;或在管線適當位置裝上稱作被動式濾波器的氣室緩沖器,吸收脈動。因為在此我們不好改變流程和泵的本身工藝,為此我們采取的措施是讀取泵的進口流量計和泵的回流流量計,因為這兩處表的壓力很低,脈動振動也很小,用泵的進口流量計數值減去回流流量計數值,得出注水量數值。但是在2005年11月份碼頭莊新裝了一臺5S175-33.3/20的五柱塞注水泵,這臺泵是五個柱塞,其水的振動性相對減少,并趨于平緩,且本身帶有氮氣緩沖裝置,能非常有效地緩解振動,達到了預期效果。
試驗五:定期清洗電磁流量計內壁
  在污水流量為10m3/h左右,溫度約為44℃,電磁流量計清洗周期為45d,否則測量誤差將很快會達到5%。定期清洗電磁流量計以避免沉積層的影響。
試驗小組于2005-12~2006-01對試驗效果進行驗證,見表6。

  通過表6可以看出現在誤差最大的是總表流量計,但也只有0.95%,完全符合誤差不能高于1.5﹪的生產要求,達到預期的效果。

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