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科氏质量流量计在计量站含水计量中的应用


原油中含气的问题是科氏质量流量计使用的一大障碍,合理的工艺流程是质量流量计能较高精度在绂直接测量原油质量含水的基本保证。半年多的实际使用结果可看出,利用变送器提供的纯油纯水计算功能,质量流量计能直接计算出纯油的质量,避免了人工换算带来的误差,减少了各基层单位间的产量纠纷,达到了计量站改造设计初衷。 

    

江汉油田王一联合站是一座“五星级油气站”,主要担负着王场及周边油田的原油脱水、脱盐、脱气和原油集输等任务。目前,原油“三脱”处理集输量已经达到1000t左右,是江汉油田分公司原油生产的关键单位。

油、气、水三相流量测量的精确度是联合站生产中的关键,也是工作中最为棘手的事。尤其是油田进入中高含水期。采出的液量成倍增长,此时对原油含水率的测量及纯油质量的计量,在联合站中对评估各基层采油单位的生产能力和生产成本等方面显得尤为重要。

方案选择

以往采用体积式流量计加密度计法。并配以含水分析等手段间接得到纯油质量的方法不但成本较高、方法烦琐,而且受人为因素影响误差较大,已不能满足使用要求。江汉油田王一联合站在集油站的改造中选用了质量流量计,它不但能测量流体质量流量、温度和密度。还能较准确实时测量原油中的含水,直接显示纯油质量。以上功能是其它流量计所无法比拟的,不但节省了人力,避免了中间误差带来的影响,而且为各基层采油单位独立核算、降低成本提供了数据保证。

科氏质量流量计(简称CMF,有文章称为科里奥利质量流量计)是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中,产生与质量流量成正比的科氏力原理制成的一种直接式质量流量测量仪表。它原理简单,无可动部件,寿命长,免维护,综合成本低,能直接测量液体、多相流、浆液等流体的质量流量,并且测量值不受介质温度、压力、密度、粘度等参数的影响,测量准确度较高。科氏质量流量计已在多家油田单井计量、小队外输等场合使用,根据应用经验开发的仪表单井计量模式、外输模式满足现有油田单井计量、分队计量、分区计量、外输计量等场合的应用需求。可对含水在15%~85%之间的含水原油准确测定质量含水率,且体积含气量小于5%时对纯油质量测量精度影响很小。

工艺流程

若直接使用科氏质量流量计,则各采油队输到联合站的油水混合物主要存在两方面的问题:含气量大和含水率高,给纯油质量的计量带来不少问题。经过改造以后,现场的工艺流程图如1

现场将两条干线的原油进入一个三相分离器,在其中一条干线的消气器后面装有一台质量流量计。 它能够测定在线含水率,能直接显示所含纯油质量,腰轮流量计计量两条干线总的纯油量,从而间接得到另一干线的纯油质量,可以少用一台质量流量计节约成本。

现场应用效果比对结果及出现的问题

为了验证方案选择正确,现场将一条干线的来油分别通过消气器进入质量流量计、三相分离器和腰轮流量计。同时切断另一条干线的油进入三相分离器。质量流量计采用外输模式,用质量流量计测量的纯油质量与三相分离器后的腰轮流量计计量的纯油量(通过含水、密度换算成质量)进行对比。两种流量计得出纯油质量的公式如下:

质量流量计:

其中   M0——纯油质量(质量流量计直接显示出来)

               MT——质量总量(总液量)

               H——在线质量含水率

腰轮流量计:

其中  M0——纯油质量(人工换算得到)

              VT——体积总量

              H——人工测量含水率(比对工况温度)

              ρ0——人工测量纯油密度(比对工况温度)

在安装完成以后。我们和厂方人员一起分别对12队低含水原油和3队高含水原油分别做了纯油质量对比试验,试验的方法为每两小时记录一次流量计纯油质量和腰轮流量计读数,测量当前温度及纯油密度,通过前述公式得到腰轮出口侧的纯油量和质量流量计测量出的纯油质量进行比对。具体对比数据结果分别如下:

112队油含水般在40%~60%,温度43℃左右。我进行了三天对比试验。将就部比对结果做成图表。见图2

1 长时间纯油计量比对数据表

比对时间(h

质量流量计纯油质量(t

腰轮计算纯油质量(t

实测含水(%

纯油对比误差(%

由以上数据可以看出,质量流量计在测量低含水原油时对纯油质量的计量精度可以达到2%内,且随着计量时间的延长误差有减小的趋势。

23队含水较高一般在80%~90%之间,我们采取的比对法与12队采取的相同。具体数据如图3

由以上数据可以看出,同样的比对方法下3队纯油质量对比误差高达到了7.5%。通过对现场工艺流程和介质状态的分析我们认为造成误差偏大的主要原因可能有:① 我们输入到仪表内部的纯油和纯水密度不准,导致含水测量不准确使得换算出的纯油质量不准;② 原油中含有一定的游离气体造成流量和含水测量不准,引起纯油计量误差增大。为了验证我们的推论,对原油我们进行了化验,化验原油在20℃时的纯油密度为838.0 kg/m3,纯水密度为1097.0 kg/m3。我们输入的纯油密度为838.1 kg/m3,纯水密度为1096.5 kg/m3。误差小于0.05%,说明我们输入的纯油,纯水密度与实测密度基本接近,排除了第一种可能。对于第二种因数我们首先取样观察发现在原油中含有大量气泡,说明原油含气较大。随后做了含水对比试验,实验数据如表2

2 含气原油含水试验数据表

时间

流量计显示含水(%

实际测量含水(%

偏差(%

由以上数据可以看出流量计测量含水与实测含水相对误差为3.5%,由于原油含水较高,当含水在85%时,如果含水测量误差1%,则纯油含量就有1%误差,此时能够造成纯油计量误差达到7%左右。由此判断,由于原油含气和含水较高影响到纯油量计量不准,是造成3队纯油对比误差较大的主要原因。可见在含气和高含水条件下流量计对纯油质量计量误差较大。

解决方案

针对3队出现的问题我们决定在工艺和流量计软件上进行改动,解决含气和高含水条件下流量计对纯油质量计量的问题。

1)首先要解决原油中含气量大的问题:为保证液体中的体积含气量小于5%,我们计划在原油进入流量计之前首先经过两相分离进行气液分离,再配以消气器增强气液分离的效果。在实际的改造中我们发现虽然能保证原油中气体被分离,但分离后的游离气含量随分离器中稳定的液位高度不同而不同,两相分离器液位的相对稳定位置与气体出口管线压力有关,但是由于分离器的液位,不同的稳定液位位置,气液分离的效果不同,突出的表现在流量计显示的密度与气相压力同步波动。具体数据见表3

3 不同液位原油含水数据表

时间

液位高度(m

密度(g/cm3

含水(%

温度(℃ )

解决方案:在两相分离器出口端安装自力式压力调节阀,这样可以根据原油中含气量的太小自动调节分离器内部力,保证液位稳定。

2)改变含水计算公式及算法:质量流量计计算含水的方法一般采用公式:

H=[(ρM-ρ0)×ρW]/[(ρW-ρ0)×ρM]×100%      3

其中  ρM—— 混合液密度

              ρ0 —— 纯油密度

              ρW—— 矿化水的密度

由该公式可以看出含水计量的准确性受到输入的纯油密度、纯水密度和仪表测量的混合液密度的影响。

现场观察发现仪表显示的瞬时含水波动较大。例如3队干线含水率显示值从70%变化至87%,波动周朝约为2~3min。实际上小队计量干线的平均含水变化较小,瞬时含水会有波动。但是仪表显示的波动主要是由于混合液中的含气引起混合液密度测量变化所致。为了消除这一影响。我们决定引入平均含水进行计算,具体做法是修改密度的阻尼系数,加长含水计算时间,使含水的计算率由每秒1次下降至每10min一次,与原来相比,现在计算值相当于原来10min所采集的全部数据的平均值。

我们在解决了含气计算方法后对两种仪表测量的含水和纯油量进行了对比。具体测量数据如表4

4 纯油计量对比数据表

时间

 质量流量计纯油

质量(t

腰轮计算纯油

质量(t

实测含水

%

质量流量计

含水率(%

纯油对比误差

%

由于比对过程中各测量、推算环节的误差存在,再考察到腰轮流量计有部分时间工作在其流量下限,所以这个结果我们和质量流量计厂家双方都较为满意。

原油中含气的问题是科氏质量流量计使用的一大障碍。合理的工艺流程是ZIJ质量流量计能较高精度在绂直接测量原油质量含水的基本保证。半年多的实际使用结果可看出,利用变送器提供的纯油纯水计算功能,质量流量计能直接计算出纯油的质量,避免了人工换算带来的误差。为联合对评估各基层采油单位的生产能力和生产成本提供了可靠数据。减少了各基层单位间的产量纠纷,达到了计量站改造设计初衷。

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