未稳定原油的质量流量计量
发布时间：2017-09-01
本文所指的未稳定原油是油气水三相分离器分离出来的原油，由于其在压力状态下会带有一定的甲烷、乙烷;丙烷等挥发性轻烃，在压力降低后，这些轻烃就从原油中挥发出来，不仅造成了大量挥发损耗，而且在油量计量方面也有较大难度。淮城油田濮三联担负着两个采油矿的油气处理任务。由于工艺状况的限制，采取了在三相分离器出口进行原油交接计量的方式。原计量仪表采用的是容积式罗茨流量计。
在实际交接计量工作中，无法消除分离器的窜气、分离器初段脱水原油含水率波动大、腰轮卡堵等问题，经常造成原油交接计量纠纷。为了消除以上因素的影响，我们选用了质量流量计，有效地解决了分离器出口原油交接计量中存在的问题。
1质量流量计的结构原理
1.1质量流量计的结构
质量流量计是由带有铂热电阻、两个电磁信号检测器、一个电磁驱动线圈的振动管构成的传感器，九芯专用信号线，NOC纯油计算机组成。
1.2基本原理
质量流量计主测量参量是质量流量，次测量参量是流体密度，还有附加测量流体温度。还可由质量流量和流体密度派生出测量含水率。
(1)质量测量的基本原理
根据科里奥利现象，当流体流人流量测量管时将导致流量管产生扭曲。流量管扭曲量的大小是完全与流经流量管的质量流量的大小成正比的。安装于流量管两侧的电磁信号检测器用于检测振动管的振动。质量流量的大小是由这两个信号的相位差 φ 来决定的。当有流体流经流量管时产生流量管的扭曲，从而导致两个检测信号的相位差 φ ，这一相位差正比于流过的质量流量。
(2)密度测量的基本原理
质量流量计的流量管是通过驱动线圈和反馈电路振动在它的谐振频率fo上。流体的密度 ρ就是通过利用流量测量的一对信号检测器测量流体流过流量管时的谐振频率fx而得到的。
(3)含水率的基本原理
根据相平衡原理通过混合液体质量百分比计算出来的。
2质量流量计在工艺流程中的实际应用
2.1工艺流程简介
质量流量计在淮三联油气水三相分离器中的应用如图1所示。
由于采油四矿是新成立的单位，在工艺上还无法实现独立的处理流程，因此只能在三相分离器的出口上使用质量流量计。
2.2安装方法
质量流量计在无泵无罐工艺流程中要求测量管垂直安装，被测液体从下而上流动。对测量直管段没有特殊要求。这种安装方式主要是便于原油中挥发出来的气体随原油的流动而被带走，避免气体在管线中积聚而影响计量。
2.3对原油中游离气的处理
三相分离器在实际运行中，由于浮子液面调节机构失灵，可能出现短暂的原油携带部分游离气的现象。一旦被测原油含气量超过一定量和一定时间(一般为15s)时，质量流量计的NOC将对密度测量值进行数据处理。NOC设定了三种处理方式:保持前值、只发出警报、停止计量。我们根据实际情况选用第一种方式。这么做主要是为了避免原油含游离气时，所测原油密度 ρe可能会小于纯油密度 ρo，造成含水率计算的偏低(甚至小于0)，从而造成纯油质量偏大。
2.4纯油、纯水密度的确定
确定纯油、纯水密度主要是NOC用来计算原油含水率的。在质量流量计中，混油密度是质量流量计测定出来的，而原油含水率则是根据相平衡原理通过混合液体质量百分比计算出来的。原油含水率计算公式如下:
由此可见，纯油、纯水密度的确定是极为重要的。
(1)纯水密度的确定
这里的纯水就是分离器产出的含油污水。由于含油污水的物理性质与原油中含水的物理性质是一致的。所以可以从分离器的放水管线上取水样，做出水样密度，视为原油中水的密度。对取出水样的处理方法:水样静置到含油污水中的微小油粒全部上浮到水面为止(必要时，可加除油剂)，经过以上除油后，做出水样的密度(淮三联产出水的密度为1.1kg/L。
(2)纯油密度的确定
纯油密度的确定是有一定难度的。在实际生产中，不含水的纯油是很难取到的。在现场由于实验条件的限制，获得纯油就有了很大的难度。为此，根据混合液体质量百分比，可以计算出纯油密度。计算公式如下:
我们只要测定出混合油的标准密度及混合油的含水率，就可以计算出纯油密度了。
2.5纯油油量的计算
质量流量计的NOC系统中有两种方式可以计算出纯油量:一种是混油质量乘以原油期间平均含水率，另一种是标准状态下的纯油体积乘以纯油密度。在计量过程中，瞬时含水波动大，期间平均含水的录取又较为复杂，且不易操作，故第一种方式不实用。相比之下，第二种方式较为简单易用。一般应采用第二种方式。
3影响质量流量计计量精度的因素分析
影响质量流量计的因素分为两类，即稳定影响因素和不稳定影响因素。稳定影响因素主要是纯水、纯油密度的确定。我们主要讨论一下不稳定影响因素。
实践证明:工艺状况对质量流量计的准确计量起着至关重要的作用。质量流量计在无泵无罐密闭流程中，它的应用环节决定了其使用精度和准确度。根据质量流量计在无泵无罐密闭流程中分离器出口使用情况，主要的不稳定影响因素有以下两个:
3.1原油含气率的影响
这里所说的原油含气是指原油中的游离气。首先是对原油含水率的影响。根据质量流量计含水率的计算公式(1)可知:当含气率增加，混油密度下降，从而导致原油含水率偏低:其次是对混油密度的影响。当原油含气率上升至一定程度，会使传感器的驱动电压大于传感器设定的驱动电压(设定驱动电压可以根据实际情况设定，当驱动电压在设定驱动电压以下时为正常工作)，使NOC对混油密度做“保持前值”处理，将会出现混油密度偏大的现象。
3.2原油含砂量的影响
原油含砂的影响程度视原油中的含砂量大小和砂的密度而定。含砂量越大，砂的密度越大，所测出的原油密度越大，计算出来的原油含水率也越高;反之亦然。同时，还要防止泥沙在质量流量计的测量管段沉积，从而影响其测量精度
4几种计量方法的比较
由于两种计量手段的不同，在两个矿的原油交接过程中，引起了许多争议，特别是采用质量流量计和腰轮流量计在数据上不可避免地存在一些差异。为r对质量流量计的计量结果有一个清晰的认识，我们对质量流量计、腰轮流量计和采用罐车过磅进行厂比较。比较结果见表1。
从上表可以看出:质量流量计质量比罐车过磅高出1.38%，腰轮流量计比罐车过磅低了3.98%。腰轮流量计在三相分离器计量中，其溶解气系数的确定是较为困难的。并且需要人工不间断地进行密度、含水等参数的监测，特别是要防止分离器的大量窜气，造成计量值过大。而质量流量计则不需要人工进行监测，可以自动进行计量，定点读数即可，具有较大的优势。
从计量成本上讲，腰轮流量计一次性投入较低，但需要经常性地维护，由于蹼城油田原油含砂较高，每周至少需要清洗过滤器一到两次，而日.还存在着腰轮卡死等故障。因此，在日常运行中需要投入大量的人力物力。而质量流量计能够解决腰轮流量计存在的弊端，只是一次性投入较高，价格约为腰轮流量计10倍。
5使用质量流量计的几点建议
质量流量计经过在膜三联两年多的应用实践，发现在以下几个方面应予以考虑:
(1)处于高寒天气时，尤其是质量流量计安装在室外的场合，应对质量流量计采取适当的保温措施。因为质量流量计的温度适用范围在一18℃一150℃之间。
(2)质量流量计的传感器与NOC纯油计算机的信号传输距离一般不宜超过150m 。
(3)应避免在震动较大的场合安装使用，如泵房等。
(4)在三相分离器与质量流量计之间尽量不要节流，以防原油中的溶解气逸出，影响质量流量计的准确计量。
(5)根据工艺状况(主要是游离气产生的多少)，应合理确定质量流量计的驱动电压。
(6)根据测定的介质密度，合理选表，以满足密度量程的要求。
摘自：中国计量测控网
