摘要針對在注水中電磁流量計測量精度普遍低于理論值的現(xiàn)狀,試驗小組根據(jù)電磁流量計原理與實際應(yīng)用工況條件,查找影響電磁流量計測量精度的主要因素,并制定對策措施進(jìn)行反復(fù)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精度達(dá)到并超過理論值的目標(biāo)。
引言
在石油開采過程中,地下能量會越來越低,產(chǎn)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(dá)到提高采收率的目的,地層的注水量必須把握準(zhǔn)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(chǎn)液量下降。因此,注水計量的精度對油田生產(chǎn)有著極其重要的作用。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。提高電磁流量計測量精度問題。
電磁流量計應(yīng)用現(xiàn)狀分析
電磁流量計用來測量經(jīng)密封管道內(nèi)一般導(dǎo)電液體體積流量的儀表,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,當(dāng)導(dǎo)電液體流過管道的磁場作切割磁力線時,電極間將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,其感應(yīng)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(shù);
D―測量管內(nèi)直徑(m);
B―磁感應(yīng)強(qiáng)度(T)。
電極檢測出的微弱感應(yīng)電動勢E,先經(jīng)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(jīng)微分、積分電路處理,再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行控制、處理和去處。單片機(jī)對放大器的漂移及零點漂移能定期自動調(diào)整,在全量程范圍內(nèi)分8段對信號進(jìn)行非線性修正。單片機(jī)也能對信號進(jìn)行監(jiān)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(yùn)算后的流量數(shù)據(jù)予以貯存一次,同時記錄該時間與日期的流量數(shù)據(jù),顯示為時流量和日流量。
經(jīng)過單片機(jī)運(yùn)算的流量信號由轉(zhuǎn)換器和頻率轉(zhuǎn)換器將流量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)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(yīng)的信息。
電磁流量計理論精度為1.5%,但由于油田注水工況較為復(fù)雜,實際使用過程中的測量精度難以保證,工況最差的碼頭莊油田電磁流量計精度平均為5.0%,個別達(dá)到10.3%,對原油生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響。
現(xiàn)狀分析一:少量氣體呈波狀流
管線中若有氣體則會發(fā)生流量計顯示晃動情況,讀數(shù)不穩(wěn)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。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(xiàn)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(xiàn)出流量計為超滿度情況,碼頭莊污水流量計曾經(jīng)多次出現(xiàn)這種情況,表2為在一級沉降罐進(jìn)口的統(tǒng)計情況。
現(xiàn)狀分析三:啟用前沒排氣
啟用前未能排凈管內(nèi)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(xiàn)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(jīng)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(xiàn)狀分析四:管系中吸入氣泡
污水電磁流量計設(shè)在一級沉降罐的進(jìn)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(jìn)氣體。
現(xiàn)狀分析五:流動狀態(tài)的變化
流量測量值與應(yīng)用參比值不符,通常儀表調(diào)試正常運(yùn)行一段時期后,也會因流動狀態(tài)變化而出現(xiàn)故障。主要表現(xiàn)是管內(nèi)有隨動物體,如接口處的膠帶以及內(nèi)襯脫落等在隨著水流有擺動。拆開接口及有襯體易脫落處檢查。均沒有隨動物體。
現(xiàn)狀分析六:液體中含有溶解氣
聯(lián)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(chǎn)出液進(jìn)行油、氣、水分離,根據(jù)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(qiáng)烈的天然氣味道,懷疑污水中含有溶解氣,提高三相分離器的熱循環(huán)水量,果然溶解氣少了很多。其前后對比如表3．
現(xiàn)狀分析七:電導(dǎo)率不均勻
這個是指兩種以上的液體還沒有混合好就進(jìn)入流量計,若它們的電導(dǎo)率相差比較大則會導(dǎo)致流量計測量不準(zhǔn)確。污水電磁流量計的前面有個加藥點,加進(jìn)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。關(guān)閉加藥點觀察如表4。
現(xiàn)狀分析八:往復(fù)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(yùn)轉(zhuǎn),由于泵的脈動性而測量點又未遠(yuǎn)離泵,脈動使電磁流量計輸出晃動,有時候還產(chǎn)生了測量誤差。這從總表的校驗可以得出。
現(xiàn)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,拆開可以看到里面已經(jīng)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精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(fù)泵振蕩;⑤沉積層覆蓋電極。
提高電磁流量計測量精度的試驗
試驗一:加大流量計上游閘門開啟度
如果管中的液體達(dá)不到電磁流量計的電極上面則會出現(xiàn)超滿度現(xiàn)象。油田多次出現(xiàn)三相分離器污水出口達(dá)到65.7m3/h,而碼頭莊一天的總產(chǎn)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(yán)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)。
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(jìn)入,最終導(dǎo)致液體不能充滿整個管系,而出現(xiàn)超滿度。
現(xiàn)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(xiàn)象,電磁流量計測量的準(zhǔn)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(jìn)空氣則造成測量值晃動不穩(wěn)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(dāng)?shù)恼`差。每個加藥泵都有個入口,入口放在加藥罐里。該入口的結(jié)構(gòu)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(zhì),故濾網(wǎng)是經(jīng)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(jìn)空氣。3臺中的任意一臺漏空氣都會由管線中的加藥點進(jìn)入管線,從而導(dǎo)致流量計測量值不穩(wěn)定。現(xiàn)在是每周都會對泵的濾網(wǎng)和吸料連接器以及墊圈進(jìn)行檢查。由加藥泵漏進(jìn)氣體不再發(fā)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(shù)的條件下,把三相分離器的溫度由原來的39℃提高到現(xiàn)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(huán)熱水量與循環(huán)熱水溫度,循環(huán)熱水溫度一般變化較小,而水量由原來的3m3/h,調(diào)配到現(xiàn)在的6m3/h,這樣一來,包括井上產(chǎn)氣也多析出了6～8m3/h。具體如圖4。
從圖4可以看出當(dāng)出水溫度達(dá)44℃時,產(chǎn)氣量達(dá)到近50m3/h(標(biāo)況即:溫度273K,壓力101325Pa),且呈平穩(wěn)的趨勢,也就是此時達(dá)到了一個平衡。達(dá)到了析氣的最大化,析出氣體的最佳狀態(tài)。也就是這樣出去的污水含氣最少。達(dá)到了不含溶解氣的目標(biāo)。
試驗四:改變讀數(shù)方式,增加新工藝,緩解往復(fù)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(fù)振蕩使其準(zhǔn)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(jié)果。
從表5中可以看出流量計的準(zhǔn)確性很低甚至超過了10%,這個數(shù)據(jù)的差別很大,到這種情況應(yīng)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(yīng)該采取流量傳感器遠(yuǎn)離脈動源,利用管流流阻衰減脈動;或在管線適當(dāng)位置裝上稱作被動式濾波器的氣室緩沖器,吸收脈動。因為在此不好改變流程和泵的本身工藝,為此采取的措施是讀取泵的進(jìn)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(jìn)口流量計數(shù)值減去回流流量計數(shù)值,得出注水量數(shù)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(dá)到了預(yù)期效果。
試驗五:定期清洗電磁流量計內(nèi)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(dá)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(jìn)行驗證,見表6。
通過表6可以看出現(xiàn)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(chǎn)要求,達(dá)到預(yù)期的效果。
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