質量流量計在油田礦場計量中的應用

龔云濤，龔中偉

1.上海應用技術大學資源與環境學院（上海 201418）2.中國石化江蘇油田分公司采油一廠（江蘇 揚州 225265）

科里奧利質量流量計（Coriolis Mass Flowmeter以下簡稱CMF）是油田開發中后期，用于原油分區計量的一種比較實用的智能化流量計，具有無可動件、維護簡易、寬量程比的特點。CMF 依據牛頓第二定律振動管原理測定混合液密度、質量流量和溫度，根據計算公式輸入純油和純水密度可推導出0～100%范圍的含水率、純油和水總量，是一款性價比較高的智能化流量測量儀表[1]。江蘇油田采油一廠目前通過11臺CMF解決了約80%生產原油分區計量問題，為油田開發和經營管理提供了準確數據。

1 CMF在中轉站和裝卸油站的應用

CMF 具備密度、總量和含水測定功能，主要用于中轉站和卸油站原油計量，通過NOC 軟件和Micro Motion 3700 等流量變送器實現測量數據顯示與傳輸，滿足分區與單油罐車原油計量要求。

1.1 CMF在中轉站的應用

油田進入開發中后期隨著油氣比下降，曹7、沙20 等中轉站因原油物性穩定、含氣量≤10%，油水計量準確度和穩定性較高，通過記錄CMF 瞬時含水率與人工取樣化驗，控制含水率差值≤1.0%，否則重新化驗并修正油水密度，這也是現場保障CMF 準確性的重要手段。正常情況下油水密度每季度進行檢測和修正。

1.2 CMF在卸油站的應用

相比中轉站，CMF 在卸油站影響計量準確度因素較多，一是CMF 變送器只輸入固定的油水標準密度，而油罐車所卸原油來源復雜，密度不固定導致含水出現偏差。二是卸油罐容量較小，前車在出口進泵閥門以下底量影響后車純油計量準確度。如沙7卸油站1號CMF變送器輸入純油密度為0.859 g/cm3，水密度為1.005 g/cm3，現場含水率比對情況見表1。

表1 沙7卸油站1號CMF含水率比對

1.2.1 密度變化對含水率的影響

依據公式（1）進行含水率驗算：

式中：η為體積含水率;ρL為混合液密度，g/cm3；ρw為水密度，g/cm3；ρ0為原油密度，g/cm3。

原油密度為0.859 g/cm3，水密度為1.005 g/cm3，混合物密度為0.925 6 g/cm3。含水率為：

原油密度減少0.002 g/cm3，水密度及混合物密度不變，含水率計算如下：

水密度減少0.002 g/cm3，原油密度及混合物密度不變，含水率為：

因此，在排除傳感器結垢和油液含砂情況下，純油密度變化0.2%，影響含水率約1.6%，水密度變化0.2%，影響含水率約1.4%。上述驗證是視混合液密度為常量且忽略混合液飽和度對油水密度影響，是一種定性推導，準確驗證須通過模擬工況條件進行詳細實驗。因此在裝油站和卸油站，需考慮油水密度變化使CMF產生的含水誤差，可使用Micro Motion 公司開發的NOC 選井軟件，或研發單車密度修正軟件，以消除含水率產生的計量誤差。

1.2.2 卸油罐底量偏差對計量準確度的影響

卸油罐容量一般30 m3左右,與罐車體積匹配。含水較多的前車產生的底量，會導致含水較少的后車產生含水率增高。目前在工藝上難以克服，建議按照原油交接區塊劃定卸油罐，實現單罐配CMF 分產計量，以消除前后車含水率波動產生的系統誤差。

2 CMF安裝使用及結垢問題

2.1 含氣和結垢對CMF的影響及解決方法

油液含氣、含砂和振動管結垢對CMF 影響較大，會改變振動管阻尼比和驅動增益，導致含水率偏離真實值，產生氣增油、砂垢減油現象[2-4]。

2.1.1 含氣對CMF的影響及消除方法

如果混合液氣體含量大于15%，可通過安裝氣液分離器和緩沖油罐控制。老油區隨著綜合含水上升和氣液比降低，此現象逐漸減少。

2.1.2 傳感器結垢問題及解決方法

結垢是原油生產與儲運工藝難點，流動中油液與兩種以上不配伍水質混合，以及熱力學和壓力條件改變將導致結垢。相對于連續輸送且水型穩定的中轉站，裝卸油站因油液水型復雜，加藥降黏除垢效果差等因素容易導致CMF傳感器結垢[5-7]。

1）碳酸鈣、鎂等硬垢可以通過鹽酸浸泡方法解決。首先用蒸汽或熱水沖洗雙振動管內油污，再用軟鋼絲探查內壁是否存在硬物卡堵，剝取采集少量垢樣；在實驗室配置相應濃度鹽酸，觀察與垢樣反應效果以確定鹽酸濃度，再封堵一端法蘭，從另一端灌注配制好并加入少量阻垢劑鹽酸，此時反應較為劇烈并有CO2氣體噴出，操作過程須做好安全防護，MVD 接線盒用塑料袋包裹好避免進水。期間要補充消耗的鹽酸，觀察無反應后將剩余鹽酸回收，再用清水沖洗。驗證酸洗效果的簡易方法就是將CMF傳感器灌滿清水并接入3700等變送器，顯示瞬時含水率約100%為合格，受環境溫度影響允許有0.025%左右誤差。

2）如果采用鹽酸溶液浸泡方法無法除垢，通過DX2700 型X 射線衍射儀測定垢中硫酸鋇和硫酸鍶含量＞70%。此種硫酸根類型結垢溶度積常數很低，不僅影響CMF 正常使用，也會對管道、閥門等儲運設施產生影響，須由專業清洗公司解決，只能采取水型配伍和藥劑篩選合理加藥等措施預防。

2.2 CMF安裝問題及解決辦法

1）CMF 由電磁驅動線圈產生約200 Hz 固定頻率完成檢測，如果存在較強電磁場干擾將產生頻率諧振，因此CMF應遠離變壓器、變頻器等電磁源。

2）管線法蘭間距要與CMF 傳感器長度一致且對正，堅固螺栓要均勻用力。根據牛頓第二運動定律原理，科里奧利力=質量×加速度（F=ma）[8]，安裝不當產生的軸向和徑向扭曲應力會改變振動頻率和速度信號時間差，導致錯誤測量。

沙20 中轉站2021年5月安裝一臺編號為14096624，法蘭間距為580 mm 的CMF200 傳感器，完成調試運行16 h，與儲油罐比對混合液體積總量相對誤差31%，與一臺0.5級UF-Ⅱ雙轉子流量計比對混合液瞬時流量高約9 m3/h，但含水率、混合液密度和溫度等參數正常。通過ProlinkⅡ通訊軟件檢查MVD處理器設置的密度常數、流量系數等組態參數和外殼銘牌標一致，與LTD3020 變送器通訊正常。調換一臺同型號編號為490762，法蘭間距為593 mm 的CMF200 傳感器，安排施工單位到現場進行管線法蘭修正，此傳感器校準合格并正常使用。但編號為14096624傳感器從管線上拆下后，發現管線法蘭間距為595 mm，比編號為14096624 傳感器長15 mm。此尺寸適合編號490762 傳感器安裝且無須法蘭修正。零流量校驗合格通油運行后，流量、溫度和密度數據顯示正常。由此確定導致編號14096624 CMF200產生總量誤差原因是施工人員發現管道間隙偏大15 mm 沒有彌補修正，強行拉縮安裝導致應力超過額定值所致。

更換下來的編號為14096624 的CMF200 傳感器經過一定時間應力恢復后，送揚州計量所校準合格并重新安裝使用。高黏度原油產生“掛壁”現象會導致振動管驅動增益系數改變和壓損增加，可采取提溫或加藥降黏工藝解決。合理流速范圍才能保證CMF 準確度，但也產生一定壓力損失，因此選型時要避免大口徑低流量、低靈敏度和小口徑、高流量、高壓損現象[9-12]。建議根據現場條件按照供應商提供的流速、準確度和壓力損失曲線匹配型號。

3 結束語

1）CMF 是一款性價比較高的智能化流量測量儀表，通過定期零點校正和含水、密度比對方法，準確度≤1.0%，但壓損和輸送能耗相對較高，可滿足一定距離內原油計量要求。

2）要加強藥劑篩選和試驗，嚴格執行加藥制度，消除水型不配伍產生的硫酸根結垢。裝卸油站因來油復雜且油質變化大，發現含水率異常和壓損超過額定值時，要及時檢查傳感器內壁是否結垢或卡堵并按照上述方法解除。做好不同區塊原油密度修正，降低系統計量誤差。加強CMF 在安裝調試的監督驗收，避免因偏離應力產生的錯誤測量。

3）和成品油具有穩定密度、含水和蒸汽壓等質量指標不同，礦場原油的密度及含水變化大、物性復雜，必須定期檢測密度和含水率變化并依據公式（1）修正。管線取樣裝置須按照GB/T 4756—2015《石油液體手工取樣法》安裝和制作，否則會導致樣品偏離真實。

4）要結合單位實際制訂相關CMF 使用管理制度，按期檢定校準與維護。在數字化油田建設中，運用網絡信息化手段實現CMF 數據采集與傳輸，發現并預警運行中產生的含氣和結垢問題，及時采取措施消除計量隱患。