油田注水井用旋轉容積式流量計誤差校正研究

摘 要：【目的】注水井用旋轉容積式流量計校正模型僅以固定流體體積作為計量標準，校正參照標準單一，導致實際誤差與指示誤差相差較大，有必要對油田注水井用旋轉容積式流量計誤差校正方法進行研究。【方法】根據當前的校正需求，先計算黏度修正值，以其作為校正約束條件，采用自適應的方式，擴大校正處理的參照量程，設計自適應旋轉容積式流量計誤差校正模型，基于其輸出的校正結果，采用多量程核驗的方式實現誤差校正處理。【結果】測試結果表明，相較于歸一化流量計群在線核查方法和能量守恒定律對渦輪流量計的脈動誤差上限估算方法，本研究構建的油田注水井旋轉容積式流量計的誤差校正方法最終得出的實際誤差最接近于指示誤差，同時在不同溫度條件下，校正精度也較高，均可以達到10.5以上。【結論】應用該方法后校正效果更佳，具有一定的應用價值和實踐意義。

關鍵詞：油田注水；注水井；旋轉容積式流量計；誤差校正；流量測定；校正計算

中圖分類號：TH814 " "文獻標志碼：A " "文章編號：1003-5168（2025）06-0055-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.06.010

Research on Error Correction of Rotary Volumetric Flow Meter for

Oilfield Water Injection Wells

CAO "Shaodong

（Sino Science and Technology Co.， Ltd.， Dongying 257000， China）

Abstract： [Purposes] The calibration model for rotary volumetric flow meters used in injection wells only uses a fixed fluid volume as the measurement standard， and the calibration reference standard is single， resulting in significant differences between actual errors and indication errors. Therefore， a design and research on the error calibration method for rotary volumetric flow meters used in oilfield injection wells is proposed.[Methods] According to the current correction requirements， the viscosity correction value is calculated first， which is used as the correction constraint condition. The reference range of the correction processing is expanded by adaptive method， and the error correction model of the adaptive rotary volumetric flowmeter is designed. Based on the correction result of its output， the error correction processing is realized by multi-range verification. [Findings] The test results show that compared with the online verification method of normalized flowmeter group and the estimation method of the upper limit of pulsation error of turbine flowmeter based on the law of conservation of energy， the error correction method of the rotary volumetric flowmeter for oil injection wells constructed in this study finally obtains the actual error closest to the indication error， and the correction accuracy is also higher under different temperature conditions ， which can reach more than 10.5. [Conclusions] This method has better correction effect after application and has practical value and significance.

Keywords： oilfield water injection; water injection well; rotary volumetric flowmeter; error correction; flow measurement; correction calculation

0 引言

油田注水井的流量計量是確保油田生產高效、穩定運行的關鍵。尤其是旋轉容積式流量計，因其高精度、寬量程、結構簡單和工作可靠等特點，在油田注水井流量計量中的應用較為廣泛。但是受外部條件及特定因素影響，在計量過程中，常常會出現不可控的誤差，需要對其進行校正處理，相關學者對其進行了研究。方修睦等［1］提出了歸一化流量計群在線核查方法，通過實時獲取測量數據來計算供熱系統的穩定時間段內的歸一化系數，并將群流量傳感器測量數據統一歸一到以熱源總流量為基準的流量，對流量數據進行修正，得到各個熱力站和補水流量計的修正流量，計算實際流量比變化率，完成誤差的校正處理。該方法對于誤差的校正精準度較高，具有一定的實時性和穩定性，但是操作過于復雜，較依賴人工。劉可薇等［2］提出的能量守恒定律對渦輪流量計的脈動誤差上限的估算方法則是利用渦輪流量計的動態特性和能量守恒定律，在一個脈動周期內計算脈動流和定常流對葉輪的做功比值，從而推導出正弦脈動流誤差上限公式。該方法適用于脈動頻率大于10 Hz的工況，較為靈活，但是在對脈動流的控制上較為局限，可調整性不高。該類方法可以實現預期的校正處理，但是在一定程度上受約束，無法確保最終校正結果的真實可靠。為此本研究對油田注水井用旋轉容積式流量計誤差校正進行分析，結合油田流體介質的腐蝕性、壓力變化等特征，設計更為靈活、穩定的校正結構［3］。當油田開采進入高含水期，對原油計量的準確性進行把控，確保采收率和經濟效益，對提高油田生產效率，保障生產安全，促進節能減排具有重要意義。

1 設計油田注水井用旋轉容積式流量計誤差校正方法

1.1 黏度修正值計算

旋轉容積式流量計工作原理是當流體通過流量計時，在進出口之間產生一定的壓力差，使用壓力差驅動流量計的轉動部件（轉子）旋轉，并將流體由入口排向出口［4］。一般情況下，轉子轉動一周所通過的流體體積是一定的，所以初期需要先計算出經過流體的體積，具體見式（1）。

[I=e×V'V0] （1）

式中：[I]為流體體積；[e]為傳動系數；[V']為通過流量計的流體總體積；[V0]為轉子轉動一周所通過的流體體積。根據流體體積的不斷變化，測定各個周期的實際流量計誤差，以及和不同黏度介質之間的變化關系，如圖1所示。

由圖1可知，在不同的介質黏度背景下，流量計誤差的變化狀態為正向變化、反向變化和穩定狀態，這表明流量計誤差的變化與介質存在直接關系［5］。結合介質黏度的變化，根據流體體積的變化與黏度的影響，針對實際誤差計算修正值，具體見式（2）。

[M=（ρ-X22）+E?-1] （2）

式中：[M]為黏度修正值；[ρ]為最大誤差；[X2]為最小誤差；[E?-1]為預期誤差。將黏度修正值作為后期誤差校正的標準，以形成基礎的校正約束條件。

1.2 設計自適應旋轉容積式流量計誤差校正模型

通過將旋轉容積式流量計的自適應誤差校正模型結合實時流體體積數值的變化，測定出對應的誤差，根據要求進行自適應校正處理［6］。先確定可矯正的偏差范圍，見式（3）。

[W=WR×η] （3）

式中：[W]為偏差范圍；[WR]為預估偏差范圍；[η]為常規取值。基于當前的偏差范圍，以黏度修正值作為約束標準，設計模型的誤差校正流程，如圖2所示。

由圖2可知，自適應校正對存在誤差的位置進行靈活修正調整，利用模型先明確當前的誤差數值，再根據流體體積分析，測定其實際的黏度值，并計算出當前的黏度修正值［7］。在修正值的范圍內組合調整，測定出最終的模型表達式，見式（4）。

[N=?-?0?0] （4）

式中：[N]為校正處理結果；[?]為誤差范圍；[?0]為可校正誤差。對模型輸出的結果進行對比分析，結合油田注水井的計量校正需求，進行自適應轉換處理，以保證計量結果的真實性。

1.3 多量程核驗實現誤差校正處理

多量程核驗實際上是通過設定不同的流體體積，對其校正結果進行控制，以此來進一步確保最終結果的可靠性。本研究采用變送器并聯的方式，設置當前量程的線性修正區，如圖3所示。

由圖3可知，基于不同量程的變化，將模型輸出的結果與不同量程周期得出的結果進行校正對比，測定其校正的偏差是否在合理的范圍之內，如果合理則不需要進一步修正，如果不合理則需要對其進行二次誤差校正，并再次核驗，以確保校正結果穩定。

2 試驗

本研究基于油田注水井的應用特征，對旋轉容積式流量計的誤差校正方法實際應用效果進行分析，考慮到最終測試結果的真實性與可靠性，選擇對比的形式展開驗證。匯總整合往期的應用數據及信息，存儲在預設的位置上，以待后續使用。預設參考文獻歸一化流量計群在線核查方法、能量守恒定律對渦輪流量計的脈動誤差上限的估算方法及本研究構建的油田注水井旋轉容積式流量計的誤差校正方法，根據實時的校正需求，進行測試環境的設定和實時部署。

2.1 試驗準備

本研究針對選定的H油田注水井作為測試目標對象，該油田環境溫度為-20 ～+55 ℃，相對濕度在80%以內，整體環境因素對于測量不會造成較大的影響。選擇旋轉容積式流量計作為測量工具，并準備壓力計、溫度計等作為輔助。隨后，進行測試指標參數的設置，見表1，并進行測試環境的部署和連接，如圖4所示。

利用安裝的計量裝置進行實時數據及信息采集，預估當前的誤差上限，見式（5）。

[Kmax=η-??] （5）

式中：[Kmax]為誤差上限；[η]為預估校正值；[?]為單區域校正值；[?]為劃分區域。設定誤差上限為可控的校正標準。在測試之前對安裝的流量計進行校準，記錄校準數據，以確保測試環境的穩定及安全。

2.2 試驗過程與結果研究

在上述搭建的測試環境之中，結合H油田注水井的測試需求，進行誤差校正對比分析。預設-20、-10、0、25、30和55 ℃等6種測試溫度下，擴大實際的誤差校正對比標準，形成多量程的校正環境，計算測試流量計誤差校正的指示誤差，見式（6）。

[G=a-q] （6）

式中：[G]為指示誤差；[a]為測量校正值；[q]為實際校正值。針對計算得出的指示誤差，與3種測試結果進行對比，具體如圖5所示。

由圖5可知，相較于歸一化流量計群在線核查方法、能量守恒定律對渦輪流量計的脈動誤差上限的估算方法，本研究構建的油田注水井旋轉容積式流量計的誤差校正方法最終得出的實際誤差最接近于指示誤差，這表明此方法的校正效果更佳，在不同的溫度條件下，校正的精度也較高，具有一定的應用價值和實踐意義。

在當前的范圍之內，測定旋轉容積式流量計誤差校正的最終精度比，具體的結果如圖6所示。

由圖6可知，在不同的溫度條件下，本研究設計的油田注水井旋轉容積式流量計的誤差校正方法對流量計誤差的校正精度相對較高，均可以達到10.5以上，表明此種方法的校正準確度明顯提升，對于誤差的識別和處理更加精準。

3 結語

本研究對油田注水井用旋轉容積式流量計誤差校正方法的實踐進行了分析，基于當前油田開采需求的變化，深入探究更加靈活的誤差校正模式，從黏度修正及誤差位置標定等環節進行優化處理，持續關注流量計的運行狀態，確保其計量性能的同時，最大程度強化流量計誤差的校正效果，以適應油田生產的不斷發展和變化。

參考文獻：

［1］方修睦，楊大易.基于歸一化原理的流量計群在線核查方法［J］.暖通空調，2024，54（1）：81-88，9.

［2］劉可薇，胡銀春，張禾.基于能量守恒定律對渦輪流量計的脈動誤差上限的估算［J］.電子測量與儀器學報，2024，38（2）：85-91.

［3］王濤，吳亞男，張科，等.一種超聲波氣體流量計誤差校準方法［J］.工業計量，2024，34（2）：31-33，45.

［4］樊家成，張柯，陳飛，等.非標準安裝條件下外夾式超聲流量計測量誤差的試驗研究［J］.計量與測試技術，2024，51（1）：80-82.

［5］向磊，金嵐，張倩，等.熱式氣體質量流量計在氧氣吸入器示值誤差檢定中的應用研究［J］.計量與測試技術，2023，50（12）：12-15.

［6］范雨強.標準裝置水密度測量誤差對被檢流量計示值誤差的修正系數［J］.工業計量，2024，34（4）：114-117.

［7］李慶勇.基于SIMATIC WinCC的流量計在線標定系統設計［J］.水泥，2023（10）：62-64.