油田計(jì)量器具準(zhǔn)確性一體化測(cè)試技術(shù)研究

油田計(jì)量器具準(zhǔn)確性一體化測(cè)試技術(shù)研究

齊偉

中國(guó)石化勝利油田分公司技術(shù)檢測(cè)中心（山東東營(yíng)257100）

針對(duì)近幾年油田大量的計(jì)量器具存在檢定、校準(zhǔn)困難的情況，通過使用數(shù)學(xué)建模，研制了一體化測(cè)試技術(shù)，使用軟件進(jìn)行計(jì)量故障定位和診斷，同時(shí)使用傳統(tǒng)檢定、校準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行結(jié)果復(fù)核。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，該項(xiàng)技術(shù)節(jié)省了大量的人力、物力、財(cái)力，顯著縮減了檢測(cè)時(shí)間。

計(jì)量器具；計(jì)量準(zhǔn)確性；一體化測(cè)試

隨著國(guó)內(nèi)油田數(shù)字化建設(shè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的離線檢定和在線校準(zhǔn)技術(shù)都面臨人員、設(shè)備和資金投入嚴(yán)重不足、工作量巨大的難題，無法確保數(shù)量較大的計(jì)量器具的準(zhǔn)確性。針對(duì)上述問題，勝利油田技術(shù)人員經(jīng)過詳實(shí)的調(diào)研和技術(shù)研究，研制了系統(tǒng)計(jì)量器具準(zhǔn)確性一體化測(cè)試技術(shù)。該技術(shù)不對(duì)單個(gè)計(jì)量器具進(jìn)行檢定、校準(zhǔn)，而是使用軟件對(duì)系統(tǒng)的計(jì)量器具進(jìn)行在線校準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)問題的計(jì)量器具進(jìn)行單獨(dú)的檢定、校準(zhǔn)，不僅大大減少了人力、物力和財(cái)力的投入，還大大縮減了系統(tǒng)測(cè)試時(shí)間，將原來每個(gè)區(qū)塊需要1個(gè)月的傳統(tǒng)檢定、校準(zhǔn)工作縮減到3天之內(nèi)。

1 一體化測(cè)試技術(shù)

目前勝利油田適用一體化測(cè)試的計(jì)量器具包括壓力變送器、溫度變送器、注水流量計(jì)和電能表，也是油田建設(shè)在用且數(shù)量較大的計(jì)量器具（原油流量計(jì)除外）。

1.1 一體化測(cè)試步驟

系統(tǒng)計(jì)量器具準(zhǔn)確性一體化測(cè)試步驟如下。

第一步，把系統(tǒng)中計(jì)量器具的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D[1-2]進(jìn)行編碼并錄入到一體化測(cè)試軟件中，然后找出網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)圖中關(guān)鍵位置的計(jì)量器具，按照實(shí)際需求進(jìn)行離線檢定或在線校準(zhǔn)。壓力變送器關(guān)鍵位置包括管線起止位置、管道主干線及其分支處和其他必要的主要壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)；溫度變送器關(guān)鍵位置就是溫度主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)；注水流量計(jì)關(guān)鍵位置包括主管線和其他分支管線的主要流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)；電能表關(guān)鍵位置就是油水井、計(jì)量站、注水站、結(jié)轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站等處的用電總計(jì)量點(diǎn)。

第二步，開啟軟件一體化測(cè)試功能，待運(yùn)行1～2h后，對(duì)測(cè)試軟件分析的計(jì)量故障定位和診斷結(jié)果進(jìn)行人工復(fù)核，并按照實(shí)際情況進(jìn)行離線檢定或在線校準(zhǔn)。

第三步，對(duì)測(cè)試全部數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，按照評(píng)價(jià)方案進(jìn)行一體化評(píng)價(jià)。

第四步，按照現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況編寫測(cè)試報(bào)告。

一體化測(cè)試流程圖如圖1所示。

1.2 一體化測(cè)試軟件

一體化測(cè)試軟件使用C#語言編寫，能按照數(shù)學(xué)模型分析計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中計(jì)量器具準(zhǔn)確性[3]，定位計(jì)量故障點(diǎn)[4]，并對(duì)系統(tǒng)中計(jì)量器具準(zhǔn)確性出具一體化診斷結(jié)果。

算法使用的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)介如下。

1.2.1 壓力變送器

主干管線：P1＞P2＞…＞Pn（管線中流體流向?yàn)?→2→…→n），Pn為管線中第n個(gè)測(cè)量點(diǎn)的壓力，Pa。

分支管線可采用業(yè)內(nèi)公認(rèn)的管道壓力損失模型。

圖1 一體化測(cè)試流程圖

1.2.2 溫度變送器

主干管線：T1＞T2＞…＞Tn（管線中流體流向?yàn)?→2→…→n），Tn為管線中第n個(gè)測(cè)量點(diǎn)的溫度，℃。

分支管線可采用業(yè)內(nèi)公認(rèn)的保溫管道溫度損失模型。

1.2.3 注水流量計(jì)

污水流量計(jì)量總表流量應(yīng)為各分表流量之和。

式中：Q總為總注水流量計(jì)示值，m3；Q分為各個(gè)分注水流量計(jì)示值，m3。

1.3 在線校準(zhǔn)方法

1.3.1 壓力變送器在線校準(zhǔn)方法

方法一，手操器校準(zhǔn)法。該法需放空傳感器所在位置的壓力，僅能校準(zhǔn)、調(diào)試壓力變送器電路部分的零點(diǎn)和增益。校準(zhǔn)簡(jiǎn)要步驟如下：①放空待測(cè)壓力變送器所在管道（段）；②打開壓力變送器后蓋，將手操器接入電路接點(diǎn)，開始記錄數(shù)據(jù)；③測(cè)量誤差計(jì)算公式：

式中：E1為電路部分的相對(duì)誤差，%；P1為變送器顯示的壓力，Pa；P2為手操器顯示的壓力,Pa。

方法二，按照J(rèn)JG 882-2004《壓力變送器檢定規(guī)程》[5]進(jìn)行校準(zhǔn)（僅適用于可從管線上拆卸的壓力變送器）。

1.3.2 溫度變送器在線校準(zhǔn)方法

方法一，按照J(rèn)JF 1183-2007《溫度變送器校準(zhǔn)規(guī)范》[6]進(jìn)行校準(zhǔn)（僅適用于可從管線上拆卸的溫度變送器）。

方法二，紅外測(cè)溫儀法。校準(zhǔn)步驟如下：①校準(zhǔn)時(shí)間的選擇，應(yīng)選擇溫度適宜0～25℃的清晨或中午，一般選擇夏季早晨6：00左右，冬季中午12：00左右；校準(zhǔn)點(diǎn)的選擇，校準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)在變送器安裝處的管道周圍(20cm內(nèi))均勻分布，一般應(yīng)至少包括6個(gè)點(diǎn)；②首先選擇好校準(zhǔn)點(diǎn)，然后用紅外測(cè)溫儀分別測(cè)試，測(cè)試過程中應(yīng)注意，只有待顯示溫度穩(wěn)定后才可記錄測(cè)試數(shù)據(jù)；③測(cè)量誤差計(jì)算公式如下，

式中：E2為變送器測(cè)量的相對(duì)誤差，%；ti為紅外測(cè)溫儀在i點(diǎn)測(cè)得的溫度，℃；i為測(cè)量點(diǎn)的次序；t0為傳感器顯示的溫度，℃。

1.3.3 注水流量計(jì)在線校準(zhǔn)方法

按照Q/SH 1020 2145-2012《水流量計(jì)在線校準(zhǔn)方法超聲波法》[7]進(jìn)行校準(zhǔn)。

1.3.4 電能表在線校準(zhǔn)方法

按照J(rèn)JF 1055-1997《交流電能表現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范》[8]。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2016年9月，一體化測(cè)試在某區(qū)塊開展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該區(qū)塊含有882臺(tái)計(jì)量器具。試驗(yàn)由3名技術(shù)人員負(fù)責(zé)，對(duì)軟件分析出的有問題的計(jì)量器具進(jìn)行抽檢。經(jīng)在線校準(zhǔn)，軟件計(jì)量診斷準(zhǔn)確率為100%。

首先，一體化測(cè)試軟件對(duì)該區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定數(shù)據(jù)上傳的全部壓力變送器、溫度變送器、一體化溫度壓力變送器、流量計(jì)（注水）這4種計(jì)量器具進(jìn)行了誤差分析，見表1。

表1 一體化軟件測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

對(duì)一體化軟件測(cè)試結(jié)果中準(zhǔn)確性低的12臺(tái)計(jì)量器具，選取6臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并開展現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，結(jié)果如下。

由圖2可知，一體化軟件測(cè)試中發(fā)現(xiàn)編號(hào)為NO：50001496的壓力變送器，2016年9月20日-10月19日30天數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大波動(dòng)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，誤差為6.35%。

由圖3可知，一體化軟件測(cè)試中發(fā)現(xiàn)GD2-20P41井測(cè)量套壓的壓力變送器，2016年9月20日-10月19日30天數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大異常變化，2016年10月15-19日，壓力為0。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，發(fā)現(xiàn)套壓閥門關(guān)閉。

由圖4可知，一體化軟件測(cè)試中發(fā)現(xiàn)編號(hào)為NO: 50001034的一體化溫度壓力變送器，2016年9月20日-10月19日30天溫度數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大波動(dòng)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)誤差為-3.02%。

由圖5可知，一體化軟件測(cè)試中發(fā)現(xiàn)NO: 50001383一體化溫度壓力變送器，2016年9月20日-10月19日30天溫度數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大波動(dòng)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，誤差為4.78%。

由圖6可知，一體化軟件測(cè)試中發(fā)現(xiàn)NO：15125065磁電式漩渦流量計(jì)，2016年10月1-30日30天數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大異常變化，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，誤差為-38.0%。

由圖7可知，一體化軟件測(cè)試中發(fā)現(xiàn)NO:15125210磁電式漩渦流量計(jì)，2016年10月1-30日30天數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大波動(dòng)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)誤差為-26.0%。

3 結(jié)論

系統(tǒng)計(jì)量器具準(zhǔn)確性一體化測(cè)試技術(shù)與傳統(tǒng)的檢定、校準(zhǔn)技術(shù)相比，是技術(shù)核心的轉(zhuǎn)變，采用一體化測(cè)試技術(shù)節(jié)省了大量的人力、物力、財(cái)力，縮減了檢測(cè)時(shí)間。該項(xiàng)技術(shù)屬于新生技術(shù)，還存在改進(jìn)空間，需要進(jìn)一步開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，逐步完善一體化測(cè)試技術(shù)。

In view of the fact that there are many difficulties in the detection and calibration of measuring instruments in oilfield in recent years,an integrated detection technology was developed by mathematical modeling.To use the software can localize and diagnose measurement faults,and the results are checked by the traditional detection/calibration technology.The field test shows that this technology can save a lot of manpower,material resources and financial resources,and significantly reduce the detection time.

measuring instruments;measurement accuracy;integrated detection

圖2 壓力變送器（NO:50001496）30天數(shù)據(jù)曲線圖

圖3 壓力變送器（GD2-20P41）30天數(shù)據(jù)曲線圖

圖4 一體化溫度壓力變送器（NO：50001034）30天溫度數(shù)據(jù)曲線圖

圖5 一體化溫度壓力變送器（NO：50001383）30天溫度數(shù)據(jù)曲線圖

圖6 磁電式漩渦流量計(jì)（NO:15125065）30天數(shù)據(jù)曲線圖

齊偉（1983-），男，工程師，主要從事計(jì)量檢定、科研和考核工作。