馬鴻濤

(大慶油田有限責任公司測試技術服務分公司 黑龍江 大慶 163153)

0 引 言

在油田動態(tài)監(jiān)測中，流量是注入剖面測井監(jiān)測的重要參數。提高流量測量精度能夠準確了解井下吸水層位、控制水井分層測調質量，為制定和調整油水井注采方案提供詳實依據。大慶油田測試技術分公司流量計檢定裝置是從2002年開始陸續(xù)安裝使用的，投產至今未對裝置進行過計量比對。近幾年，油田水井流量測調任務較多，為了使各儀表室所出具的注入剖面流量校準數據具有一致性、可靠性和準確性，能夠滿足油田專業(yè)測試量值溯源的要求[1]，以檢測實驗中心三相流模擬井實驗室作為主導實驗室，開展了流量裝置計量比對，該項工作是檢測量值統(tǒng)一及可靠的有效手段[2]，通過開展實驗室間計量比對，能夠科學地考核和評價各儀表室流量設備檢測能力[3]。

1 設 備

比對標準器的選擇至關重要[4]，本比對使用的模擬井流量準確度等級為0.5級，量程為(0.2～800) m3/d。比對前應由計量檢定所對電子秤進行檢定，確認其示值準確、性能穩(wěn)定，校準前首先將被測井下流量計安裝在模擬井內，應保證儀器位于模擬井工作筒截面中心，然后安裝防噴堵頭，啟動三相流模擬井裝置，將管路中的空氣排出，根據所設流量標準值進行示值檢定[5]。比對試驗應按照國家計量技術規(guī)范JJF 1117—2010《計量比對》[6]的要求進行。

2 比對試驗

在三相流模擬井實驗室內設定如下流量校準點：3、9、15、37、50、80、100、150、200和300 m3/d，做3組流量循環(huán)。通過傳遞樣本與比對結果對照，確定比對效果。

2.1 傳遞標準樣本

比對傳遞標準樣本選用相同型號的電磁流量計2支，準確度為2.0級，量程為(1～300)m3/d。比對前儀器應在檢測實驗中心主導實驗室檢測，確認儀器示值準確、性能穩(wěn)定，作為本次比對校準的標準器具。2支傳遞標準在主導實驗室進行標準檢驗，共進行5次檢測。表1和表2為兩個樣本的最大引用誤差[7]。

表1 樣本1主導實驗室校準結果 %

表2 樣本2主導實驗室校準結果 %

從表1和表2可以看出，2個樣本的最大引用誤差分別是0.674%和0.577%，小于準確度要求的2%，傳遞標準具有較好的穩(wěn)定性、可靠性和一致性。通過傳遞標準在主導實驗室校準，可以保證比對過程中各參比對象的有效性。

2.2 比對方式

選擇花瓣式比對方式，如圖3所示，即比對過程分3個循環(huán)。

圖3 花瓣式比對

為了在每個循環(huán)的過程中實時地跟蹤傳遞標準的校準動態(tài)，保障各比對數據的可比性[8]和有效性，每個循環(huán)的開始與結束都由主導實驗室將2支傳遞標準校準一次。

共有10套流量裝置參與比對工作。

2.3 檢測結果

在各實驗室流量計檢定裝置上對2只電磁流量計進行檢測，其最大引用誤差數據如表3、表4所示。從數據可以看出，其中8套流量計檢定裝置準確度合格，結果符合2.0級。樣本1和樣本2在另外2套流量計檢定裝置(32#、26#)上的最大引用誤差分別是3.96%、4.81%和3.44%、6.98%，均超出范圍，準確度為不合格。綜上所述，本次參加比對的流量計檢測合格率為80%。

表3 樣本1比對設備檢測數據 %

表4 樣本2比對設備檢測數據 %

3 數據分析

比對采用Z比分數據分析方法。Z比分是一種不受原始測量單位影響的數值，其特性是除了能表明原數據在其分布中的位置外，還能對不方便直接比較的各種單位的數據進行比較。

3.1 術語及規(guī)則

3.1.1 中位值

中位值，即全部觀察結果按大小順序排列，位次居中的那個數值。在全部觀察值中，有1/2的數值比它大，有1/2的數值比它小。

如果N是奇數，那么中位值是一個單一的中心值，計算如式1所示：

(1)

如果N是偶數，那么中位值是兩個中心值的平均，計算如式2所示：

(2)

例如，如果N是11，中位值是第6個值；如果N是12，那么中位值是第6 和第7個值的平均值。

四分位數間距，即IQR，是指上四分位數與下四分位數之差，其間包括了全部觀察值的1/2，其數值越大，分散程度愈大；反之，分散程度愈小。上四分位值(Q3)指全部觀察值中有1/4的觀察值比它大的一個值，為(3N/4+1/4)次序的觀察值；下四分位值(Q1)指全部觀察值中有1/4的觀察值比它小的一個值，為(N/4+3/4)次序的觀察值。若一組數按序以小到大排列，觀察值為X1，X2……XN，N為觀察值的個數，求(N-1)/4的值,其中i為商，j為余數，則下四分位值如式(3)所示：

(3)

上四分位值Q3的計算與下四分位類似，計算時觀察值序列從大到小排列即可。

3.1.2Z比分數規(guī)則

將檢測數據Qji按大小順序排列，如式(4)所示：

Q1i<

(4)

則設備的Z比分數值如式(5)：

(5)

式(5)中，Z為Z比分數值;Qji為Qji第j個設備在第i測量點的平均實驗數據；Qri為參考值，即中位值；s為所有參比設備比對結果發(fā)散量的估計。

s一般采用樣本標準差或標準化四分位間距(NIQR)[9]作為結果發(fā)散性的量度。NIQR與標準偏差類似，穩(wěn)健Z比分數[10]的處理方法是s采用式(6)計算：

s=NIQR=IQR×0.741 3

(6)

式(6)中，s為所有參比設備比對結果發(fā)散量的估計；IQR為四分位數間距。

在此次比對中每個測量點共記錄16組數據，取其平均值作為各設備在每個測量點的Yji值。參比設備的比對結果評判原則[11]如下：當|Z|≤2時，結果在合理的預期范圍內；當2<|Z|<3，與合理的預期結果有差距，結果可疑，應分析原因；當|Z|≥3時，比對結果沒有達到合理的預期，應查找并分析原因。

3.2 實驗數據

2支傳遞標準樣本在10套檢定設備的Z比分數統(tǒng)計如表5、表6所示。表中的評判項“1”代表滿意，“0”代表不滿意。

表5 樣本1 Z比分數

表6 樣本2 Z比分數

由表5和表6可知，有6套裝置的Z比分數是滿意的，4套裝置的Z比分不滿意。其中樣本1在16#、21#、32#和26#設備上的Z比分數最大值分別為11.01%、3.53%、3.75%和4.64%；樣本2在16#、21#、32#和26#設備上的Z比分數最大值分別為8.72%、4.08%、3.95%和4.90%。

根據Z比分數的統(tǒng)計方法要求，本次比對2支傳遞標準在10套檢定裝置內共計完成140個流量點的Z比分數計算，落在滿意區(qū)(︱Z︱≤2 )的有120個，落在有

差距區(qū)(2 <︱Z︱<3)的有2個，落在不滿意區(qū)(︱Z︱≥3 )的有18個。比對反映了10套流量裝置的運行狀況，結果達到了預期的檢測目的。

4 結 論

針對裝置比對試驗結果，結合誤差曲線綜合分析,在流量檢定裝置的比對和使用上有以下認識。

1)比對樣本應在主導實驗室嚴格按規(guī)程進行校前檢測，保證比對過程中各參比對象的有效性。

2)比對過程中示值誤差超差或Z比分不符合預期值的，應檢查設備是否存在問題。

3)在流量檢定比對試驗中，Z比分數分布曲線圖能夠直觀顯示設備檢定誤差情況。

4)設備使用和管理單位應根據不同的Z比分數分布區(qū)間，采取不同措施，確保設備量值傳遞持續(xù)有效。