龔云濤，龔中偉

1.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院（上海 201418）2.中國(guó)石化江蘇油田分公司采油一廠（江蘇 揚(yáng)州 225265）

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)（Coriolis Mass Flowmeter以下簡(jiǎn)稱CMF）是油田開(kāi)發(fā)中后期，用于原油分區(qū)計(jì)量的一種比較實(shí)用的智能化流量計(jì)，具有無(wú)可動(dòng)件、維護(hù)簡(jiǎn)易、寬量程比的特點(diǎn)。CMF 依據(jù)牛頓第二定律振動(dòng)管原理測(cè)定混合液密度、質(zhì)量流量和溫度，根據(jù)計(jì)算公式輸入純油和純水密度可推導(dǎo)出0～100%范圍的含水率、純油和水總量，是一款性價(jià)比較高的智能化流量測(cè)量?jī)x表[1]。江蘇油田采油一廠目前通過(guò)11臺(tái)CMF解決了約80%生產(chǎn)原油分區(qū)計(jì)量問(wèn)題，為油田開(kāi)發(fā)和經(jīng)營(yíng)管理提供了準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

1 CMF在中轉(zhuǎn)站和裝卸油站的應(yīng)用

CMF 具備密度、總量和含水測(cè)定功能，主要用于中轉(zhuǎn)站和卸油站原油計(jì)量，通過(guò)NOC 軟件和Micro Motion 3700 等流量變送器實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)顯示與傳輸，滿足分區(qū)與單油罐車原油計(jì)量要求。

1.1 CMF在中轉(zhuǎn)站的應(yīng)用

油田進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期隨著油氣比下降，曹7、沙20 等中轉(zhuǎn)站因原油物性穩(wěn)定、含氣量≤10%，油水計(jì)量準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性較高，通過(guò)記錄CMF 瞬時(shí)含水率與人工取樣化驗(yàn)，控制含水率差值≤1.0%，否則重新化驗(yàn)并修正油水密度，這也是現(xiàn)場(chǎng)保障CMF 準(zhǔn)確性的重要手段。正常情況下油水密度每季度進(jìn)行檢測(cè)和修正。

1.2 CMF在卸油站的應(yīng)用

相比中轉(zhuǎn)站，CMF 在卸油站影響計(jì)量準(zhǔn)確度因素較多，一是CMF 變送器只輸入固定的油水標(biāo)準(zhǔn)密度，而油罐車所卸原油來(lái)源復(fù)雜，密度不固定導(dǎo)致含水出現(xiàn)偏差。二是卸油罐容量較小，前車在出口進(jìn)泵閥門以下底量影響后車純油計(jì)量準(zhǔn)確度。如沙7卸油站1號(hào)CMF變送器輸入純油密度為0.859 g/cm3，水密度為1.005 g/cm3，現(xiàn)場(chǎng)含水率比對(duì)情況見(jiàn)表1。

表1 沙7卸油站1號(hào)CMF含水率比對(duì)

1.2.1 密度變化對(duì)含水率的影響

依據(jù)公式（1）進(jìn)行含水率驗(yàn)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(jì)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(jié)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(yàn)證是視混合液密度為常量且忽略混合液飽和度對(duì)油水密度影響，是一種定性推導(dǎo)，準(zhǔn)確驗(yàn)證須通過(guò)模擬工況條件進(jìn)行詳細(xì)實(shí)驗(yàn)。因此在裝油站和卸油站，需考慮油水密度變化使CMF產(chǎn)生的含水誤差，可使用Micro Motion 公司開(kāi)發(fā)的NOC 選井軟件，或研發(fā)單車密度修正軟件，以消除含水率產(chǎn)生的計(jì)量誤差。

1.2.2 卸油罐底量偏差對(duì)計(jì)量準(zhǔn)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(chǎn)生的底量，會(huì)導(dǎo)致含水較少的后車產(chǎn)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(qū)塊劃定卸油罐，實(shí)現(xiàn)單罐配CMF 分產(chǎn)計(jì)量，以消除前后車含水率波動(dòng)產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。

2 CMF安裝使用及結(jié)垢問(wèn)題

2.1 含氣和結(jié)垢對(duì)CMF的影響及解決方法

油液含氣、含砂和振動(dòng)管結(jié)垢對(duì)CMF 影響較大，會(huì)改變振動(dòng)管阻尼比和驅(qū)動(dòng)增益，導(dǎo)致含水率偏離真實(shí)值，產(chǎn)生氣增油、砂垢減油現(xiàn)象[2-4]。

2.1.1 含氣對(duì)CMF的影響及消除方法

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

2.1.2 傳感器結(jié)垢問(wèn)題及解決方法

結(jié)垢是原油生產(chǎn)與儲(chǔ)運(yùn)工藝難點(diǎn)，流動(dòng)中油液與兩種以上不配伍水質(zhì)混合，以及熱力學(xué)和壓力條件改變將導(dǎo)致結(jié)垢。相對(duì)于連續(xù)輸送且水型穩(wěn)定的中轉(zhuǎn)站，裝卸油站因油液水型復(fù)雜，加藥降黏除垢效果差等因素容易導(dǎo)致CMF傳感器結(jié)垢[5-7]。

1）碳酸鈣、鎂等硬垢可以通過(guò)鹽酸浸泡方法解決。首先用蒸汽或熱水沖洗雙振動(dòng)管內(nèi)油污，再用軟鋼絲探查內(nèi)壁是否存在硬物卡堵，剝?nèi)〔杉倭抗笜?；在?shí)驗(yàn)室配置相應(yīng)濃度鹽酸，觀察與垢樣反應(yīng)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(shí)反應(yīng)較為劇烈并有CO2氣體噴出，操作過(guò)程須做好安全防護(hù)，MVD 接線盒用塑料袋包裹好避免進(jìn)水。期間要補(bǔ)充消耗的鹽酸，觀察無(wú)反應(yīng)后將剩余鹽酸回收，再用清水沖洗。驗(yàn)證酸洗效果的簡(jiǎn)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(shí)含水率約100%為合格，受環(huán)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(wú)法除垢，通過(guò)DX2700 型X 射線衍射儀測(cè)定垢中硫酸鋇和硫酸鍶含量＞70%。此種硫酸根類型結(jié)垢溶度積常數(shù)很低，不僅影響CMF 正常使用，也會(huì)對(duì)管道、閥門等儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施產(chǎn)生影響，須由專業(yè)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(yù)防。

2.2 CMF安裝問(wèn)題及解決辦法

1）CMF 由電磁驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生約200 Hz 固定頻率完成檢測(cè)，如果存在較強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾將產(chǎn)生頻率諧振，因此CMF應(yīng)遠(yuǎn)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(zhǎng)度一致且對(duì)正，堅(jiān)固螺栓要均勻用力。根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律原理，科里奧利力=質(zhì)量×加速度（F=ma）[8]，安裝不當(dāng)產(chǎn)生的軸向和徑向扭曲應(yīng)力會(huì)改變振動(dòng)頻率和速度信號(hào)時(shí)間差，導(dǎo)致錯(cuò)誤測(cè)量。

沙20 中轉(zhuǎn)站2021年5月安裝一臺(tái)編號(hào)為14096624，法蘭間距為580 mm 的CMF200 傳感器，完成調(diào)試運(yùn)行16 h，與儲(chǔ)油罐比對(duì)混合液體積總量相對(duì)誤差31%，與一臺(tái)0.5級(jí)UF-Ⅱ雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)比對(duì)混合液瞬時(shí)流量高約9 m3/h，但含水率、混合液密度和溫度等參數(shù)正常。通過(guò)ProlinkⅡ通訊軟件檢查MVD處理器設(shè)置的密度常數(shù)、流量系數(shù)等組態(tài)參數(shù)和外殼銘牌標(biāo)一致，與LTD3020 變送器通訊正常。調(diào)換一臺(tái)同型號(hào)編號(hào)為490762，法蘭間距為593 mm 的CMF200 傳感器，安排施工單位到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管線法蘭修正，此傳感器校準(zhǔn)合格并正常使用。但編號(hào)為14096624傳感器從管線上拆下后，發(fā)現(xiàn)管線法蘭間距為595 mm，比編號(hào)為14096624 傳感器長(zhǎng)15 mm。此尺寸適合編號(hào)490762 傳感器安裝且無(wú)須法蘭修正。零流量校驗(yàn)合格通油運(yùn)行后，流量、溫度和密度數(shù)據(jù)顯示正常。由此確定導(dǎo)致編號(hào)14096624 CMF200產(chǎn)生總量誤差原因是施工人員發(fā)現(xiàn)管道間隙偏大15 mm 沒(méi)有彌補(bǔ)修正，強(qiáng)行拉縮安裝導(dǎo)致應(yīng)力超過(guò)額定值所致。

更換下來(lái)的編號(hào)為14096624 的CMF200 傳感器經(jīng)過(guò)一定時(shí)間應(yīng)力恢復(fù)后，送揚(yáng)州計(jì)量所校準(zhǔn)合格并重新安裝使用。高黏度原油產(chǎn)生“掛壁”現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)管驅(qū)動(dòng)增益系數(shù)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(zhǔn)確度，但也產(chǎn)生一定壓力損失，因此選型時(shí)要避免大口徑低流量、低靈敏度和小口徑、高流量、高壓損現(xiàn)象[9-12]。建議根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件按照供應(yīng)商提供的流速、準(zhǔn)確度和壓力損失曲線匹配型號(hào)。

3 結(jié)束語(yǔ)

1）CMF 是一款性價(jià)比較高的智能化流量測(cè)量?jī)x表，通過(guò)定期零點(diǎn)校正和含水、密度比對(duì)方法，準(zhǔn)確度≤1.0%，但壓損和輸送能耗相對(duì)較高，可滿足一定距離內(nèi)原油計(jì)量要求。

2）要加強(qiáng)藥劑篩選和試驗(yàn)，嚴(yán)格執(zhí)行加藥制度，消除水型不配伍產(chǎn)生的硫酸根結(jié)垢。裝卸油站因來(lái)油復(fù)雜且油質(zhì)變化大，發(fā)現(xiàn)含水率異常和壓損超過(guò)額定值時(shí)，要及時(shí)檢查傳感器內(nèi)壁是否結(jié)垢或卡堵并按照上述方法解除。做好不同區(qū)塊原油密度修正，降低系統(tǒng)計(jì)量誤差。加強(qiáng)CMF 在安裝調(diào)試的監(jiān)督驗(yàn)收，避免因偏離應(yīng)力產(chǎn)生的錯(cuò)誤測(cè)量。

3）和成品油具有穩(wěn)定密度、含水和蒸汽壓等質(zhì)量指標(biāo)不同，礦場(chǎng)原油的密度及含水變化大、物性復(fù)雜，必須定期檢測(cè)密度和含水率變化并依據(jù)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(huì)導(dǎo)致樣品偏離真實(shí)。

4）要結(jié)合單位實(shí)際制訂相關(guān)CMF 使用管理制度，按期檢定校準(zhǔn)與維護(hù)。在數(shù)字化油田建設(shè)中，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)信息化手段實(shí)現(xiàn)CMF 數(shù)據(jù)采集與傳輸，發(fā)現(xiàn)并預(yù)警運(yùn)行中產(chǎn)生的含氣和結(jié)垢問(wèn)題，及時(shí)采取措施消除計(jì)量隱患。