流量检定装置比对试验及数据分析

马鸿涛

(大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司 黑龙江 大庆 163153)

0 引 言

在油田动态监测中，流量是注入剖面测井监测的重要参数。提高流量测量精度能够准确了解井下吸水层位、控制水井分层测调质量，为制定和调整油水井注采方案提供详实依据。大庆油田测试技术分公司流量计检定装置是从2002年开始陆续安装使用的，投产至今未对装置进行过计量比对。近几年，油田水井流量测调任务较多，为了使各仪表室所出具的注入剖面流量校准数据具有一致性、可靠性和准确性，能够满足油田专业测试量值溯源的要求[1]，以检测实验中心三相流模拟井实验室作为主导实验室，开展了流量装置计量比对，该项工作是检测量值统一及可靠的有效手段[2]，通过开展实验室间计量比对，能够科学地考核和评价各仪表室流量设备检测能力[3]。

1 设 备

比对标准器的选择至关重要[4]，本比对使用的模拟井流量准确度等级为0.5级，量程为(0.2～800) m3/d。比对前应由计量检定所对电子秤进行检定，确认其示值准确、性能稳定，校准前首先将被测井下流量计安装在模拟井内，应保证仪器位于模拟井工作筒截面中心，然后安装防喷堵头，启动三相流模拟井装置，将管路中的空气排出，根据所设流量标准值进行示值检定[5]。比对试验应按照国家计量技术规范JJF 1117—2010《计量比对》[6]的要求进行。

2 比对试验

在三相流模拟井实验室内设定如下流量校准点：3、9、15、37、50、80、100、150、200和300 m3/d，做3组流量循环。通过传递样本与比对结果对照，确定比对效果。

2.1 传递标准样本

比对传递标准样本选用相同型号的电磁流量计2支，准确度为2.0级，量程为(1～300)m3/d。比对前仪器应在检测实验中心主导实验室检测，确认仪器示值准确、性能稳定，作为本次比对校准的标准器具。2支传递标准在主导实验室进行标准检验，共进行5次检测。表1和表2为两个样本的最大引用误差[7]。

表1 样本1主导实验室校准结果 %

表2 样本2主导实验室校准结果 %

从表1和表2可以看出，2个样本的最大引用误差分别是0.674%和0.577%，小于准确度要求的2%，传递标准具有较好的稳定性、可靠性和一致性。通过传递标准在主导实验室校准，可以保证比对过程中各参比对象的有效性。

2.2 比对方式

选择花瓣式比对方式，如图3所示，即比对过程分3个循环。

图3 花瓣式比对

为了在每个循环的过程中实时地跟踪传递标准的校准动态，保障各比对数据的可比性[8]和有效性，每个循环的开始与结束都由主导实验室将2支传递标准校准一次。

共有10套流量装置参与比对工作。

2.3 检测结果

在各实验室流量计检定装置上对2只电磁流量计进行检测，其最大引用误差数据如表3、表4所示。从数据可以看出，其中8套流量计检定装置准确度合格，结果符合2.0级。样本1和样本2在另外2套流量计检定装置(32#、26#)上的最大引用误差分别是3.96%、4.81%和3.44%、6.98%，均超出范围，准确度为不合格。综上所述，本次参加比对的流量计检测合格率为80%。

表3 样本1比对设备检测数据 %

表4 样本2比对设备检测数据 %

3 数据分析

比对采用Z比分数据分析方法。Z比分是一种不受原始测量单位影响的数值，其特性是除了能表明原数据在其分布中的位置外，还能对不方便直接比较的各种单位的数据进行比较。

3.1 术语及规则

3.1.1 中位值

中位值，即全部观察结果按大小顺序排列，位次居中的那个数值。在全部观察值中，有1/2的数值比它大，有1/2的数值比它小。

如果N是奇数，那么中位值是一个单一的中心值，计算如式1所示：

(1)

如果N是偶数，那么中位值是两个中心值的平均，计算如式2所示：

(2)

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

四分位数间距，即IQR，是指上四分位数与下四分位数之差，其间包括了全部观察值的1/2，其数值越大，分散程度愈大；反之，分散程度愈小。上四分位值(Q3)指全部观察值中有1/4的观察值比它大的一个值，为(3N/4+1/4)次序的观察值；下四分位值(Q1)指全部观察值中有1/4的观察值比它小的一个值，为(N/4+3/4)次序的观察值。若一组数按序以小到大排列，观察值为X1，X2……XN，N为观察值的个数，求(N-1)/4的值,其中i为商，j为余数，则下四分位值如式(3)所示：

(3)

上四分位值Q3的计算与下四分位类似，计算时观察值序列从大到小排列即可。

3.1.2Z比分数规则

将检测数据Qji按大小顺序排列，如式(4)所示：

Q1i<

(4)

则设备的Z比分数值如式(5)：

(5)

式(5)中，Z为Z比分数值;Qji为Qji第j个设备在第i测量点的平均实验数据；Qri为参考值，即中位值；s为所有参比设备比对结果发散量的估计。

s一般采用样本标准差或标准化四分位间距(NIQR)[9]作为结果发散性的量度。NIQR与标准偏差类似，稳健Z比分数[10]的处理方法是s采用式(6)计算：

s=NIQR=IQR×0.741 3

(6)

式(6)中，s为所有参比设备比对结果发散量的估计；IQR为四分位数间距。

在此次比对中每个测量点共记录16组数据，取其平均值作为各设备在每个测量点的Yji值。参比设备的比对结果评判原则[11]如下：当|Z|≤2时，结果在合理的预期范围内；当2<|Z|<3，与合理的预期结果有差距，结果可疑，应分析原因；当|Z|≥3时，比对结果没有达到合理的预期，应查找并分析原因。

3.2 实验数据

2支传递标准样本在10套检定设备的Z比分数统计如表5、表6所示。表中的评判项“1”代表满意，“0”代表不满意。

表5 样本1 Z比分数

表6 样本2 Z比分数

由表5和表6可知，有6套装置的Z比分数是满意的，4套装置的Z比分不满意。其中样本1在16#、21#、32#和26#设备上的Z比分数最大值分别为11.01%、3.53%、3.75%和4.64%；样本2在16#、21#、32#和26#设备上的Z比分数最大值分别为8.72%、4.08%、3.95%和4.90%。

根据Z比分数的统计方法要求，本次比对2支传递标准在10套检定装置内共计完成140个流量点的Z比分数计算，落在满意区(︱Z︱≤2 )的有120个，落在有

差距区(2 <︱Z︱<3)的有2个，落在不满意区(︱Z︱≥3 )的有18个。比对反映了10套流量装置的运行状况，结果达到了预期的检测目的。

4 结 论

针对装置比对试验结果，结合误差曲线综合分析,在流量检定装置的比对和使用上有以下认识。

1)比对样本应在主导实验室严格按规程进行校前检测，保证比对过程中各参比对象的有效性。

2)比对过程中示值误差超差或Z比分不符合预期值的，应检查设备是否存在问题。

3)在流量检定比对试验中，Z比分数分布曲线图能够直观显示设备检定误差情况。

4)设备使用和管理单位应根据不同的Z比分数分布区间，采取不同措施，确保设备量值传递持续有效。