质量流量计在油田矿场计量中的应用

龚云涛，龚中伟

1.上海应用技术大学资源与环境学院（上海 201418）2.中国石化江苏油田分公司采油一厂（江苏 扬州 225265）

科里奥利质量流量计（Coriolis Mass Flowmeter以下简称CMF）是油田开发中后期，用于原油分区计量的一种比较实用的智能化流量计，具有无可动件、维护简易、宽量程比的特点。CMF 依据牛顿第二定律振动管原理测定混合液密度、质量流量和温度，根据计算公式输入纯油和纯水密度可推导出0～100%范围的含水率、纯油和水总量，是一款性价比较高的智能化流量测量仪表[1]。江苏油田采油一厂目前通过11台CMF解决了约80%生产原油分区计量问题，为油田开发和经营管理提供了准确数据。

1 CMF在中转站和装卸油站的应用

CMF 具备密度、总量和含水测定功能，主要用于中转站和卸油站原油计量，通过NOC 软件和Micro Motion 3700 等流量变送器实现测量数据显示与传输，满足分区与单油罐车原油计量要求。

1.1 CMF在中转站的应用

油田进入开发中后期随着油气比下降，曹7、沙20 等中转站因原油物性稳定、含气量≤10%，油水计量准确度和稳定性较高，通过记录CMF 瞬时含水率与人工取样化验，控制含水率差值≤1.0%，否则重新化验并修正油水密度，这也是现场保障CMF 准确性的重要手段。正常情况下油水密度每季度进行检测和修正。

1.2 CMF在卸油站的应用

相比中转站，CMF 在卸油站影响计量准确度因素较多，一是CMF 变送器只输入固定的油水标准密度，而油罐车所卸原油来源复杂，密度不固定导致含水出现偏差。二是卸油罐容量较小，前车在出口进泵阀门以下底量影响后车纯油计量准确度。如沙7卸油站1号CMF变送器输入纯油密度为0.859 g/cm3，水密度为1.005 g/cm3，现场含水率比对情况见表1。

表1 沙7卸油站1号CMF含水率比对

1.2.1 密度变化对含水率的影响

依据公式（1）进行含水率验算：

式中：η为体积含水率;ρL为混合液密度，g/cm3；ρw为水密度，g/cm3；ρ0为原油密度，g/cm3。

原油密度为0.859 g/cm3，水密度为1.005 g/cm3，混合物密度为0.925 6 g/cm3。含水率为：

原油密度减少0.002 g/cm3，水密度及混合物密度不变，含水率计算如下：

水密度减少0.002 g/cm3，原油密度及混合物密度不变，含水率为：

因此，在排除传感器结垢和油液含砂情况下，纯油密度变化0.2%，影响含水率约1.6%，水密度变化0.2%，影响含水率约1.4%。上述验证是视混合液密度为常量且忽略混合液饱和度对油水密度影响，是一种定性推导，准确验证须通过模拟工况条件进行详细实验。因此在装油站和卸油站，需考虑油水密度变化使CMF产生的含水误差，可使用Micro Motion 公司开发的NOC 选井软件，或研发单车密度修正软件，以消除含水率产生的计量误差。

1.2.2 卸油罐底量偏差对计量准确度的影响

卸油罐容量一般30 m3左右,与罐车体积匹配。含水较多的前车产生的底量，会导致含水较少的后车产生含水率增高。目前在工艺上难以克服，建议按照原油交接区块划定卸油罐，实现单罐配CMF 分产计量，以消除前后车含水率波动产生的系统误差。

2 CMF安装使用及结垢问题

2.1 含气和结垢对CMF的影响及解决方法

油液含气、含砂和振动管结垢对CMF 影响较大，会改变振动管阻尼比和驱动增益，导致含水率偏离真实值，产生气增油、砂垢减油现象[2-4]。

2.1.1 含气对CMF的影响及消除方法

如果混合液气体含量大于15%，可通过安装气液分离器和缓冲油罐控制。老油区随着综合含水上升和气液比降低，此现象逐渐减少。

2.1.2 传感器结垢问题及解决方法

结垢是原油生产与储运工艺难点，流动中油液与两种以上不配伍水质混合，以及热力学和压力条件改变将导致结垢。相对于连续输送且水型稳定的中转站，装卸油站因油液水型复杂，加药降黏除垢效果差等因素容易导致CMF传感器结垢[5-7]。

1）碳酸钙、镁等硬垢可以通过盐酸浸泡方法解决。首先用蒸汽或热水冲洗双振动管内油污，再用软钢丝探查内壁是否存在硬物卡堵，剥取采集少量垢样；在实验室配置相应浓度盐酸，观察与垢样反应效果以确定盐酸浓度，再封堵一端法兰，从另一端灌注配制好并加入少量阻垢剂盐酸，此时反应较为剧烈并有CO2气体喷出，操作过程须做好安全防护，MVD 接线盒用塑料袋包裹好避免进水。期间要补充消耗的盐酸，观察无反应后将剩余盐酸回收，再用清水冲洗。验证酸洗效果的简易方法就是将CMF传感器灌满清水并接入3700等变送器，显示瞬时含水率约100%为合格，受环境温度影响允许有0.025%左右误差。

2）如果采用盐酸溶液浸泡方法无法除垢，通过DX2700 型X 射线衍射仪测定垢中硫酸钡和硫酸锶含量＞70%。此种硫酸根类型结垢溶度积常数很低，不仅影响CMF 正常使用，也会对管道、阀门等储运设施产生影响，须由专业清洗公司解决，只能采取水型配伍和药剂筛选合理加药等措施预防。

2.2 CMF安装问题及解决办法

1）CMF 由电磁驱动线圈产生约200 Hz 固定频率完成检测，如果存在较强电磁场干扰将产生频率谐振，因此CMF应远离变压器、变频器等电磁源。

2）管线法兰间距要与CMF 传感器长度一致且对正，坚固螺栓要均匀用力。根据牛顿第二运动定律原理，科里奥利力=质量×加速度（F=ma）[8]，安装不当产生的轴向和径向扭曲应力会改变振动频率和速度信号时间差，导致错误测量。

沙20 中转站2021年5月安装一台编号为14096624，法兰间距为580 mm 的CMF200 传感器，完成调试运行16 h，与储油罐比对混合液体积总量相对误差31%，与一台0.5级UF-Ⅱ双转子流量计比对混合液瞬时流量高约9 m3/h，但含水率、混合液密度和温度等参数正常。通过ProlinkⅡ通讯软件检查MVD处理器设置的密度常数、流量系数等组态参数和外壳铭牌标一致，与LTD3020 变送器通讯正常。调换一台同型号编号为490762，法兰间距为593 mm 的CMF200 传感器，安排施工单位到现场进行管线法兰修正，此传感器校准合格并正常使用。但编号为14096624传感器从管线上拆下后，发现管线法兰间距为595 mm，比编号为14096624 传感器长15 mm。此尺寸适合编号490762 传感器安装且无须法兰修正。零流量校验合格通油运行后，流量、温度和密度数据显示正常。由此确定导致编号14096624 CMF200产生总量误差原因是施工人员发现管道间隙偏大15 mm 没有弥补修正，强行拉缩安装导致应力超过额定值所致。

更换下来的编号为14096624 的CMF200 传感器经过一定时间应力恢复后，送扬州计量所校准合格并重新安装使用。高黏度原油产生“挂壁”现象会导致振动管驱动增益系数改变和压损增加，可采取提温或加药降黏工艺解决。合理流速范围才能保证CMF 准确度，但也产生一定压力损失，因此选型时要避免大口径低流量、低灵敏度和小口径、高流量、高压损现象[9-12]。建议根据现场条件按照供应商提供的流速、准确度和压力损失曲线匹配型号。

3 结束语

1）CMF 是一款性价比较高的智能化流量测量仪表，通过定期零点校正和含水、密度比对方法，准确度≤1.0%，但压损和输送能耗相对较高，可满足一定距离内原油计量要求。

2）要加强药剂筛选和试验，严格执行加药制度，消除水型不配伍产生的硫酸根结垢。装卸油站因来油复杂且油质变化大，发现含水率异常和压损超过额定值时，要及时检查传感器内壁是否结垢或卡堵并按照上述方法解除。做好不同区块原油密度修正，降低系统计量误差。加强CMF 在安装调试的监督验收，避免因偏离应力产生的错误测量。

3）和成品油具有稳定密度、含水和蒸汽压等质量指标不同，矿场原油的密度及含水变化大、物性复杂，必须定期检测密度和含水率变化并依据公式（1）修正。管线取样装置须按照GB/T 4756—2015《石油液体手工取样法》安装和制作，否则会导致样品偏离真实。

4）要结合单位实际制订相关CMF 使用管理制度，按期检定校准与维护。在数字化油田建设中，运用网络信息化手段实现CMF 数据采集与传输，发现并预警运行中产生的含气和结垢问题，及时采取措施消除计量隐患。