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流量計(jì)在高含水后期轉(zhuǎn)油站外輸油應(yīng)用介紹
摘要：目前，杏北油田正處于高含水開發(fā)后期，并且，隨著聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等開采方式的應(yīng)用，采出液含水、含砂、含聚逐年增多，造成了流量計(jì)測(cè)量元件磨損和腐蝕，轉(zhuǎn)子卡堵現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，影響轉(zhuǎn)油站外輸計(jì)量工作的正常運(yùn)行。通過對(duì)杏北油田轉(zhuǎn)油站在用外輸油流量計(jì)應(yīng)用情況、故障部位分析，得出結(jié)論：速度式螺旋流量計(jì)安裝維修方便，運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低，適用于油田高含水后期轉(zhuǎn)油站外輸液計(jì)量。

油田轉(zhuǎn)油站在用外輸油流量計(jì)共計(jì)61臺(tái)，其中，容積式流量計(jì)44臺(tái)（腰輪流量計(jì)31臺(tái)、刮板流量計(jì)13臺(tái)），速度式流量計(jì)17臺(tái)（螺旋流量計(jì)13臺(tái)、渦輪流量計(jì)4臺(tái)）。容積式流量計(jì)適用于高黏度、高純度的液體測(cè)量［1］。但是，目前各轉(zhuǎn)油站外輸油流量計(jì)測(cè)量介質(zhì)絕大部分為含水85%～98%的油水混合物，并且，隨著聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等開采方式的應(yīng)用，采出液中含水率、含聚濃度及砂含量逐年增多，造成容積式流量計(jì)測(cè)量元件磨損和腐蝕嚴(yán)重，影響了轉(zhuǎn)油站的正常生產(chǎn)運(yùn)行。因此，開展了轉(zhuǎn)油站外輸油流量計(jì)適應(yīng)性調(diào)查。

1常用流量計(jì)工作原理

1.1腰輪流量計(jì)

腰輪流量計(jì)為容積式計(jì)量?jī)x表，用以連續(xù)測(cè)量封閉管道中流體的體積流量。腰輪流量計(jì)由殼體、腰輪、驅(qū)動(dòng)齒輪、出軸密封、精度修正器、計(jì)數(shù)器等組成。其結(jié)構(gòu)及工作原理見圖1。

當(dāng)被測(cè)流體流經(jīng)計(jì)量腔時(shí)，流體的流動(dòng)壓力使進(jìn)出口之間形成壓差，腰輪在此壓力差作用下旋轉(zhuǎn)，隨著腰輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷地將流體排向出口。由于計(jì)量腔的容積是固定的，因此，腰輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈排出的流體體積是恒定的，即，被測(cè)流體的體積與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)成正比。通過腰輪軸連接的變速機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)和精度修正機(jī)構(gòu)，將腰輪的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)傳遞至計(jì)數(shù)器，便可累積流體體積總量，屬于機(jī)械傳動(dòng)。

1.2刮板流量計(jì)

刮板流量計(jì)為容積式計(jì)量?jī)x表，由殼體、轉(zhuǎn)子、刮板、凸輪、齒輪減速機(jī)構(gòu)、精度修正器、計(jì)數(shù)器等組成，轉(zhuǎn)子、刮板、內(nèi)殼體、上下蓋板組成計(jì)量腔。當(dāng)被測(cè)液體進(jìn)入流量計(jì)后，流體推動(dòng)刮板轉(zhuǎn)動(dòng)，并由刮板帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。計(jì)量腔中有一個(gè)固定的軸，軸上安裝有凸輪，刮板上的滾子與凸輪保持接觸，因此，在刮板和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，刮板在凸輪作用下產(chǎn)生伸出和縮進(jìn)的動(dòng)作。計(jì)數(shù)部分采用聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)傳遞至計(jì)數(shù)器，便可累積流體體積總量，屬于機(jī)械傳動(dòng)。具體結(jié)構(gòu)及工作原理見圖2。

1.3螺旋流量計(jì)

螺旋流量計(jì)為速度式計(jì)量?jī)x表，由殼體、整流件、前后導(dǎo)向架、轉(zhuǎn)子、顯示器等組成。其結(jié)構(gòu)原理見圖3。轉(zhuǎn)子兩端鑲有硬質(zhì)合金軸承，由前后兩個(gè)導(dǎo)向架固定在殼體中。螺旋流量計(jì)的轉(zhuǎn)子葉片為兩片螺旋式的葉片。當(dāng)流體通過管道時(shí)，沖擊螺旋轉(zhuǎn)子的葉片，對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，使轉(zhuǎn)子克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)［2］。對(duì)于一定的流體介質(zhì)黏度，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與流體流速成正比，從而可以計(jì)算得到管道的流體流量。計(jì)數(shù)部分采用導(dǎo)線將信號(hào)傳遞至計(jì)數(shù)器，便可讀取流體瞬時(shí)和累計(jì)流量，屬于磁感應(yīng)。

2對(duì)比分析

被測(cè)液體的純凈度是影響流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的重要指標(biāo)之一。實(shí)際生產(chǎn)中，產(chǎn)出井產(chǎn)液的同時(shí)，會(huì)從地層中攜帶出泥沙和雜質(zhì)；采出液在運(yùn)輸過程中，管道堵漏、機(jī)泵維修、清罐產(chǎn)生的焊渣、盤根、碎石等異物，也會(huì)影響流量計(jì)的正常計(jì)量。

杏北油田在轉(zhuǎn)油站外輸油流量計(jì)前和外輸油泵前均安裝有過濾器，且根據(jù)不同開采方式與實(shí)際情況設(shè)定了不同的過濾器清洗周期。每臺(tái)過濾器平均清洗周期為15d，基本可以過濾掉介質(zhì)中的雜質(zhì)和異物，保證流量計(jì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

因此，以下對(duì)比分析中排除大顆粒雜質(zhì)對(duì)流量計(jì)使用的影響。

2.1技術(shù)參數(shù)對(duì)比

杏北油田轉(zhuǎn)油站在用外輸油流量計(jì)中，腰輪、刮板、螺旋三種流量計(jì)應(yīng)用較多，占在用流量計(jì)總數(shù)的93.4%。對(duì)這三種流量計(jì)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，具體見表1。表1中流量計(jì)的長(zhǎng)、寬、高尺寸以公稱通徑200mm為例。

由表1可以看出，腰輪流量計(jì)和刮板流量計(jì)體積及質(zhì)量較大，而螺旋流量計(jì)體積及質(zhì)量較小。由于流量計(jì)結(jié)構(gòu)與質(zhì)量的不同，腰輪流量計(jì)和刮板流量計(jì)采用立式安裝，需要設(shè)置水泥底座，螺旋流量計(jì)采用水平配管安裝，便于流量計(jì)的安裝、維修與更換。

2.2應(yīng)用情況分析

杏北油田轉(zhuǎn)油站在用的外輸油流量計(jì)中，速度式流量計(jì)全部投產(chǎn)于2010年之后。因此，對(duì)2010年后投產(chǎn)的34臺(tái)容積式及速度式流量計(jì)進(jìn)行對(duì)比，運(yùn)行及維修數(shù)據(jù)對(duì)比見表2。其中，平均運(yùn)行時(shí)間為2010年至2016年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，維修次數(shù)為2014年至2016年的數(shù)據(jù)。

由表2可以看出，與容積式腰輪、刮板流量計(jì)相比，速度式螺旋流量計(jì)平均運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)，且統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)維修次數(shù)為0，運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)優(yōu)于其他類型流量計(jì)。

2.3故障部位分析

2014年至2016年，杏北油田轉(zhuǎn)油站外輸油流量計(jì)的損壞維修全部為容積式流量計(jì)，主要是由于容積式流量計(jì)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，轉(zhuǎn)動(dòng)、傳動(dòng)部件較多，易損部件多于速度式流量計(jì)。轉(zhuǎn)油站在用外輸油流量計(jì)2014年至2016年故障部位統(tǒng)計(jì)見表3。

由表3可以看出，容積式流量計(jì)內(nèi)部轉(zhuǎn)子軸承、驅(qū)動(dòng)齒輪及齒輪箱損壞次數(shù)較多，占總數(shù)的78.4%。主要是由于杏北油田處于高含水開發(fā)后期，轉(zhuǎn)油站油水混合物含水率普遍升高，平均為89%。同時(shí)，伴隨著三次采油的推廣應(yīng)用，導(dǎo)致采出液含聚濃度、含砂、含水及各項(xiàng)離子含量均呈上升趨勢(shì)，轉(zhuǎn)油站外輸液成分復(fù)雜，轉(zhuǎn)動(dòng)部件長(zhǎng)期得不到有效潤(rùn)滑，加劇了機(jī)械磨損，轉(zhuǎn)動(dòng)部件存在結(jié)垢現(xiàn)象，使流量計(jì)故障時(shí)有發(fā)生。

3結(jié)論

杏北油田轉(zhuǎn)油站在用外輸油流量計(jì)基本滿足轉(zhuǎn)油站外輸油計(jì)量需求，但是，隨著油田步入高含水開發(fā)后期，采出液含水普遍升高，三次采油采出液成分復(fù)雜。由于容積式流量計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)動(dòng)部位較多，其重要測(cè)量部位（轉(zhuǎn)子）均與被測(cè)流體直接接觸，受被測(cè)介質(zhì)影響較大，因此，腰輪和刮板流量計(jì)故障時(shí)有發(fā)生。

速度式螺旋流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，旋轉(zhuǎn)部件較少，安裝維修方便，運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低，適用于油田高含水后期轉(zhuǎn)油站外輸液計(jì)量。因此，處于高含水開發(fā)后期的油田在新建轉(zhuǎn)油站或已建轉(zhuǎn)油站外輸油流量計(jì)更換時(shí)，建議使用速度式螺旋流量計(jì)計(jì)量外輸液體。