油田(tian)污水回(hui)注是合(he)理開發(fa)和利用(yong)水資源(yuan)、節能環(huan)保的有(you)效途徑(jing)。污水回(hui)注量是(shi)否合适(shi)關系到(dao)地層結(jie)構的優(you)化，油層(ceng)壓力的(de)恢複和(he)保持，直(zhi)接影響(xiang)油田采(cai)收率，因(yin)此 污水(shui)流量計(ji) 的準确(que)性十分(fen)重要。油(you)田現場(chang)污水流(liu)量計拆(chai)卸較困(kun)難，往往(wang)又沒有(you)備用流(liu)量計，因(yin)此現場(chang)通常采(cai)用超聲(sheng)波流量(liang)計 在線(xian)校準法(fa)。近幾年(nian)随着油(you)田對污(wu)水計量(liang)的重視(shi)，超聲波(bo)流量計(ji)現場校(xiao)準方法(fa)得到了(le)廣泛應(ying)用，同時(shi)也暴露(lu)了該流(liu)量計準(zhun)确性不(bu)高的問(wen)題。本文(wen)結合超(chao)聲波流(liu)量計原(yuan)理和現(xian)場應用(yong)經驗，通(tong)過現場(chang)試驗和(he)數據分(fen)析對超(chao)聲流量(liang)計在污(wu)水流量(liang)計校準(zhun)中的适(shi)應性進(jin)行了讨(tao)論。
1 超聲(sheng)波流量(liang)計原理(li) 超聲流(liu)量計在(zai)污水流(liu)量計校(xiao)準中适(shi)應性的(de)讨論
常(chang)用的超(chao)聲波流(liu)量計有(you)2種原理(li)：時差法(fa)和多普(pu)勒法。
1.1 時(shi)差法原(yuan)理
   超聲(sheng)波信号(hao)在流體(ti)中，順流(liu)時信号(hao)傳播速(su)度快，傳(chuan)播時間(jian)短；逆流(liu)時信号(hao)傳播速(su)度慢，傳(chuan)播時間(jian)長，利用(yong)超聲波(bo)信号在(zai)流體中(zhong)順逆流(liu)方向聲(sheng)波信号(hao)傳播時(shi)間存在(zai)差值，即(ji)時差，可(ke)以計算(suan)出流體(ti)流量。時(shi)差法較(jiao)适于測(ce)量純淨(jing)液體，有(you)較多氣(qi)泡的液(ye)體或懸(xuan)浮物會(hui)阻礙聲(sheng)脈沖正(zheng)常傳播(bo)，導緻不(bu)能正常(chang)測量。
1.2 多(duo)普勒法(fa)原理
   超(chao)聲波信(xin)号在傳(chuan)播路徑(jing)上遇到(dao)微小浮(fu)遊物（懸(xuan)浮物質(zhi)或微小(xiao)氣泡）而(er)被散射(she)，超聲接(jie)收器能(neng)夠接收(shou)散射後(hou)的超聲(sheng)波信号(hao)。發射信(xin)号頻率(lü)受多普(pu)勒效應(ying)的影響(xiang)後變爲(wei)不同的(de)接收信(xin)号頻率(lü)，2個頻率(lü)之差與(yu)流體流(liu)速有确(que)定的數(shu)量關系(xi)，由此可(ke)以計算(suan)出流體(ti)流量。多(duo)普勒法(fa)流量計(ji)不能測(ce)量清潔(jie)的流體(ti)，僅能測(ce)量約50mg/L以(yi)上濁度(du)的流體(ti)。同時多(duo)普勒法(fa)測量精(jing)度低于(yu)時差法(fa)，一般爲(wei)2.0級，即2%滿(man)量程誤(wu)差（2%F.S.）。
2 超聲(sheng)波流量(liang)計使用(yong)注意事(shi)項
   近幾(ji)年，随着(zhe)超聲波(bo)流量計(ji)在污水(shui)流量計(ji)在線校(xiao)準中的(de)應用越(yue)來越普(pu)遍，流量(liang)計準确(que)性不高(gao)的問題(ti)也逐漸(jian)暴露出(chu)來，原因(yin)主要是(shi)操作不(bu)規範和(he)流量計(ji)自身問(wen)題。
2.1 操作(zuo)不規範(fan)
   管道方(fang)面，技術(shu)人員經(jing)常不按(an)照标準(zhun)操作規(gui)程進行(hang)操作，例(li)如未準(zhun)确測量(liang)管道外(wai)徑、周長(zhang)、壁厚、接(jie)觸溫度(du)等，這些(xie)參數都(dou)會對超(chao)聲流量(liang)計的原(yuan)始數據(ju)修正産(chan)生重要(yao)影響。
   安(an)裝方式(shi)方面，技(ji)術人員(yuan)經常不(bu)按照管(guan)道大小(xiao)和信号(hao)強度選(xuan)擇安裝(zhuang)方式，往(wang)往選擇(ze)流量計(ji)的默認(ren)雙聲程(cheng)模式。正(zheng)确的安(an)裝方式(shi)爲：在大(da)管道和(he)複雜環(huan)境中應(ying)采用單(dan)聲程；在(zai)小管道(dao)和信号(hao)特強的(de)情況下(xia)選擇多(duo)聲程。
   安(an)裝位置(zhi)方面，技(ji)術人員(yuan)往往随(sui)意放置(zhi)超聲探(tan)頭，且不(bu)确認管(guan)道污水(shui)是否滿(man)管這一(yi)重要的(de)測量條(tiao)件。正确(que)的安裝(zhuang)位置爲(wei)：應選擇(ze)管道的(de)水平中(zhong)間位置(zhi)放置探(tan)頭；隻有(you)在管道(dao)滿管的(de)條件下(xia)才能進(jin)行準确(que)測量，流(liu)體向上(shang)流的垂(chui)直管道(dao)能保證(zheng)滿管流(liu)。
   除此以(yi)外，現場(chang)的管道(dao)内襯的(de)種類和(he)厚度等(deng)重要參(can)數往往(wang)很難獲(huo)得，這些(xie)也嚴重(zhong)影響了(le)流量計(ji)的準确(que)性。
2.2 超聲(sheng)波流量(liang)計自身(shen)問題
   首(shou)先是時(shi)差法和(he)多普勒(le)法流量(liang)計的選(xuan)用。時差(cha)法流量(liang)計适用(yong)于純淨(jing)液體的(de)計量，準(zhun)确度優(you)于±1.0%；多普(pu)勒法流(liu)量計适(shi)用于濁(zhuo)度50mg/L以上(shang)的流體(ti)。因此，2種(zhong)原理的(de)流量計(ji)在污水(shui)流量計(ji)校準時(shi)的選用(yong)非常重(zhong)要。一般(ban)情況下(xia)，管道中(zhong)污水較(jiao)幹淨時(shi)，可選用(yong)時差法(fa)；當污水(shui)較渾濁(zhuo)時，應選(xuan)用多普(pu)勒法。但(dan)是污水(shui)幹淨還(hai)是渾濁(zhuo)在現場(chang)很難被(bei)定量界(jie)定，因此(ci)選用這(zhe)2種原理(li)的流量(liang)計沒有(you)通用方(fang)法可遵(zun)循，導緻(zhi)流量計(ji)自身計(ji)量不準(zhun)确，更談(tan)不上校(xiao)準污水(shui)流量計(ji)了。
   其次(ci)超聲波(bo)接收也(ye)存在缺(que)陷。超聲(sheng)波由于(yu)是通過(guo)在管道(dao)中發射(she)和接收(shou)超聲信(xin)号來測(ce)量流體(ti)流量的(de)，所以管(guan)道材質(zhi)對超聲(sheng)的折射(she)、流體中(zhong)雜質對(dui)超聲的(de)反射和(he)散射、流(liu)體中随(sui)機存在(zai)的氣泡(pao)和雜質(zhi)的含量(liang)高低都(dou)會對測(ce)量産生(sheng)不穩定(ding)的影響(xiang)。油田污(wu)水中含(han)有不少(shao)的原油(you)、砂礫、氣(qi)泡、化學(xue)藥劑等(deng)，管道内(nei)環境十(shi)分複雜(za)和多變(bian)，嚴重影(ying)響了測(ce)量的精(jing)度。
   針對(dui)超聲波(bo)流量計(ji)在污水(shui)流量計(ji)在線校(xiao)準中準(zhun)确性不(bu)高的問(wen)題。在近(jin)一年的(de)的時間(jian)裏，使用(yong)26台檢定(ding)合格的(de)污水流(liu)量計作(zuo)爲參考(kao)流量計(ji)，對4台超(chao)聲波流(liu)量計進(jin)行了現(xian)場在線(xian)校準，通(tong)過大量(liang)的試驗(yan)和數據(ju)分析，讨(tao)論超聲(sheng)波流量(liang)計在污(wu)水流量(liang)計校準(zhun)中的作(zuo)用。
3.1 流量(liang)計的選(xuan)擇
   爲了(le)使試驗(yan)具有代(dai)表性， 便(bian)攜式超(chao)聲波流(liu)量計 選(xuan)用某國(guo)外知名(ming)廠商的(de)時差式(shi)A型、多普(pu)勒B型，國(guo)内知名(ming)廠商的(de)時差式(shi)C型、多普(pu)勒D型各(ge)1台，均檢(jian)定合格(ge)且在檢(jian)定周期(qi)内。26台污(wu)水流量(liang)計爲檢(jian)定合格(ge)後第1次(ci)使用的(de)，且在檢(jian)定周期(qi)内。
3.2 試驗(yan)注意事(shi)項
   本試(shi)驗嚴格(ge)遵循超(chao)聲波流(liu)量計附(fu)帶的使(shi)用說明(ming)及本文(wen)中第3章(zhang)提到的(de)注意事(shi)項。試驗(yan)中流量(liang)計安裝(zhuang)的管道(dao)的直管(guan)段符合(he)“前十後(hou)五”的規(gui)定。試驗(yan)中所選(xuan)安裝流(liu)量計的(de)管道爲(wei)近1年内(nei)的新管(guan)道，盡量(liang)避免因(yin)管道内(nei)壁腐蝕(shi)導緻超(chao)聲信号(hao)接收質(zhi)量不高(gao)的問題(ti)。
3.3 試驗内(nei)容
   首先(xian)将污水(shui)流量計(ji)分别安(an)裝到污(wu)水管線(xian)中，然後(hou)将污水(shui)流量計(ji)作爲參(can)考流量(liang)計與便(bian)攜式超(chao)聲波流(liu)量計進(jin)行數據(ju)比對，比(bi)對内容(rong)爲60min内的(de)累積流(liu)量。
爲了(le)分析時(shi)差法和(he)多普勒(le)法流量(liang)計在不(bu)同渾濁(zhuo)程度的(de)污水中(zhong)的計量(liang)準确性(xing)，試驗中(zhong)在數據(ju)比對的(de)同時進(jin)行同管(guan)道的污(wu)水采樣(yang)，采樣周(zhou)期爲5min，試(shi)驗結束(shu)後将12次(ci)水樣放(fang)入樣品(pin)桶後攪(jiao)拌均勻(yun)，由光學(xue)濁度計(ji)測試污(wu)水濁度(du)，本試驗(yan)設定濁(zhuo)度小于(yu)50mg/L的爲一(yi)般水質(zhi)；濁度≥50mg/L的(de)爲較差(cha)水質。
   試(shi)驗數據(ju)見表1，其(qi)中流量(liang)表示污(wu)水流量(liang)計60min内的(de)累計流(liu)量；A、B、C、D分别(bie)爲4個型(xing)号的超(chao)聲波流(liu)量計在(zai)60min内的累(lei)計流量(liang)；排名爲(wei)與同一(yi)台污水(shui)流量計(ji)比對的(de)4台超聲(sheng)波流量(liang)計的誤(wu)差按從(cong)小到大(da)的順序(xu)。
表1中，“——”表(biao)示超聲(sheng)波流量(liang)計因接(jie)收信号(hao)差而不(bu)顯示累(lei)計流量(liang)，誤差>20%的(de)超聲波(bo)流量計(ji)累計流(liu)量表示(shi)因接收(shou)信号質(zhi)量差導(dao)緻的儀(yi)器測量(liang)錯誤。對(dui)表1中的(de)數據進(jin)行分類(lei)處理，以(yi)便得到(dao)一般和(he)較差水(shui)質2種情(qing)況時4台(tai)流量計(ji)的誤差(cha)統計。表(biao)2和表3分(fen)别爲爲(wei)一般和(he)較差水(shui)質時的(de)流量計(ji)誤差統(tong)計。
表1 超(chao)聲流量(liang)計與污(wu)水流量(liang)計試驗(yan)比對數(shu)據

   從表(biao)2和表3發(fa)現，試驗(yan)中水質(zhi)一般（濁(zhuo)度<50mg/L）的情(qing)況下，時(shi)差法流(liu)量計的(de)有效數(shu)據（誤差(cha)<20%）爲13個，占(zhan)總試驗(yan)數據（32個(ge)）的40.63%；不顯(xian)示的情(qing)況有4個(ge)，占總試(shi)驗數據(ju)（32個）12.5%的。水(shui)質較差(cha)（濁度≥50mg/L）的(de)情況下(xia)，多普勒(le)法流量(liang)計的有(you)效數據(ju)（誤差<20%）爲(wei)4個，占總(zong)試驗數(shu)據（32個）的(de)12.5%；該類型(xing)流量計(ji)不存在(zai)不顯示(shi)的情況(kuang)。
當管徑(jing)較大時(shi)（流速>300m3/h），在(zai)2種水質(zhi)情況下(xia)，流量計(ji)僅有1次(ci)有效測(ce)得數據(ju)，占此情(qing)況下實(shi)驗數據(ju)（20個）的5%。
同(tong)時，表2和(he)表3也驗(yan)證了時(shi)差法流(liu)量計僅(jin)适合測(ce)量較純(chun)淨的流(liu)體，而多(duo)普勒法(fa)流量計(ji)僅适合(he)測量渾(hun)濁（濁度(du)≥50mg/L）的流體(ti)。
表2 一般(ban)水質時(shi)流量計(ji)誤差統(tong)計

表3 較(jiao)差水質(zhi)時流量(liang)計誤差(cha)統計

3.4 試(shi)驗結論(lun)及建議(yi)
通過本(ben)試驗的(de)數據分(fen)析，得出(chu)結論：
1）2種(zhong)原理的(de)超聲波(bo)流量計(ji)均不适(shi)用于在(zai)線校準(zhun)污水流(liu)量計。因(yin)管線中(zhong)情況複(fu)雜，雜質(zhi)和氣泡(pao)儀表在(zai)流量計(ji)測量區(qu)域内随(sui)機出現(xian)，時差法(fa)流量計(ji)在一般(ban)水質中(zhong)的有效(xiao)數據（誤(wu)差<20%）僅占(zhan)40.63%，多普勒(le)法流量(liang)計在較(jiao)差水質(zhi)中的的(de)有效數(shu)據（誤差(cha)<20%）僅占12.5%，遠(yuan)遠低于(yu)國家标(biao)準。
2）大管(guan)徑污水(shui)管線因(yin)流體複(fu)雜不适(shi)合采用(yong)非接觸(chu)式流量(liang)計測量(liang)。大管徑(jing)中污水(shui)分層流(liu)動，且雜(za)質和氣(qi)泡在儀(yi)表測量(liang)區域内(nei)随機出(chu)現，明顯(xian)增大了(le)測量誤(wu)差的概(gai)率。
   建議(yi)油田的(de)污水流(liu)量計在(zai)條件允(yun)許的情(qing)況下還(hai)是需要(yao)送到實(shi)驗室進(jin)行檢定(ding)。

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