科里奥利质量流量计的安装使用

为了使科里奥利质量流量计能正常、安全和高性能地工作，正确地安装和使用是非常重要。这里包括机械安装、电气安装和使用维护。

(1)安装

机械安装应注意这样几个问题:

a.流量传感器应安装在一个坚固的基础上。内径小于10mm的小口径质量流量计安装在平衡坚硬和无振动的底面上，如墙面、地面或专门的基础。如果在高振动环境使用，应注意对基础的振动吸收，而且传感器进出口与管道之间应用柔性管道连接;较大口径的流量计直接安装在工艺管道上，应用管卡和支撑物将流量计牢牢地固定。

b.为防止CMF间的相互影响，在多台流量计串联或并联使用时，各流量传感器之间的距离应足够远，管卡和支撑物应分别设置在各自独立基础上。

C为保证使用时流量传感器内不会存积气体或液体残值，对于弯管型流量计，测量液体，弯管应朝下，测量气体时，弯管应朝上。测量浆液或排放液时，应将传感器安装在垂直管道，流向由下而上。对于直管型流量计，水平安装时应避免安装在最高点上，以免气团存积。连接传感器和工艺管道时，一定要做到无应力安装，特别对某些直管型测量管的流量传感器更应注意。

(2)使用和维护

①流量计零点调整。待流量传感器充满被测流体后关闭传感器下游阀门，在接近工作温度的条件下调整流量计的零点。调整零点时保证下游阀门彻底关闭，确认不泄漏流体是非常重要的。如果调零时阀门存在泄漏，将会给整个测量带来很大误差。

②设置流量和密度校准系数。正确设置流量和密度校准系数流量计的工作十分重要。流量校准系数代表传感器的灵敏度及流量温度系数，灵敏度表示每微秒时差测量多大的流量。

(单位往往为克/秒);流量温度系数表示传感器弹性模量受温度的影响程度。这些与流量计的测量准确度都有直接关系，密度校准系数代表传感器在0℃下管内为空气和管内为水时的自振周期(单位往往为微秒)及密度温度系数，显然这些与测量密度的准确度直接相关。

③使用中维护流量计正常工作。及时发现故障和排除故障对流量计正常工作很重要，实际工作中常见的有以下几种故障情况:

a.无输出:指有流量通过传感器而传感器没有信号输出;

b.输出不变化:虽然流量变化了，但输出保持不变;

c.输出不正常，输出随意变化，与流量的变化无关，即输出反常;

d.断续地有输出:断续输出，开始和结束都无规律，但当有输出时，输出信号能正确反映

流量大小。

以上故障状态应仔细检查排除，必要时应请制造厂家维修服务。

众所周知，当一个位于旋转系内的质点作朝向或者离开旋转中心的运动时，将产生一惯性力。如图6-1所示，当质量为(δm的质点以匀速u在一个围绕旋转轴P以角速度ω旋转的管道内轴向移动时，这个质点将获得两个加速度分量:

(1)法向加速度ar(向心加速度)，其值等于ω2r，方向指向P轴。

(2)切向加速度at(科里奥利加速度)，其值等于2ωu，方向与ar垂直，正方向符合右手定则，如图6-1所示。

为了使质点具有科里奥利加速度at，需在at的方向上加一个大小等于2ωuδm的力，这个力来自管道壁面。反作用于管道壁面上的力就是流体施加在管道上的科里奥利力Fc。

方向与αt相反。

从图6-1可以看出，当密度为ρ的流体以恒定流速u沿图6-1所示的旋转管流动时，任一段长度ΔX的管道都将受到一个大小为ΔFe的切向科里奥利力:

式中，A为管道内截面积。由于质量流量qm=ρuA，因此:

基于上式，只要能直接或者间接地测量出在旋转管道中流动的流体作用于管道上的科里奥利力，就可以测得流体通过管道的质量流量。

在过程工业应用中，要使流体通过的管道围绕P轴以角速度ω旋转显然是不切合实际的。这也是早期的质量流量计始终未能走出实验室的根本原因。经过几十 年的探索，人们终于发现，使管道绕P轴以一定频率上下振动，也能使管道受到科里奥利力的作用。而且，当充满流体的管道以等于或接近于其自振频率振动时，维持管道振动所需的驱动力是很小的。从而从根本上解决了CMF的结构问题。为CMF的迅速商用化打下了基础。

经过近二十年的发展，以科里奥利力为原理而设计的质量流量计已有多种形式。根据检测管的形状来分，大体上可以归纳为四类，即:直管型和弯管型;单管型和多管型(一般为双管型)。

弯管型检测管的仪表管道刚度低，产生信号相对较大，技术也相对成熟。因为自振频率也低(80-150Hz)，可以采用较厚的管壁，仪表耐磨、耐腐蚀性能较好，但易存积气体和残渣引起附加误差切对安装空间有要求。直管型仪表不易存积气体，流量传感器尺寸小，重量轻。但自振频率高信号不易检测，为使自振频率不至于太高，往往管壁做得较薄，易受磨损和腐蚀。单管型仪表不分流，测量管中流量处处相 等，对稳定零点有好外，也便于清洗，但易受外界振动的干扰，仅见于早期的产品和一些小口径仪表。双管型仪表既实现了双管相位差的测量，也增了大信号增强了线性，同时降低外界振动干扰的影响。

流体为了反抗这种强迫振动，会给管子一个与其流动方向垂直的反作用力，在这种被叫做科里奥利效应力的作用下，管子的震动不同步了，入口段管与出口段管在振动的时间先后商会出现差异，(差异是由于入口段和出口段流体流向是相反的)，这叫做相位时间差。这种差异与流过管子的流体质量流量的大小成正比。如果通过电路能检测出这种时间差异的大小，则就能将质量流量的大小给确定了。这种流量计被称作科里奥利直接质量流量计，它与世界上目前在用的几十种常规容积式流量计的最大不同是它测的质量的大小，使用的单位是kg/h。用质量(如千克)作单位的流量计比用容积(如立升或立方米)作单位的容积式流量计要准确和恒定。因为质量是遵循守恒定律的。

科氏力质量流量计的发明是科技界苦苦求索几十年的结果，它不但具有准确性、重复性、稳定性，而且在流体通道内没有阻流元件和可动部件，因而其可靠性好，使用寿命长，还能测量高粘度流体和高压气体的流量。现在汽车用的清洁燃料压缩天然气(CNG)的计量就是靠它测准的，而在石油、化工、冶金、建材、造纸、医药、食品、生物工程、能源、航天等工业部门，其应用也越来越广泛。它的问世带来了流体测量技术的一次深刻变革，被专家誉为是21世纪的主流流量计。

GS-GLCC系列油气分离计量系统是我公司与西安交大、西安科技大学等研究机构联合，采用国际最新技术，研制开发的一款新型多相流测量系统。它采用了现今世界上最先进的柱状旋流式气-液分离技术，对气液进行分离，利用科里奥利质量流量计对液相精确测量。由于科里奥利质量流量计具有精度高、量程宽、免维护和流通性强等特点，因此特别适用于油田在计量站单井液量普遍偏低，流量变化大和含水率较高的工况场合。 GS-GLCC系列油气分离计量系统在测量显示油水混合液的总质量、流量、密度的同时，能推算出含水比、产油量，其精度完全满足《油田油气集输设计规范(SY/T0004-98)》规定的单井油气水计量准确度±10%的要求，完善了油井采出液多相流混相输送的工艺技术。

系统特点

◇ 计量精度高、实时在线测量;

◇ 操作简单、方便移动，易安装、易维护;

◇ 占地体积小、重量轻;

◇ 可靠性高，维护量少;

◇ 适用性广，量程比宽;

2.1、尺寸规格

设备外形尺寸:车载:120cm(长)×100cm(宽)×158cm(高)

固定:140cm(长)×100cm(宽)×180cm(高)

整机重量:320Kg

2.2、主要技术参数

GS-GLCC油气分离计量系统技术参数如下:

l 流量范围: l~80 m³/d

l 测量误差: <±3%(液相)

l <±5%(气相)(选用)

l 额定压力: 4.0 Mpa

l 耐压试验压力: 6.0 MPa

l 介质粘度:0~12000 MPa.S

2.3、规格型

2.4、远传系统配置表

2.5、气液两相分离工作原理

GS-GLCC系列油气分离计量系统工作原理如上图所示，进口由双倾角向下的管道与铅垂管道相连，多相流经进液管进入主分离器。由于旋流作用，在主分离器中，离心力、重力和浮力形成一个倒圆锥型的涡流面。密度大的液相沿铅垂管道的管壁流到分离器底部，密度小的气相沿涡旋的中央上升至分离器顶部，最终气相和液相分别从分离器的顶部和底部排出。并通过自力式控制系统调整液位和压力，实现两相充分分离，分离后的液相通过单相流量表单独计量。分离器的精确设计是保证系统整体性能的关键。精确的分离器设计可以确保在复杂的工况下，气液两项良好分离，以保证仪表的计量精度。根据用户提供的工况、测量精度要求，我公司计算确定GS-GLCC系列油气分离计量系统的尺寸，并设计、制造及配套的仪表控制系统。GS-GLCC系列油气分离计量系统适应面广,可涵盖现今大多数的油井。

2.6、GS-GLCC系列油气分离控制原理

GS-GLCC油气分离计量系统采用自力式控制原理，根据现场工况的流型模拟，充分考虑了液位、压力、气液流量和阀位之间的相互关联，组成了完善的复合调节系统。通过建立正确的气液分离模型和采用完善的控制系统使分离器实现良好的气液平衡，达到理想的分离效果，从而保证计量的准确性。

2.7、计量原

流体经过分离后，被分离成气相和液相两种状态，气相可通过气体流量计进行计量,液相由质量流量计进行计量。而质量流量计又以其特殊的原理可通过输入现场纯水和纯油的密度由微机系统来进行计算得出流过的纯水量和纯油量，实现对油井产油的单量功能。

另外该装置还可由计算机对测量参数进行分析处理，自动生成液、气、水(油)瞬时参数曲线，生产日报等，也可根据用户需要实现计量参数的远程监测。

2.8、 使用流程

本设备既可固定使用也可车载使用。

以下为设备正常工作时液体在设备中的流向示意图:

3.气体回流腔 8.出油口

1.进油口 2.一级分离器腔 4.二级回流腔 5.科里奥利传感器

6. 数据变送器 7.单 向 阀 8.出油口

此设备根据使用环境的不同可能需要相应的配套设施。如果此设备所使用的环境每年中最低气温低于15℃，且进入设备的油温也较低，则需要相应的伴热设施，以防停井后原油在计量腔内凝固造成再次启动困难，保证设备的正常使用。

单井采出液量是油田开发的基础数据，是地质分析、开发方案设计的重要依据。随着油田进入高含水开发期，油井计量的难度越来越大，加之生产的精细分析及降低成本增加效益的需求，对单井计量技术的要求也在提高，因此单井计量技术的准确性、可靠性已成为重点关注的问题。

随着油田开采力度的增大，目前的单井计量技术已经无法满足油田发展要求。

1.自动连续计量技术工艺安装过于紧凑，操作空间比较狭窄，不利于工人的日常生产和维护;质量流量计精度易受气泡影响导致误差大;由于带掺水、热洗工艺流程的结垢问题会影响计量的准确度，同时会造成掺水流量计计量二次误差。

2.井口功图量油技术对于连抽带喷、油管漏失等抽油机井使用效果不理想在技术上有待提高。

3.异性增容翻斗量油技术翻斗长期工作可能导致螺栓松动或轴承磨损，出现计量不准、翻斗不翻的现象;在温度低得冬季，原油在翻斗边缘结蜡，改变了翻斗的容积和重心位置。

4.称重计量车量油技术仅适用于低产液单井，不能长时间连续量油，且无法计量产气量。令该装置采用人工方式控制计量罐与井口压力的平衡，不能实现精确控制。

以长庆油田为例，它的工作区域位于鄂尔多斯盆地，横跨陕、甘、宁、内蒙古、晋五省(区)，勘探总面积37万平方公里，经历了40年的开发历程，先后成功开发了36个低渗、特低渗油气田。

工作环境和特点如下:

1.工作区域分散，生产环境艰苦，社会依托条件差。

长庆油田工作区域点多、线长、面广，油气井分布在荒原大漠和黄土高原的边缘地区，员工所处的自然环境很差。

2.油气生产安全环保风险高。

长庆油田石油、天然气生产安全责任大，生产区域大部分分布在生态脆弱区环境和敏感区，那么生产难度大，安全环境风险大。

3.多井低产的现状导致生产运行成本和建设投资控制压力大。

长庆属于典型的低渗、低压、低丰度的"三低"油气藏，隐蔽性、非均质性强，地质条件复杂，单井产量低。面对三低油气多井低产的现实，生产运行成本和建设投资控制压力大。

4.生产设施分散，用工总量控制难度大。

长庆油田公司工作区域分布广泛，生产设施分散，按照原有的人工巡井、井站驻守，用工控制难度大。为了适应长庆油田低成本发展以及提高企业现代化管理水平的要求，保持油田持续、有效、协调的发展，将员工从分散的驻地向生产基地相对集中，改善一线员工生产、生活和条件的条件，开创了生产新局面。长庆油田引进了数字化管理。

为满足油田推广应用数字化智能管理的需求，在此现状下我们需要一款新式计量技术来代替这些计量技术。

GS-GLCC油气分离计量系统的开发应用，实现了单井连续计量和分队连续计量，解决了传统计量方法的间断性和不准确，弥补了目前多相流计量无法测量小流量的技术空白，达到了《油田油气集输设计规范(SY/T0004-98)》规定的单井油气水计量准确度±10%的要求，完善了油井采出液多相流混相输送的工艺技术，实现和吻合了油田数字化改革的需求。

1、计量精度高，混液计量精度达到3%;

2、量程范围宽，实用量程比可达50:1;

3、适用范围广，适用于不同工况、各种介质流型条件下的多相流测量;

4、自动化程度高，装置运行无需人工参与;

5、安全可靠，采用管道设计，去掉了分离器、安全阀等压力器件;

6、体积小，重量轻，结构合理，占地面积小，可实现连续计量;

7、操作简单，运行可靠，使用寿命长，维修、维护工作量小;

8、性价比高，使用成本低;

9、测量液量的同时，可测量密度、温度、含水率，一表多用;

10、采用计算机对计量仪表测量参数进行分析处理，自动生成液、气、水(油)计量曲线和生产报表，为实现油井精细化管理提供科学保障。

长庆油田部分采油厂，将优化生产工艺的基础将数字化与劳动组织架构相结合，利用GS-GLCC油气分离计量系统，实现生产组织方式和劳动组织架构的深刻变革最大限度减轻岗位员工的劳动强度，提高工作效率和安全生产管理水平。优化地面供应模式，通过数字化的管理优化地面供应模式，创造条件使组织设置与生产布局相统一，做到需要指挥的地方有控制。

1.我们在前端生产管理和一些设备，通过一些设备对我们生产过程进行控制。

2.终端以公司层面生产指挥调度，安全环保监控、应急抢险为核心功能的生产运营指挥系统。用远传技术实现了实时计量运行和产量的状况，这样可以对全部的生产设施进行一个监控，实时计量实时查询，还可看以往的计量数据，打印存档。

3计算便捷了我们的安全和生产。以前的人工现场计量到现在的电子远传计量。因为油田的地理环境比较的复杂，我们的生产场地比较多，按照传统的管理的方式每天由人从现场或者是从基地出发到每一个井厂进行一些管理和作业相当艰苦。而通过数字化管理以后，通过引进GS-GLCC油气分离计量系统，可远传系统控制传输，及时在线的将信号传输到生产计量产量的科室，可同时打开5台电脑同时查看并输出打印，纯数据在线详实的记录，可以将以前的比较烦琐的人工劳动变成远程的监控。避免了以往人工大量的劳动，主要以油、水两大系统为主线，分离后计量。

综上所述，经过我们的效果分析，通过数字化的管理，引进GS-GLCC油气分离计量系统，

1. 有利于优化工艺流程、减少管理环节。

2. 有利于劳动组织的模式，可以有效的控制用工总数。

3. 有利于提高劳动效率、降低劳动强度。

4. 有利于控制生产运行成本，井站和，无人值守减少了看护设施等等措施降低了运行成本。

5. 有利于减少布站，节约投资。

6. 有利于提高生产管理效率和安全环保监管水平。

GS-GLCC油气分离计量系统最终实现了生产组织方式的变革，提升了监控的安全的能力，降低了一线劳动工作的强度。

单井采出液量是油田开发的基础数据，是地质分析、开发方案设计的重要依据。随着油田进入高含水开发期，油井计量的难度越来越大，加之生产的精细分析及降本增效的需求，对单井计量技术的要求也在提高，因此单井计量技术的准确性、可靠性已成为重点关注的问题。

4.1 自动连续计量技术

1计量原理:

采用垂直分布设计模式，取代了传统计量间内水平分布设计模式，将自动选井阀组与油气水自动计量装置结合起来，以旋流分离技术为基础，配套计量仪表，进行计量数据的自动采集、处理和传输;同时以电动多通阀为手段，实现计量选井的自动控制。

2优点:

自动化水平高，计量精度高，测量范围宽，现场工况适应性强，可用于实时测量和实时在线监控。

3缺点:

工艺安装过于紧凑，操作空间比较狭窄，不利于工人的日常生产和维护;质量流量计精度易受气泡影响导致误差大;由于带掺水、热洗工艺流程的结垢问题会影响计量的准确度，同时会造成掺水流量计计量二次误差。

4.2 井口功图量油技术

1计量原理:

抽油机在线计量:通过传感器采集油井载荷与位移数据，将地面示功图应用杆柱、液柱和油管三维振动数学模型，同时考虑泵挂深度、杆柱组合、油气比、出砂情况、油品性质等边界条件求解，得到井下泵功图，然后应用泵功图识别技术来计算油井产油量。

电泵井在线计量:通过传感器测试油嘴前后压差，应用混相流节流公式，建立相应数学模型，再用电流数值经行修正，计算出产液量。

螺杆泵在线计量:通过测量螺杆泵电机转速，建立相应的数学模型，配合电流数值修正，计算出产液量。

2优点:

在基础数据准确的情况下不受单井产液量高低的限制，可实现在线连续计量，解决了地面系统简化优化过程中"串、环、树"流程单井计量问题。

3缺点:

对于连抽带喷、油管漏失等抽油机井使用效果不理想在技术上有待提高。

4.3 异性增容翻斗量油技术

1计量原理:

常规翻斗量油装置的密闭容器内安装有两个对称的翻斗，工作时，单井来油从进口进入容器上室，然后溢流至下室翻斗，油量达到翻斗标定重量时，翻斗翻转卸油;同时另一个翻斗再进油，油量达到翻斗标定重量时，翻斗翻转卸油，第一个翻斗再进油，在翻转，如此反复工作。通过电子计数器记录翻斗翻转次数，即可折算出单位时间内单井产量。

常规翻斗盛液量较少，使用时翻转频率高，撞击次数多，长期使用磨损严重，且不适应产量较高的油井使用，为此采油三厂研制了异性增容翻斗量油装置，它通过采用异性设计增加了翻斗容量，减少了可动件的磨损程度;借鉴旋流原理，提高了气液分离效果;采用减震设计提高了翻斗使用寿命;应用磁传导设计思路为翻斗翻转计数，解决了翻斗一般性卡翻问题。

2优点:

体积小，流程简单，方便管理，投资少，可实现在线连续计量，能够很好地解决泵况不正常、气液比高的油井计量困难问题。

3缺点:

翻斗长期工作可能导致螺栓松动或轴承磨损，出现计量不准、翻斗不翻的现象;在温度低得冬季，原油在翻斗边缘结蜡，改变了翻斗的容积和重心位置。

4.4 称重计量车量油技术

1计量原理:

用计量车将称重罐串入生产管线中，先利用套管气对称重罐充压，当压力与生产管线压力平衡后，油井的气液进入容器罐，液体滞留于容器下部，天然气则通过罐出口管线进入生产管线，实现了气体无外排。电子地秤时时显示称重罐的进液量，通过计量单位时间段的称重差，即可折算出油井的日产液量。计量结束，通过管套气对计量装置的流程扫线，将容器罐和连接管线的液体压入生产管线。该计量流程是在不改变油井生产状态下进行油井产液的称重计量，液内含气不影响称重结果，容器内壁沾油也不影响称重计量准确度。

2优点:

应用灵活，适合于单井产量较低、油井分散及距离较远的油井使用;

产液量计量精度相对较高，流程简单，环境适应能力强，长期工作温度性好;

采用快拔式接头，计量结束后将原油再打回到管汇流程中，操作过程无油污泄露，不污染井厂。

3缺点:

仅适用于低产液单井，不能长时间连续量油，且无法计量产气量。令该装置采用人工方式控制计量罐与井口压力的平衡，不能实现精确控制。

4.5 GS-GLCC油气分离计量系统

1计量原理:

该系统由柱状旋流分离器，自力式气液分离控制器，液、气、水单相计量仪表等部分等构成。

分离:油井来液(多相流)进入旋流分离器，在离心力、重力和浮力的作用下，形成一个倒圆锥形涡流场，密度大的液相沿垂直管管壁流到分离器下部，密度小的气相沿漩涡的中央上升至分离器顶部，最终气相和液相流体分别从分离器顶部和底部排出。分离后的液相和气相由自力式气液分离控制器根据流量、压力等参数进行控制，保证分离器的稳定工作，实现气液两相充分分离且不会出现二次混合。

计量:分离后的气相和液相通过单相流计量仪表计量，其中液相的油水混合物经由质量流量计进行计量，而质量流量计又以其特殊的原理可通过输入现场纯水和纯油的密度来进行计算得出流过的纯水量和纯油量，实现对油井产油的单量功能。另外该装置还可根据由计算机对测量参数进行分析处理，自动生成液、气、水(油)瞬时参数曲线，生产日报等，也可根据用户需要实现计量参数的远程监测。

2优点:

计量精度高，混液计量精度达到3%;量程范围宽，实用量程比可达50:1;适用范围广，适用于不同工况、各种介质流型条件下无需人工参与;安全可靠，采用管道设计，去掉了分离器、安全阀等压力器件;体积小，重量轻，结构合理，占地面积小，可实现连续计量;操作简单，运行可靠，使用寿命长，维修、维护工作量小;性价比高，使用成本低;测量液量的同时，可测量密度、温度、含水率，一表多用;采用计算机对计量仪表测量参数进行分析处理，自动生成液、气、水(油)计量曲线和生产报表，为实现油井精细化管理提供科学保障。