摘 要：为了提高油田计量的准确性，冀东油田从20世纪80年代开始先后使用了速度式流量计、容积式流量计和HK-CMF科里奥利力质量流量计（以下简称质量流量计）。经过多年对流量计的使用，我们积累了一些实际应用的经验。本文将对HKC质量流量计在冀东油田G43-23转油站生产中的应用作重点阐述。

关键字：HK-CMF质量流量计 转油站 计量双向测量等特点

    一、HK-CMF质量流量计的组成和工作原理

    HK-CMF质量流量计是一种八十年代在国际上出现的高新技术产品。该流量计具有其它体积型流量计不具备的优点：在一定条件下，它不受温度、压力、粘度、密度的影响。因此，应用范围很广。

    （一）HK-CMF质量流量计的基本组成

    HK-CMF质量流量计是由质量流量传感器和质量流量变送器组成。如图1所示：

图1 HKC质量流量计组成

    传感器部分的左、右检测器拾取的信号输入到变送器中用于实现时间差的测量；激励器用来激励振动管使之产生角振动；温度传感器用来测量介质的温度以补偿流管弹性模量的温度变化。流量计变送器主要是对来自上述各部份的信号进行计算处理，准确地实现质量流量的测量。

    （二）测量原理

    如图2所示，截取一根支管，流体在其内以速度V从A流向B，将此管置于以角速度ω旋转的系统中。设旋转轴为X，与管的交点为O，由于管内流体质点在轴向以速度V、在径向以角速度ω运动，此时流体质点受到一个切向力Fc。这个力作用在测量管上，在O点两边方向相反，大小相同，为：δFc ＝ 2ωVδm

图2 HKC质量流量计测量原理图

    当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度V流动时，任何一段长度Δx的管道将受到一个切向科里奥利力：

ΔFc：ΔFc=2ωVρAΔx （1）

    式中，A—管道的流通截面积。由于存在关系式：mq=ρVA

所以： ΔFc =2ωqmΔx （2）

    因此，直接或间接测量在旋转管中流动流体的科里奥利力就可以测得质量流量。

   二、HK-CMF质量流量计在转油站中的具体应用

    在油田生产中转油站是油田的重要组成部分，通常情况下计量站的混合液和天然气都首先输送到转油站，经转油站处理后再输送到联合站。转油站担负着油、气、水的三相分离，原油加热、输送和油、气计量等工作。随着油田产液量的不断增加，原油含水的持续上升，转油站的作用也日益重要起来。

    目前油田对原油的计量大多采用分离器、含水分析仪、温度计、液位计、压变等仪表配合使用。在实际操作中要将分离器测得体积量转化成质量，这不仅要考虑到仪表本身的精度，还要考虑温度、压力等参数的影响以及操作带来的偏差。在转油站安装质量流量计后，用于各个计量站原油的外输计量和含水分析。通过质量流量计对原油的流量、密度进行测量，然后用密度法算出含水率，进而得出纯油量。质量流量计在我油田的应用效果以G43-23转油站质量流量计的计量情况为实例，详细分析如下：

    表1反应出了HK-CMF质量流量计与各计量站分离器的液量计量结果对比，从该对比结果可以看出质量流量计与分离器液量计量结果之间的误差都在3%之内，小于油田企业原油计量的误差标准。并且在图3中也可以明显地看出计量结果趋势的一致性。

表1 含水原油HKC质量流量计和计量间分离罐计量对比

测量批次	HKC质量流量计测液量（方）	计量间分离罐测总液量（方）	计量偏差	误差率（%）
1	1526.7	1498.7	-28.0	1.87
2	1494.5	1496.8	2.3	0.15
3	1495.9	1540.9	45.0	2.92
4	1463.2	1428.8	-34.4	2.40
5	1298.4	1332.7	34.3	2.57
6	1176.0	1183.5	7.5	0.63
7	1204.8	1220.0	15.2	1.25
8	1225.0	1251.2	26.2	2.10
9	1240.1	1222.0	-18.1	1.48
10	1357.0	1381.6	24.6	1.78
11	1384.8	1372.8	-12.0	0.87
12	1372.8	1356.0	-16.8	1.24
13	1392.0	1357.2	-34.8	2.56
14	1216.6	1242.9	26.3	2.12
15	1609.6	1580.2	-29.4	1.86
16	1459.2	1472.8	13.6	0.93
17	1515.9	1543.2	27.3	1.77
18	1272.0	1245.7	-26.3	2.11

图3 液量测量对比趋势图

    表2是质量流量计与计量间的含水分析仪测量原油含水率的对比结果，从对比结果表可以看出质量流量计与各个计量间分离器、含水分析仪计量结果之间有一定差异，最大误差达到了5.89%。该差异的形成主要由人为因素和引入的密度存在误差造成。但是从图4含水对比趋势图上可以看出含水测量的走向大体相同。

表2 原油质量流量计含水率和计量间含水分析系统对比

测量批次	HKC质量流量计测液量（方）	计量间分离罐测总液量（方）	计量偏差	误差率（%）
1	83.10%	84.62%	1.52	1.8
2	78.64%	75.89%	-2.75	3.62
3	82.91%	84.87%	1.96	2.3
4	83.84%	83.30%	-0.54	0.65
5	85.32%	84.06%	-2.26	2.72
6	85.40%	83.18%	-2.22	2.67
7	80.94%	82.17%	1.23	1.5
8	81.70%	84.74%	3.04	3.59
9	84.90%	84.79%	-0.11	0.13
10	89.68%	89.34%	-0.34	0.38
11	87.76%	88.53%	0.77	0.87
12	83.00%	88.19%	5.19	5.89
13	83.27%	85.42%	2.15	2.52
14	83.03%	83.65%	0.62	0.74
15	87.25%	88.77%	1.52	1.71
16	83.84%	83.30%	0.54	0.65
17	86.82%	87.62%	0.8	0.91
18	86.40%	87.48%	1.08	1.23

图4 含水测量对比趋势图

    在转油站中的待测介质较为稳定，所以质量流量计在外输交接计量的使用中比较稳定，问题很少。一般表现为含水测量不准，密度误差大，但是经过我们与厂家的共同努力和大量现场实测数据的分析表明：含水测量的误差主要是由我们输入的标准状况下油和水的密度值不能准确反映真实状况下的纯油和矿化水的真实密度造成，而密度误差是因为安装不符合规则引起的。

    三、HK-CMF质量流量计在转油站应用中的局限性和处理方案

    （一）HK-CMF质量流量计的基本组成

    液体中的含气量不但会影响到流量测量的精度，而且也会影响密度的测量和含水率的推算。大量的有关资料表明：当油水混合液中含有的游离气体积比不超过15%时，流量计可以正常稳定的工作；当含气量小于5%时，流量计量精度几乎不受影响； 当含气量约为l0%时，流量测量误差小于3%。在转油站计量过程中，由于油井产出的混合液经过三相分离器后部分气体被分离出去，所以气体对液量测量影响很小。但这样也难以保证液体中不含有气体，所以通过一定的技术手段提高分离器的分离效果，并且在经过流量计之前尽可能的将混合液中的气体分离出去，才能保证流量计量的准确性。

    （二）水和纯油密度对含水率的影响

    在实际测量混合物的含水率时我们发现，即使是同一个计量站的几口油井，它们各自的纯油和矿化水的密度都有所不同，而且同一口井的这两个参数在不同时期也存在着差异，而且转油站计量汇集了若干油井的混合液，所以在含水率计算时引入的油、水密度的值就必须结合油品情况并进行大量的试验。影响含水率计算的另一个主要因素是我们输入的纯油密度是在常温常压下在化验室得到的，而含水率的计算公式中引入的纯油密度是在分离器即时压力和温度下含有溶解气的饱和原油密度，所以在取样化验时可以采用带压取样的方式，减少引入密度值造成的测量误差。

    （三）HK-CMF质量流量计零点不稳定的处理

    HK-CMF质量流量计对外界振动干扰较为敏感，强加的外界振动会引起仪表的流量计量零点发生变化，造成流量计量的测量误差增大，严重时将导致流量计无法正常测量，许多型号仪表只得采用将总误差分为基本误差和零点不稳定度量两部分。另外，外界振动和应力也会影响传感器的谐振频率，引起密度测量的误差。所以流量计的安装一定要参阅流量计安装说明书，尽量做到无应力安装，对于大口径流量计要在传感器两端加装支撑，小口径流量计可以采用连接软管和支撑来减小振动对流量计计量的影响。

    四、小结

    从对HK-CMF质量流量计在我转油站的应用研究中可以看出，HKC质量流量计在原油的HK-CMF量和含水测量方面的准确率是很高的，而且省去了人工测量含水的步骤。比起传统的体积流量计量方法和间接式质量流量计计量方法，质量流量计的精度也有所提高，是计量领域的一大进步。