油(you)田污水回注是合(hé)理開發和利用水(shuǐ)資源、節能環保的(de)有效途徑。污水回(huí)注量是否合适關(guān)系到地層結構的(de)優化，油層壓力的(de)恢複和保持，直接(jiē)影響油田采收率(lǜ)，因此 污水流量計(ji) 的準确性十分重(zhong)要。油田現場污水(shuǐ)流量計拆卸較困(kun)難，往往又沒有備(bèi)用流量計，因此現(xian)場通常采用超聲(shēng)波流量計 在線校(xiao)準法。近幾年随着(zhe)油田對污水計量(liàng)的重視，超聲波流(liu)量計現場校準方(fāng)法得到了廣泛應(ying)用，同時也暴露了(le)該流量計準确性(xing)不高的問題。本文(wén)結合超聲波流量(liàng)計原理和現場應(yīng)用經驗，通過現場(chang)試驗和數據分析(xī)對超聲流量計在(zài)污水流量計校準(zhun)中的适應性進行(hang)了讨論。
1 超聲波流(liú)量計原理 超聲流(liú)量計在污水流量(liàng)計校準中适應性(xìng)的讨論
常用的超(chao)聲波流量計有2種(zhǒng)原理：時差法和多(duo)普勒法。
1.1 時差法原(yuan)理
   超聲波信号在(zài)流體中，順流時信(xin)号傳播速度快，傳(chuán)播時間短；逆流時(shí)信号傳播速度慢(man)，傳播時間長，利用(yòng)超聲波信号在流(liú)體中順逆流方向(xiàng)聲波信号傳播時(shí)間存在差值，即時(shí)差，可以計算出流(liú)體流量。時差法較(jiao)适于測量純淨液(ye)體，有較多氣泡的(de)液體或懸浮物會(hui)阻礙聲脈沖正常(chang)傳播，導緻不能正(zhèng)常測量。
1.2 多普勒法(fǎ)原理
   超聲波信号(hào)在傳播路徑上遇(yu)到微小浮遊物（懸(xuan)浮物質或微小氣(qi)泡）而被散射，超聲(sheng)接收器能夠接收(shōu)散射後的超聲波(bō)信号。發射信号頻(pín)率受多普勒效應(yīng)的影響後變爲不(bu)同的接收信号頻(pín)率，2個頻率之差與(yu)流體流速有确定(ding)的數量關系，由此(ci)可以計算出流體(ti)流量。多普勒法流(liu)量計不能測量清(qing)潔的流體，僅能測(ce)量約50mg/L以上濁度的(de)流體。同時多普勒(le)法測量精度低于(yú)時差法，一般爲2.0級(ji)，即2%滿量程誤差（2%F.S.）。
2 超(chāo)聲波流量計使用(yong)注意事項
   近幾年(nian)，随着超聲波流量(liang)計在污水流量計(ji)在線校準中的應(yīng)用越來越普遍，流(liu)量計準确性不高(gao)的問題也逐漸暴(bào)露出來，原因主要(yao)是操作不規範和(he)流量計自身問題(ti)。
2.1 操作不規範
   管道(dào)方面，技術人員經(jing)常不按照标準操(cao)作規程進行操作(zuò)，例如未準确測量(liang)管道外徑、周長、壁(bi)厚、接觸溫度等，這(zhè)些參數都會對超(chāo)聲流量計的原始(shǐ)數據修正産生重(zhòng)要影響。
   安裝方式(shì)方面，技術人員經(jīng)常不按照管道大(dà)小和信号強度選(xuan)擇安裝方式，往往(wang)選擇流量計的默(mò)認雙聲程模式。正(zhèng)确的安裝方式爲(wei)：在大管道和複雜(zá)環境中應采用單(dan)聲程；在小管道和(he)信号特強的情況(kuang)下選擇多聲程。
   安(an)裝位置方面，技術(shu)人員往往随意放(fàng)置超聲探頭，且不(bú)确認管道污水是(shì)否滿管這一重要(yào)的測量條件。正确(què)的安裝位置爲：應(ying)選擇管道的水平(ping)中間位置放置探(tàn)頭；隻有在管道滿(mǎn)管的條件下才能(neng)進行準确測量，流(liu)體向上流的垂直(zhí)管道能保證滿管(guǎn)流。
   除此以外，現場(chǎng)的管道内襯的種(zhong)類和厚度等重要(yao)參數往往很難獲(huò)得，這些也嚴重影(ying)響了流量計的準(zhun)确性。
2.2 超聲波流量(liàng)計自身問題
   首先(xiān)是時差法和多普(pǔ)勒法流量計的選(xuǎn)用。時差法流量計(jì)适用于純淨液體(ti)的計量，準确度優(yōu)于±1.0%；多普勒法流量(liang)計适用于濁度50mg/L以(yi)上的流體。因此，2種(zhǒng)原理的流量計在(zài)污水流量計校準(zhǔn)時的選用非常重(zhòng)要。一般情況下，管(guan)道中污水較幹淨(jìng)時，可選用時差法(fǎ)；當污水較渾濁時(shi)，應選用多普勒法(fa)。但是污水幹淨還(hai)是渾濁在現場很(hěn)難被定量界定，因(yīn)此選用這2種原理(lǐ)的流量計沒有通(tong)用方法可遵循，導(dǎo)緻流量計自身計(ji)量不準确，更談不(bú)上校準污水流量(liàng)計了。
   其次超聲波(bō)接收也存在缺陷(xiàn)。超聲波由于是通(tong)過在管道中發射(shè)和接收超聲信号(hao)來測量流體流量(liang)的，所以管道材質(zhì)對超聲的折射、流(liú)體中雜質對超聲(shēng)的反射和散射、流(liu)體中随機存在的(de)氣泡和雜質的含(hán)量高低都會對測(cè)量産生不穩定的(de)影響。油田污水中(zhong)含有不少的原油(yóu)、砂礫、氣泡、化學藥(yào)劑等，管道内環境(jìng)十分複雜和多變(biàn)，嚴重影響了測量(liàng)的精度。
   針對超聲(shēng)波流量計在污水(shuǐ)流量計在線校準(zhun)中準确性不高的(de)問題。在近一年的(de)的時間裏，使用26台(tái)檢定合格的污水(shuǐ)流量計作爲參考(kǎo)流量計，對4台超聲(shēng)波流量計進行了(le)現場在線校準，通(tōng)過大量的試驗和(hé)數據分析，讨論超(chāo)聲波流量計在污(wū)水流量計校準中(zhong)的作用。
3.1 流量計的(de)選擇
   爲了使試驗(yan)具有代表性， 便攜(xié)式超聲波流量計(jì) 選用某國外知名(míng)廠商的時差式A型(xing)、多普勒B型，國内知(zhi)名廠商的時差式(shì)C型、多普勒D型各1台(tai)，均檢定合格且在(zài)檢定周期内。26台污(wū)水流量計爲檢定(ding)合格後第1次使用(yong)的，且在檢定周期(qī)内。
3.2 試驗注意事項(xiang)
   本試驗嚴格遵循(xun)超聲波流量計附(fu)帶的使用說明及(ji)本文中第3章提到(dao)的注意事項。試驗(yan)中流量計安裝的(de)管道的直管段符(fu)合“前十後五”的規(gui)定。試驗中所選安(ān)裝流量計的管道(dao)爲近1年内的新管(guan)道，盡量避免因管(guan)道内壁腐蝕導緻(zhi)超聲信号接收質(zhì)量不高的問題。
3.3 試(shi)驗内容
   首先将污(wu)水流量計分别安(ān)裝到污水管線中(zhong)，然後将污水流量(liàng)計作爲參考流量(liàng)計與便攜式超聲(sheng)波流量計進行數(shù)據比對，比對内容(róng)爲60min内的累積流量(liang)。
爲了分析時差法(fa)和多普勒法流量(liang)計在不同渾濁程(chéng)度的污水中的計(jì)量準确性，試驗中(zhōng)在數據比對的同(tóng)時進行同管道的(de)污水采樣，采樣周(zhou)期爲5min，試驗結束後(hòu)将12次水樣放入樣(yang)品桶後攪拌均勻(yún)，由光學濁度計測(ce)試污水濁度，本試(shi)驗設定濁度小于(yú)50mg/L的爲一般水質；濁(zhuó)度≥50mg/L的爲較差水質(zhi)。
   試驗數據見表1，其(qi)中流量表示污水(shui)流量計60min内的累計(ji)流量；A、B、C、D分别爲4個型(xing)号的超聲波流量(liang)計在60min内的累計流(liu)量；排名爲與同一(yi)台污水流量計比(bǐ)對的4台超聲波流(liu)量計的誤差按從(cong)小到大的順序。
表(biǎo)1中，“——”表示超聲波流(liu)量計因接收信号(hao)差而不顯示累計(jì)流量，誤差>20%的超聲(shēng)波流量計累計流(liú)量表示因接收信(xìn)号質量差導緻的(de)儀器測量錯誤。對(duì)表1中的數據進行(háng)分類處理，以便得(de)到一般和較差水(shuǐ)質2種情況時4台流(liú)量計的誤差統計(ji)。表2和表3分别爲爲(wei)一般和較差水質(zhì)時的流量計誤差(chà)統計。
表1 超聲流量(liàng)計與污水流量計(jì)試驗比對數據

   從(cong)表2和表3發現，試驗(yàn)中水質一般（濁度(dù)<50mg/L）的情況下，時差法(fa)流量計的有效數(shu)據（誤差<20%）爲13個，占總(zong)試驗數據（32個）的40.63%；不(bú)顯示的情況有4個(ge)，占總試驗數據（32個(gè)）12.5%的。水質較差（濁度(du)≥50mg/L）的情況下，多普勒(lè)法流量計的有效(xiào)數據（誤差<20%）爲4個，占(zhàn)總試驗數據（32個）的(de)12.5%；該類型流量計不(bú)存在不顯示的情(qing)況。
當管徑較大時(shí)（流速>300m3/h），在2種水質情(qing)況下，流量計僅有(yǒu)1次有效測得數據(ju)，占此情況下實驗(yan)數據（20個）的5%。
同時，表(biao)2和表3也驗證了時(shi)差法流量計僅适(shì)合測量較純淨的(de)流體，而多普勒法(fǎ)流量計僅适合測(ce)量渾濁（濁度≥50mg/L）的流(liu)體。
表2 一般水質時(shi)流量計誤差統計(ji)

表3 較差水質時流(liu)量計誤差統計

3.4 試(shì)驗結論及建議
通(tong)過本試驗的數據(jù)分析，得出結論：
1）2種(zhǒng)原理的超聲波流(liu)量計均不适用于(yú)在線校準污水流(liú)量計。因管線中情(qíng)況複雜，雜質和氣(qi)泡儀表在流量計(ji)測量區域内随機(ji)出現，時差法流量(liàng)計在一般水質中(zhōng)的有效數據（誤差(chà)<20%）僅占40.63%，多普勒法流(liu)量計在較差水質(zhi)中的的有效數據(jù)（誤差<20%）僅占12.5%，遠遠低(dī)于國家标準。
2）大管(guan)徑污水管線因流(liu)體複雜不适合采(cai)用非接觸式流量(liang)計測量。大管徑中(zhōng)污水分層流動，且(qiě)雜質和氣泡在儀(yi)表測量區域内随(suí)機出現，明顯增大(dà)了測量誤差的概(gai)率。
   建議油田的污(wū)水流量計在條件(jian)允許的情況下還(hai)是需要送到實驗(yàn)室進行檢定。

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