含水原油动态自动计量系统研究与应用

贾炜镔

（华北油田公司 第三采油厂，河北 河间市 062450）

0 引言

针对华北油田开发进入后期，油田生产设施老化、工艺落后、原油处理能力过剩的现状，油田公司提出了实施整合与流程再造工程，配套“适用、实用、够用”的数字化建设，实现老油田站场布局重构、工艺流程再造、管理模式重组，地面工程系统整体瘦身、升级、提效的构想，将冀中油区按照一个功能单元配置地面系统，实施低含水油输送、末端集中处理，实现油气田开发生产与计量、处理、销售功能分离，由厂际商品标准原油交接调整为含水20%原油计量交接，建立含水油计量交接标准体系，任一联为冀中南部油田末端处理站，行使原油集中处理功能，原油质量达到商品原油标准，上游沿线联合站降级为转油放水站，原油中水含量处理至20%，实现华北油田地面系统整体瘦身、升级、提效目的。

商品原油动态计量通过在交接计量站配备的流量计、温度仪表、压力仪表、密度计、含水测量仪表测量原油动态计量的基础数据，把这些基础数据按照一定的计算方法进行计算，最终计算出原油动态计量的数量。原油动态计量油量计算的方法，通常执行GB/T 9109.5—2017《石油和液体石油产品动态计量第5 部分：油量计算》。GB/T 9109.5应用范围适用于单项油品的动态计量，对于含水20%的原油，由于水与原油的标准密度、压缩系数、体积温度修正系数等不同，所以含水原油不能完全按照GB/T 9109.5 的方法进行计算，需要研究一套依法合规、公平公正、计量准确、操作简便的适于用含水原油油量自动计算的方法。

1 现行商品原油管道连续动态计量方式

依据GB/T 9109.5-2017《石油和液体石油产品动态计量第5 部分：油量计算》原油长输管道连续动态计量方式可分为3 种[1]：

1）以体积计量的流量计配玻璃密度浮计。

2）以体积计量的流量计配在线密度计，通常配备流量计算机。

3）直接显示质量计量结果的质量流量计。

1.1 流量计配玻璃密度浮计

目前，国内原油交接计量普遍采用的油量计算方法是：

或者：

其中：

mnw：空气中净油重量（质量），吨。

Vt：计量温度、压力下流量计计量的指示体积，Vt=Vt2-Vt1，m3。

Vt1：计量时间段起点时刻流量计读数，m3。

Vt2：计量时间段终点时刻流量计读数，m3。

MF：流量计系数，采用基本误差法，则MF=1.0000，（华北油田目前主要采用）； 采用流量计系数法，根据计量时间段内平均流量对应的流量计系数表查询，通过检定得到MF。不进行流量计系数修正，0.2 级流量计最大允许误差±0.2%。

ρ20：油品标准密度。

Fa：空气浮力修正系数，将油品在真空中质量换算到空气中重量的换算系数，查GB/T9109.5 附录E。

（ρ20-1.1）：重量换算系数，将油品标准体积直接换算到空气中重量的换算系数。

Cti：原油体积修正系数，由计量温度t、标准密度值ρ20，查GB/T1885《石油计量表》，得到油品体积修正系数Cti。

Cpi：压力修正系数。

Csw：油品质量含水修正系数，Csw= 1 - SW。

SW：质量含水率。

1.2 体积计量的流量计配在线密度计，通常配备流量计算机

油量计算公式：

其中：

mnw：空气中净油重量（质量），吨。

mg：流量计算机、质量仪表累积的油品指示质量，吨；mg=Vt×ρ20×Cti×Cpi，显然这种计量方式，自动测量标准密度，自动对由温度、压力引起的原油体积进行了修正。

1.3 直接显示质量计量结果的质量流量计

油量计算公式：

其中：

mnw：空气中净油重量（质量），吨。

mg：质量流量计指示质量，吨。

2 GB9109.5中原油动态计量油量自动计算方法

2.1 GB9109.5中第三种方法，“直接显示质量计量结果的质量流量计”不适合华北油田原油情况

1）质量流量计虽然可直接测量油品质量流量，但不适合含蜡原油，这也是质量流量计在国内各油田不能普遍推广应用的主要原因之一，而华北油田原油恰恰属于含蜡原油。

2）质量流量计安装条件比较苛刻，需要采取措施防止外力和应力通过连接管道作用于流量计上，传感器对由安装管线引起的轴向、径向和扭转应力较为敏感。

3）对于质量流量计特定频率的外部振动会引入测量误差，安装传感器时，需要尽量远离振动源。由于质量流量是通过测量流体作用在振动管上的科里奥利力获得的，因而安装在流量计附近的振动源产生的振动频率会影响流量计的准确度，尤其当振动源产生的振动频率接近流量计传感器振动频率时，会严重影响流量计的准确度。

4）多台流量计邻近安装，可能会由于机械耦合而产生干扰（这种干扰通常称之为“串扰”）。串扰的结果是因振动能量传给邻近的流量计，而产生计量误差。

2.2 GB9109.5中第二种方法，“以体积计量的流量计配在线密度计，通常配备流量计算机”这种配置方式不能实现全自动的计量方式，华北油田含水原油动态计量油量自动计算方法不完全采用这种方式，有限地借鉴这一方法

表1 现场计量仪表配置精度Table 1 Field measurement instrument configuration accuracy

1）这种计量方式仍然需要人工测量原油中的水含量，含水率数据需要人工输入计算机。

2）在线密度计测出的含水20%原油密度与纯油密度有较大误差，在线密度计测量商品原油的视密度是比较准确的。因为商品原油含水率很小，对油品的总体视密度影响很小；对于含水率20%的原油来说，在线密度计直接测出的视密度是混合液的视密度，比纯油密度高，以纯油视密度860.0kg/m3为例，相同温度下含水率20%原油的视密度约为888.0kg/m3。因此，该项必须在软件中首先修正为纯油视密度，才能再换算为标准密度。否则，仅此一项造成的计量误差可达到+3.26%。

3）借鉴采用“以体积计量的流量计配在线密度计，通常配备流量计算机”中的流量计算机及油量计算软件。

3 含水20%原油动态自动计量系统

3.1 含水原油动态自动计量系统组成

含水原油动态自动计量系统由3 部分组成：现场计量参数采集、处理系统（PLC）；原油动态交接计量油量自动计算系统；含水原油动态交接计量发布平台。

3.2 现场计量参数采集、处理系统（PLC）

现场计量参数采集、处理系统负责将现场流量、温度、压力、原油视密度、原油含水率等参数采集到PLC 中，为含水原油动态自动计量系统提供现场参数和原油交接基础数据。

流量计、温度变送器、压力变送器、含水分析仪、在线密度测定仪的配置，按照GB/T 9109.5-2017《石油和液体石油产品动态计量 第5 部分：油量计算》要求精度配置，见表1。

3.3 原油动态交接计量油量自动计算系统

1）结合华北油田实际，实现含水原油全自动计量方法，主要借鉴 “以体积计量的流量计配在线密度计，通常配备流量计算机”方式，利用现有容积式流量计，配备温度变送器、压力变送器、在线含水分析仪、在线密度计计量方式，各参数由人工测量改造为自动测量，完善各测量参数的采集系统，开发自动计算的油量计算软件，实现含水原油全自动计量的油量计算方法。即采用公式（1）：mnw=Vt×MF×ρ20×Fa×Cti×Cpi×Csw或者公式（2）：mnw=Vt×MF×（ρ20-0.0011）×Cti×Cpi×Csw进行总体设计。

2）现有的容积式流量计测量原油体积流量是准确的，配套光电脉冲发讯器，把积算的流量数据传输至计算机软件系统。

3）流量计系数MF 的确定

根据GB/T 9109.5 的规定，油品动态计量分为基本误差法和流量计系数法两类，也就是国家标准允许采用流量计基本误差法进行油量计算。流量计运行期间，其误差在允许的基本误差±0.20%限内，则流量计系数MF 视同为1.0000，不对流量计示值误差进行修正。

4）标准密度ρ20的测量

含水20%原油交接，安装在线密度计，在线密度计测定的含水油视密度与在线含水分析仪测定的含水率进行推算，计算出纯原油视密度，将GB/T1885 中原油标准密度表的数据置入计算软件中，把计算的纯原油视密度换算成标准密度。

5）空气浮力修正系数Fa 查GB/T9109.5 附录E 确定或者用（ρ20-0.0011）重量换算系数修正[3]。

6）原油体积修正系数Cti确定。

a）安装温度变送器，将测定温度值以及上述标准密度采集至油量计算软件中，将GB/T1885 中表60A 原油体积修正系数表的数据全部置入计算软件中，换算出Cti的值[4]。

b）采用体积温度修正公式（5），计量确认后使用，直接编入油量计算软件。

其中：

Vt：计量温度、压力下流量计计量的指示体积，Vt= Vt2- Vt1，m3。

V20：油品在20℃下体积，m3。

t：原油计量时温度，℃。

β：原油体积温度系数，见表2。

7）压力修正系数Cpi确定

压力修正系数Cpi确定按照公式（6）计算。

其中：

P：输油压力，kPa。

Pe：原油饱和蒸气压，当计量温度下的饱和蒸气压不大于101.325kPa 时，Pe取0。

F：烃压缩系数，按GB/T9109.5 附录B 计算，或者查附录C。

表2 原油体积温度系数Table 2 Crude volume temperature coefficient

8）油品质量含水修正系数Csw。

其中：

SW：质量含水率。

4 含水原油动态交接计量发布平台

含水原油动态交接计量发布平台包括如下功能：

交接原油工艺流程展示，在工艺流程图中显示实时工况体积流量、温度、压力、含水率、原油视密度等参数；曲线展示；报表查询和打印；历史数据查询；参数设置及校准；数据入库，从PLC 获取工况体积流量、原油交接量、温度、压力、含水率、原油视密度等数据保存到数据库；用户管理、权限管理等。

5 应用效果

含水原油动态自动计量系统研究与应用，主要依据了原油动态计量的相关标准，做到了依法合规、公平公正、计量准确、操作简便的目的，是一种适于用含水原油油量自动计算的有效方法，通过在华北油田第三采油厂8 个原油交接计量站点一年多的应用，取得很好的效果，既实现了油田公司提出的“实施整体功能整合与流程再造、适用、实用、够用”的数字化建设目标，同时也避免了原油交接计量纠纷的发生。