基于活动洗井车的油田注水井流量计标定技术

张晓明 刘林 姚锴 姜明玉 麻宇杰 赵振兴

1长庆油田分公司第八采油厂

2青海油田公司勘探开发研究院

注水开发是国内油田的一种主要开发方式[1]。为了注够水，注好水，确保油田长期稳产，注水量精确计量尤为重要。而在注水过程中注水井流量计常常受高压注水冲刷磨损、注入水腐蚀和结垢，部件变形等因素影响，使用一段时间后计量精确度会下降，因此需要定期进行校准，以满足注水量精确计量的需要。目前各油田注水井流量计常用的校准技术有固定式校正和便携式校正两种。固定式校准技术一般采用实验室标准装置对流量计进行校准，需建设专门标定实验室和平台；便携式校准技术采用标准罐容积式比对装置、标准表在线比对装置、超声波流量计比对等方式进行标定[2-4]，标定方式灵活。这些技术的应用虽有效解决了油田注水井流量计的精确计量需要，但是无论固定式校正还是便携式校正技术，均需要专门的装置以及专业的人员进行操作，给油田注水流量计高频标定和降本增效带来了很大的技术和成本压力。为了解决这个问题，长庆油田试验成功了活动洗井车在线流量计标定技术，即在注水井常规洗井过程中，增加注水井流量计标定环节，这样既不影响注水井洗井作业，又解决了专业流量计校准设备带来的成本和技术压力，同时也不增加洗井作业成本，取得了较好的经济和技术效益。

1 传统注水井流量计标定技术

1.1 固定式标定

固定式标定装置采用的专门实验室标定平台见图1。标定时，需停注水井，拆卸流量计后运至实验室离线标定。该技术标定可选排量多，标定精确；但存在标定周期过长，实验室无法模拟现场压力、水质等注水环境，流量计频繁拆卸造成损坏等缺点。

图1 固定式标定平台及结构示意图Fig.1 Fixed calibration platform and structure diagram

1.2 便携式在线校准

1.2.1 标准罐容积式比对装置

标准罐容积式对比法是利用标准体积罐与注水井流量计相连，比对单位时间内通过被校准流量计的体积量和该单位时间内进入标准体积罐的体积量完成标定。该技术需制作专门的标准体积罐（图2），标定灵活便携，但运行维护成本高，无法满足高排量注水流量计标定需要。

图2 标准罐容积式在线比对装置Fig.2 Standard tank volumetric on-line comparison device

1.2.2 标准表在线比对装置

标准表在线标定技术原理是利用标准流量计与被标流量计串联在同一管径的管线上，在注水稳定的情况下，认为任何时刻流过2台流量计的质量流量是相等的。在注水现场一般需对配水间流程进行改造，安装高精度标准表；亦可采用移动式注水流量计在线比对装置[5]（图3）。标准表标定技术可靠，准确度高，但受注水流程改造限制，无法满足现场大面积推广需要。

图3 移动式标准表在线比对装置Fig.3 Mobile standard meter on-line comparison device

1.2.3 超声波流量计在线比对技术

超声波流量计是通过超声波在管道中传播时间原理而设计的。声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增加，逆流方向传播速度则会减小，同一传播距离会有不同的传播时间[6]。流量计标定时选择一个合适的测量点，把测量点处的管线参数输入到超声波流量计，然后把传感器固定在管道上进行测量。根据超声波流量计测量的流速计算出流量，用注水井流量计显示的流量与超声波测试计算的流量进行比对，实现注水流量计的在线标定。超声波流量计标定技术精确度高，但标定设备昂贵，需专业人员操作，现场推广难度大。

2 活动洗井车流量计标定技术

2.1 洗井作业

注水井洗井的目的是把井筒内的腐蚀物、杂质等冲洗出来，避免其随注入水进入油层，造成堵塞，影响正常注水，是油田注水管理的一项常规工作。目前长庆油田各单位均采用活动洗井车洗井[7-10]，洗井周期为采出水回注井、分注井每季度一次，清水和注水井每半年一次。

现场常用活动洗井车洗井装置一般由多级减压阀、旋流除砂器、气浮沉降箱、三级纤维球过滤器、储水罐、柱塞泵等部件组成[11]。洗井时，连接活动洗井车洗井流程，打开返出口闸门，注水井套管返出水经过减压阀，待压力降至1 MPa后进入过滤罐过滤，接着进入储水罐蓄水。当储水罐液面达到柱塞泵吸入压力时，洗井车动力系统启动，柱塞泵开始工作。注水井返出水首先进入一级分离罐进行初步油水分离；然后进入二级水力旋流器进行固、液相分离；接着进入水力旋流除油器，进一步脱除微小油粒，处理后的清水进入水箱；最后通过柱塞高压泵把水箱中的清水输送回井口套管，从而形成循环清洗（图4）。为保证洗井效果，洗井排量一般设置为低排量—高排量—低排量，洗井压力由低压力到高压力。

图4 活动洗井车洗井作业Fig.4 Well flushing operation of active well flushing vehicle

2.2 流量计标定

2.2.1 标定技术

根据国家计量检定规程JJG164—2000，液体流量计的标定方法主要采用容积法、质量法、标准体积管法和标准流量计比较法。油田传统注水井流量计标定技术多采用标准流量计比较法或容积法，可基本满足油田注水计量精度的需要。

标准流量计比较法工作原理是：水流在相同时间间隔内，连续通过标准流量计和被标流量计的流量是一致的，通过对比标定时间内的排量和体积量，用比较法确定被标流量计的误差。

活动洗井车流量计标定技术采用的是标准流量计比较法。标定方法设计主要考虑了影响流量计标定准确性的两个因素：①尽量模拟日常注水环境，采用注水现场多个常用注水排量标定；②严格执行流量计标定规程要求，采用车载流量计与现场注水流量计串联方法，比对标定时间内两个流量计排量和注水体积量，对注水流量计出现的体积误差异常及时进行分析，找出误差大的原因，整改后再次进行标定，直至满足流量计量精度要求。车载流量计每季度标定一次，以确保标准流量计的准确性。

采用活动洗井车进行流量计标定时，通过洗井管线将注水井流量计与活动洗井车车载流量计连接，选择该注水井多个常用注水排量进行标定（一般要求3 个排量以上），分别记录标定时间，再计算标定时间内两个流量计的体积差值，如果差值满足标定误差要求，完成注水井流量计标定；否则分析误差产生原因，整改后重新进行标定，直至满足流量计误差要求。

2.2.2 标定流程

为了满足活动洗井车完成洗井作业的同时，可以标定注水井流量计，需对常规洗井作业流程进行优化。为此在常规洗井作业车载储水罐蓄水时，改用注水管网来水，经注水井流量计、注水井井口、接活动洗井车车载流量计，再进入活动洗井车储水罐。在储水罐蓄水的同时，对比车载流量计与注水井流量计的排量和注水量，便可完成流量计标定工作（图5）。

图5 洗井车标定注水流量计流程示意图Fig.5 Flow diagram of calibration water injection flowmeter in the flushing vehicle

2.2.3 主要标定参数选择

（1）标定流量。被标定注水井流量计流量的选择应充分考虑标定井的配注量和后期的可能调节配注量。为了确保流量计标定的准确性，需选择常用注水流量，原则上标定流量应不少于3个。长庆油田单井配注量多在15～30 m3/d，故常选择0.5，1.0，1.5 m3/h三个流量进行标定。

（2）标定时长。标定时长选择应考虑两方面的因素：一是活动洗井车的储水罐容积大小和柱塞泵的启动条件。目前现场常用活动洗井车储水罐大多为8 m3，如果标定时间太长，活动洗井车储水罐容积不够；如果标定时间太短，各排量标定时长下累计水量达不到柱塞泵吸入压力，不能满足活动车洗井柱塞泵启动需要，同时不能满足标定要求。二是活动洗井车费用。长庆油田洗井多依靠外部施工队伍，如果标定时间太长，会增加注水井洗井时间和人工成本，相应会增加洗井费用。经长庆油田3年的实践，对原洗井作业程序进行优化，增加流量计标定环节，各标定流量时长设置为20 min左右，即标定总水量不会超过储水罐的容积，也不会额外增加洗井费用。

（3）标定误差。流量计的误差与注水现场设备、水质条件及注水井管理技术要求有关，长庆油田单井配注量为15～30 m3/d，平均仅为25 m3/d，因此流量计误差设定为≤5%。

2.2.4 注意事项

目前现场常用的活动洗井车主要为江汉三机厂生产的JHX5281TJC 洗井车和通化石油机械或兰州通用机器生产的LTJ5290TJC 洗井车，最大洗井流量为30 m3/h，最高洗井压力为25 MPa，标定注水流量计也应满足这两个条件。长庆油田单井日配注量多小于30 m3/d，常用活动洗井车可以满足注水井流量计的在线标定需要；如果注水流量＞3 m3/h，标定流量计时应考虑流速对流量计的冲击影响，需要安装稳流装置予以消除。由于目前活动洗井车均装有降压保护装置，多级减压阀可以起到稳流的作用，因此在不超过活动洗井车最大洗井流量和压力条件下，也可以标定注水流量>3m3/h的注水井流量计。

为确保车载流量计的准确性，按要求需每季度送专业机构标定一次，也可根据车载流量计使用年限，加密标定次数。如需更加精确计量，可将车载流量计更换为专业标准流量计。

2.3 现场实施情况

活动洗井车的注水井流量计标定技术在长庆油田经过3年的应用和不断改进完善，已成为油田注水井流量计标定的一项成熟技术。通过不断摸索和现场实践，总结出了常用注水流量计误差异常原因及解决方法，即标定误差率在5%～20%的注水流量计，一般为流量计出厂标定误差大或流量计内腔轻微结垢所致，需对流量计表头系数进行校正或对流量计内腔清垢；标定误差率在20%～50%的注水流量计，一般为流量计内腔严重结垢、叶轮损坏或电子故障造成，需进行流量计内腔除垢、更换叶轮或电子原件；标定误差率＞50%的注水流量计，多为传感器故障，需整体更换。

长庆油田XW区块2020年3月共标定注水流量计10台，满足标定误差要求的4 台，误差异常的6台，经维修或更换后均恢复正常计量（表1）。

表1 XW区块流量计标定统计Tab.1 Statistics of XW Block flowmeter calibration results

3 注水井流量计标定技术对比

通过现场实践，与传统流量计标定技术相比，活动洗井车注水井流量计标定技术无论在满足流量计标定要求还是作业成本方面均具有较强的优势（表2）。活动车洗井已经成为油田注水井管理的一项常规工作，在洗井环节增加流量计标定流程，既不会影响注水井正常洗井作业，流量计标定频率也可以随注水井洗井频率灵活调整，同时与传统流量计标定技术相比，无需配备额外标定流量计的专业队伍及专业设备，也不会增加洗井成本，具有明显的现场实施优势。但是由于活动洗井车车载流量计为洗井车洗井专用，标定误差较大，如果要实现更加精确计量，需配备专业标准流量计。

表2 流量计标定技术对比Tab.2 Comparison of calibration technology of flowmeter

4 结论

（1）传统注水井流量计标定技术可以有效解决油田注水井流量计的精确计量问题，但均需要专门的装置或专业的人员进行操作，不能满足油田降本增效和流量计高频标定的需要。

（2）基于活动洗井车的注水井流量计标定技术是在常规洗井作业的基础上，利用洗井早期蓄水环节，改变储水罐来水方向进行设计，既不影响注水井正常洗井作业，又解决了专业流量计校准设备带来的成本和技术压力，同时也不增加洗井作业成本。

（3）由于活动洗井车装有多级降压保护装置，可以减缓水流对流量计的冲击，起到稳流的作用，因此在不超过活动洗井车最大洗井流量和压力条件下，活动洗井车即可以标定小流量的注水井流量计，也可以标定大流量的注水井流量计。