一、单井计量现状
1.单井计量的特点
每个计量站不同的油井液量及含水率变化很大，一般仪表的量程比只有1:10左右无法适应：存在多相介质混合且不稳定。
2. 单井计量技术的发展概况
多年来计量人员通过试验在单井计量技术上取得了一些成果，目前国内各油田单井计量方法主要有玻璃管人工量油和三相分离仪表计量等。玻璃管人工量油方法主要特点是工艺流程简单、设备少，其缺点为：以极短时间检测折算全天产液量，计量准确性较差。两相分离器配全套仪表量油方法，能实现一段时间内连续的计量，缺点是系统复杂、仪表多、成本高且维护费用高。近年来国内研究试验了三相计量装置，油井产出的油、气、水混合物经分离后仪表直接计量油气水的单项量值，分离后原油含水率较低，解决了高含水测量的问题；但工艺设备、建设费用及维护费用很高。
针对国内油田单井计量的现状，我们研制了一种由HK-CMF质量流量计组成的单井计量系统。
二、HK-CMF质量流量计测量含水率的工作原理
HK-CMF质量流量计由传感器和二次表两部分组成。传感器的作用原理是以检测振动敏感管中因液体流动而产生的哥氏力为基础的。即当液体以一定的速度流过传感器的以角速度回转的双环管时，环管的两端在哥氏力的作用下产生偏转，并将此与流量成正比的信号直接输入到二次表，二次表进行处理计算通过显示器及打印机输出流体参数。HK-CMF质量流量计测量含水率的原理是：仪表可以直接测量混合液的密度ρL；通过化验可以知道油和水的密度ρO与ρW。这样，假定原油和纯油、纯水的体积为VL、VO和VW，时，根据质量不变的关系：
ρLVL=ρOVO+ρWVW （1）
由于混合液对体积来说也是水和油体积之和，即：
VL=VW+VO （2）
按照定义：含水率Km是水质量与原油质量之比，就是
Km=ρWVW/（ρLVL） （3）
这样，把式（1），式（2）和式（3）三式联解，即可求得介质含水率为：
Km=ρW/（ρW-ρO）- ρWpO/[（ρW-PO）ρL] （4）
三、关键技术的解决
1. 谐振频率的自调整技术
根据流量计的工作原理，要求敏感管始终工作在谐振状态，也就是无论管内为何种流体，在不同温度、压力和粘度条件下，敏感管均能处于谐振状态。为此目的，采取了高精度数字调频技术，即随时测量敏感管振动过程中仪器的输出与激励信号之间的相位差并反馈到CPU，由CPU控制调整激励频率，使相位差趋于零而达到所希望的谐振状态。利用计算机调控谐振的措施，不仅提高了流量和密度的测量准确度，而且扩展了密度的测量范围，并改善了流量计对含气流体计量的适应性。
2. 采用相关检测原理提高信号检测准确度
HK-CMF质量流量计对流量的检测准确度主要取决于准确地测量传感器输出电压信号的相位差。同时还要受到外界机械振动和流体水力学噪声的干扰。为了能有效了滤除各种噪声，对有用信号实现高精度检测，我们采用了相关检测技术，也就是参考信号与输入信号选用同一信号源，实现相位跟踪锁定，使电路能从混杂的输入信号中提取频率为振动频率的有用分量，有效地抑制干扰噪声，提高了信噪比，以保证最佳的传递特性。
3. 对温度变化的影响进行有效补偿
由于流量计对哥氏力的测量准确度直接与敏感管材料的弹性稳定性有关，而材料的弹性系数则受温度变化的影响。为了提高HK-CMF质量流量计的计量准确度，首先从理论上进行分析，找出了温度对测量质量流量和密度的影响曲线，再利用装在敏感管附近的温度敏感元件所感测的温度变化值，由计算机予以补偿。
四、现场应用试验情况
采用HK-CMF质量流量计的单井计量系统，在大港油田7个计量站进行了现场试验，证明仪表能够直接测量经过简单气液分离后的油水混合液质量流量及油水混合液的含水率。
1. 计量准确度室内试验
（1）流量计量试验
选取36t/h，18t/h，7.2t/h，0.6t/h流量点进行试验，测试数据的平均误差0.066%，最大误差0.2% 。
（2）密度计量试验
选取汽油、酒精、水作为试样，分别加入流量计中读取显示的密度值，然后用准确度为0.0005g/cm3的石油浮子密度计测试试样的密度，测试数据最大误差0.04%。
2. 对仪表的流量和含水率准确度进行考核
（1）流量测量准确度：先在实验室内用水进行室内标定，再由中国计量科学研究院进行水样标定，两项标定均达到±0.2%的准确度。
（2）密度及含水率准确度：现场通过HK-CMF质量流量计（型号为ZLJC-36）对不同含水即不同的混合密度进行测量，并与准确度为0.0005g/cm3的石油密度计（型号为SY-1）进行对比，密度测量误差最大为万分之五，部分测量数据见表1。HK-CMF质量流量计测量含水率与现场加密取样后用准确度为±1%的石油含水电脱分析仪（型号为DTS）测量的含水率进行对比，测得的含水值基本符合真实含水，含水率测量误差最大为1.2% ，部分测量数据见表2。
表1 HK-CMF质量流量计密度测量对比数据
|
井号
|
实验次数
|
HK-CMF质量流量计
|
密度计
|
混合密度误差g/cm3
|
|
混合密度g/cm3
|
混合密度g/cm3
|
|||
|
1- 63
|
1
|
0.9972
|
0.9975
|
-0.0003
|
|
2
|
0.9970
|
0.9968
|
+0.0003
|
|
|
4- 13
|
1
|
0.9872
|
0.9875
|
-0.0003
|
|
2
|
0.9839
|
0.9838
|
+0.0001
|
|
|
4- 59- 1
|
1
|
0.9988
|
0.9990
|
-0.0002
|
|
2
|
0.9990
|
0.9985
|
+0.0005
|
|
|
3- 62
|
1
|
0.9960
|
0.9957
|
+0.0003
|
|
2
|
0.9998
|
1.0000
|
-0.0004
|
|
|
2- 62
|
1
|
0.9981
|
0.9986
|
-0.0005
|
|
2
|
0.9984
|
0.9987
|
-0.0003
|
|
|
3- 61
|
1
|
0.9974
|
0.9978
|
-0.0004
|
|
2
|
0.9997
|
0.9994
|
+0.0003
|
表2 HK-CMF质量流量计含水率测量对比数据
|
井号
|
实验次数
|
HK-CMF质量流量计
|
密度计
|
含水率误差%
|
|
含水率%
|
含水率%
|
|||
|
1- 61- 1
|
1
|
96.8
|
96.0
|
+0.8
|
|
2
|
93.0
|
92.47
|
+0.53
|
|
|
3- 62
|
1
|
95.46
|
96.3
|
-0.84
|
|
2
|
96.73
|
96.52
|
+0.21
|
|
|
东5- 10
|
1
|
82.87
|
84
|
-1.13
|
|
2
|
77.46
|
78.12
|
-0.66
|
|
|
东检4
|
1
|
94.7
|
94.49
|
+0.21
|
|
2
|
95.2
|
94.90
|
+0.30
|
3. 在大港油田检测中心三相流测试装置上用原油、天然气、水对HK-CMF质量流量计进行了实液测试
（1）流量值测试：测量介质为纯水时流量测量平均误差-0.277% ，测量误差最大为千分之三：测量介质为纯油时流量测量平均误差-0.322%，测量误差最大为千分之三点五；测量介质为油水混合液时流量测量平均误差-0.021%，测量误差最大为千分之四点九；
（2）含水值测试：介质为油水混合液不同流量时含水值测量平均误差-0.2% ，测量误差最大为百分之一。
（3）游离气对HK-CMF质量流量计的影响测试：当流经HK-CMF质量流量计的液体中游离气含量低于4%时，不影响液体计量，当含气为5%~13%时误差较大（小于4.5%），当含气超过14%时HK-CMF质量流量计工作不正常。
五、HK-CMF质量流量计的主要特点
（1）功能强：能直接测量介质质量流量及密度，还可以连续打印单井的液量、含水、温度等参数变化曲线，为取全取准资料，分析油井动态状况提供可靠的依据。
（2）测量范围宽：一般仪表量程比为1:10，HK-CMF质量流量计可达到1:60。
（3）计量准确度高：HK-CMF质量流量计的流量准确度为0.2%，密度测量准确度为0.001g/cm3。
（4）工艺流程简单、费用低：利用一台HK-CMF质量流量计就能完成通常由流量计、含水分析仪、密度计、温度计等几台仪表才能完成的工作。
（5）操作方便：由于系统只有一台仪表，并且实现了单键操作方式，即只需按动一次按键，即可完成计时、测量、计算、显示和打印数据等功能。
（6）HK-CMF质量流量计没有转动部件，没有凸出物伸人流体之中，这就导致了二个优点：一是寿命长，二是基本上下不存在磨损问题，不须经常校验。
六、结束语
HK-CMF质量流量计经过两年来的室内试验及现场试验，仪表的各项技术指标均超过设计指标，由于采用了独特的信号检测技术，具有抗干扰能力强，现场适应性强。该仪表可以做到一表多用，简化了工艺流程，降低了维护费用，尤其该仪表的宽量程比，更适合油田单井计量工作的需要。
