油田(tian)污水回注(zhu)是合理開(kai)發和利用(yong)水資源、節(jie)能環保的(de)有效途徑(jing)。污水回注(zhu)量是否合(he)适關系到(dao)地層結構(gou)的優化，油(you)層壓力的(de)恢複和保(bao)持，直接影(ying)響油田采(cai)收率，因此(ci) 污水流量(liang)計 的準确(que)性十分重(zhong)要。油田現(xian)場污水流(liu)量計拆卸(xie)較困難，往(wang)往又沒有(you)備用流量(liang)計，因此現(xian)場通常采(cai)用超聲波(bo)流量計 在(zai)線校準法(fa)。近幾年随(sui)着油田對(dui)污水計量(liang)的重視，超(chao)聲波流量(liang)計現場校(xiao)準方法得(de)到了廣泛(fan)應用，同時(shi)也暴露了(le)該流量計(ji)準确性不(bu)高的問題(ti)。本文結合(he)超聲波流(liu)量計原理(li)和現場應(ying)用經驗，通(tong)過現場試(shi)驗和數據(ju)分析對超(chao)聲流量計(ji)在污水流(liu)量計校準(zhun)中的适應(ying)性進行了(le)讨論。
1 超聲(sheng)波流量計(ji)原理 超聲(sheng)流量計在(zai)污水流量(liang)計校準中(zhong)适應性的(de)讨論
常用(yong)的超聲波(bo)流量計有(you)2種原理：時(shi)差法和多(duo)普勒法。
1.1 時(shi)差法原理(li)
   超聲波信(xin)号在流體(ti)中，順流時(shi)信号傳播(bo)速度快，傳(chuan)播時間短(duan)；逆流時信(xin)号傳播速(su)度慢，傳播(bo)時間長，利(li)用超聲波(bo)信号在流(liu)體中順逆(ni)流方向聲(sheng)波信号傳(chuan)播時間存(cun)在差值，即(ji)時差，可以(yi)計算出流(liu)體流量。時(shi)差法較适(shi)于測量純(chun)淨液體，有(you)較多氣泡(pao)的液體或(huo)懸浮物會(hui)阻礙聲脈(mo)沖正常傳(chuan)播，導緻不(bu)能正常測(ce)量。
1.2 多普勒(le)法原理
   超(chao)聲波信号(hao)在傳播路(lu)徑上遇到(dao)微小浮遊(you)物（懸浮物(wu)質或微小(xiao)氣泡）而被(bei)散射，超聲(sheng)接收器能(neng)夠接收散(san)射後的超(chao)聲波信号(hao)。發射信号(hao)頻率受多(duo)普勒效應(ying)的影響後(hou)變爲不同(tong)的接收信(xin)号頻率，2個(ge)頻率之差(cha)與流體流(liu)速有确定(ding)的數量關(guan)系，由此可(ke)以計算出(chu)流體流量(liang)。多普勒法(fa)流量計不(bu)能測量清(qing)潔的流體(ti)，僅能測量(liang)約50mg/L以上濁(zhuo)度的流體(ti)。同時多普(pu)勒法測量(liang)精度低于(yu)時差法，一(yi)般爲2.0級，即(ji)2%滿量程誤(wu)差（2%F.S.）。
2 超聲波(bo)流量計使(shi)用注意事(shi)項
   近幾年(nian)，随着超聲(sheng)波流量計(ji)在污水流(liu)量計在線(xian)校準中的(de)應用越來(lai)越普遍，流(liu)量計準确(que)性不高的(de)問題也逐(zhu)漸暴露出(chu)來，原因主(zhu)要是操作(zuo)不規範和(he)流量計自(zi)身問題。
2.1 操(cao)作不規範(fan)
   管道方面(mian)，技術人員(yuan)經常不按(an)照标準操(cao)作規程進(jin)行操作，例(li)如未準确(que)測量管道(dao)外徑、周長(zhang)、壁厚、接觸(chu)溫度等，這(zhe)些參數都(dou)會對超聲(sheng)流量計的(de)原始數據(ju)修正産生(sheng)重要影響(xiang)。
   安裝方式(shi)方面，技術(shu)人員經常(chang)不按照管(guan)道大小和(he)信号強度(du)選擇安裝(zhuang)方式，往往(wang)選擇流量(liang)計的默認(ren)雙聲程模(mo)式。正确的(de)安裝方式(shi)爲：在大管(guan)道和複雜(za)環境中應(ying)采用單聲(sheng)程；在小管(guan)道和信号(hao)特強的情(qing)況下選擇(ze)多聲程。
   安(an)裝位置方(fang)面，技術人(ren)員往往随(sui)意放置超(chao)聲探頭，且(qie)不确認管(guan)道污水是(shi)否滿管這(zhe)一重要的(de)測量條件(jian)。正确的安(an)裝位置爲(wei)：應選擇管(guan)道的水平(ping)中間位置(zhi)放置探頭(tou)；隻有在管(guan)道滿管的(de)條件下才(cai)能進行準(zhun)确測量，流(liu)體向上流(liu)的垂直管(guan)道能保證(zheng)滿管流。
   除(chu)此以外，現(xian)場的管道(dao)内襯的種(zhong)類和厚度(du)等重要參(can)數往往很(hen)難獲得，這(zhe)些也嚴重(zhong)影響了流(liu)量計的準(zhun)确性。
2.2 超聲(sheng)波流量計(ji)自身問題(ti)
   首先是時(shi)差法和多(duo)普勒法流(liu)量計的選(xuan)用。時差法(fa)流量計适(shi)用于純淨(jing)液體的計(ji)量，準确度(du)優于±1.0%；多普(pu)勒法流量(liang)計适用于(yu)濁度50mg/L以上(shang)的流體。因(yin)此，2種原理(li)的流量計(ji)在污水流(liu)量計校準(zhun)時的選用(yong)非常重要(yao)。一般情況(kuang)下，管道中(zhong)污水較幹(gan)淨時，可選(xuan)用時差法(fa)；當污水較(jiao)渾濁時，應(ying)選用多普(pu)勒法。但是(shi)污水幹淨(jing)還是渾濁(zhuo)在現場很(hen)難被定量(liang)界定，因此(ci)選用這2種(zhong)原理的流(liu)量計沒有(you)通用方法(fa)可遵循，導(dao)緻流量計(ji)自身計量(liang)不準确，更(geng)談不上校(xiao)準污水流(liu)量計了。
   其(qi)次超聲波(bo)接收也存(cun)在缺陷。超(chao)聲波由于(yu)是通過在(zai)管道中發(fa)射和接收(shou)超聲信号(hao)來測量流(liu)體流量的(de)，所以管道(dao)材質對超(chao)聲的折射(she)、流體中雜(za)質對超聲(sheng)的反射和(he)散射、流體(ti)中随機存(cun)在的氣泡(pao)和雜質的(de)含量高低(di)都會對測(ce)量産生不(bu)穩定的影(ying)響。油田污(wu)水中含有(you)不少的原(yuan)油、砂礫、氣(qi)泡、化學藥(yao)劑等，管道(dao)内環境十(shi)分複雜和(he)多變，嚴重(zhong)影響了測(ce)量的精度(du)。
   針對超聲(sheng)波流量計(ji)在污水流(liu)量計在線(xian)校準中準(zhun)确性不高(gao)的問題。在(zai)近一年的(de)的時間裏(li)，使用26台檢(jian)定合格的(de)污水流量(liang)計作爲參(can)考流量計(ji)，對4台超聲(sheng)波流量計(ji)進行了現(xian)場在線校(xiao)準，通過大(da)量的試驗(yan)和數據分(fen)析，讨論超(chao)聲波流量(liang)計在污水(shui)流量計校(xiao)準中的作(zuo)用。
3.1 流量計(ji)的選擇
   爲(wei)了使試驗(yan)具有代表(biao)性， 便攜式(shi)超聲波流(liu)量計 選用(yong)某國外知(zhi)名廠商的(de)時差式A型(xing)、多普勒B型(xing)，國内知名(ming)廠商的時(shi)差式C型、多(duo)普勒D型各(ge)1台，均檢定(ding)合格且在(zai)檢定周期(qi)内。26台污水(shui)流量計爲(wei)檢定合格(ge)後第1次使(shi)用的，且在(zai)檢定周期(qi)内。
3.2 試驗注(zhu)意事項
   本(ben)試驗嚴格(ge)遵循超聲(sheng)波流量計(ji)附帶的使(shi)用說明及(ji)本文中第(di)3章提到的(de)注意事項(xiang)。試驗中流(liu)量計安裝(zhuang)的管道的(de)直管段符(fu)合“前十後(hou)五”的規定(ding)。試驗中所(suo)選安裝流(liu)量計的管(guan)道爲近1年(nian)内的新管(guan)道，盡量避(bi)免因管道(dao)内壁腐蝕(shi)導緻超聲(sheng)信号接收(shou)質量不高(gao)的問題。
3.3 試(shi)驗内容
   首(shou)先将污水(shui)流量計分(fen)别安裝到(dao)污水管線(xian)中，然後将(jiang)污水流量(liang)計作爲參(can)考流量計(ji)與便攜式(shi)超聲波流(liu)量計進行(hang)數據比對(dui)，比對内容(rong)爲60min内的累(lei)積流量。
爲(wei)了分析時(shi)差法和多(duo)普勒法流(liu)量計在不(bu)同渾濁程(cheng)度的污水(shui)中的計量(liang)準确性，試(shi)驗中在數(shu)據比對的(de)同時進行(hang)同管道的(de)污水采樣(yang)，采樣周期(qi)爲5min，試驗結(jie)束後将12次(ci)水樣放入(ru)樣品桶後(hou)攪拌均勻(yun)，由光學濁(zhuo)度計測試(shi)污水濁度(du)，本試驗設(she)定濁度小(xiao)于50mg/L的爲一(yi)般水質；濁(zhuo)度≥50mg/L的爲較(jiao)差水質。
   試(shi)驗數據見(jian)表1，其中流(liu)量表示污(wu)水流量計(ji)60min内的累計(ji)流量；A、B、C、D分别(bie)爲4個型号(hao)的超聲波(bo)流量計在(zai)60min内的累計(ji)流量；排名(ming)爲與同一(yi)台污水流(liu)量計比對(dui)的4台超聲(sheng)波流量計(ji)的誤差按(an)從小到大(da)的順序。
表(biao)1中，“——”表示超(chao)聲波流量(liang)計因接收(shou)信号差而(er)不顯示累(lei)計流量，誤(wu)差>20%的超聲(sheng)波流量計(ji)累計流量(liang)表示因接(jie)收信号質(zhi)量差導緻(zhi)的儀器測(ce)量錯誤。對(dui)表1中的數(shu)據進行分(fen)類處理，以(yi)便得到一(yi)般和較差(cha)水質2種情(qing)況時4台流(liu)量計的誤(wu)差統計。表(biao)2和表3分别(bie)爲爲一般(ban)和較差水(shui)質時的流(liu)量計誤差(cha)統計。
表1 超(chao)聲流量計(ji)與污水流(liu)量計試驗(yan)比對數據(ju)

   從表2和表(biao)3發現，試驗(yan)中水質一(yi)般（濁度<50mg/L）的(de)情況下，時(shi)差法流量(liang)計的有效(xiao)數據（誤差(cha)<20%）爲13個，占總(zong)試驗數據(ju)（32個）的40.63%；不顯(xian)示的情況(kuang)有4個，占總(zong)試驗數據(ju)（32個）12.5%的。水質(zhi)較差（濁度(du)≥50mg/L）的情況下(xia)，多普勒法(fa)流量計的(de)有效數據(ju)（誤差<20%）爲4個(ge)，占總試驗(yan)數據（32個）的(de)12.5%；該類型流(liu)量計不存(cun)在不顯示(shi)的情況。
當(dang)管徑較大(da)時（流速>300m3/h），在(zai)2種水質情(qing)況下，流量(liang)計僅有1次(ci)有效測得(de)數據，占此(ci)情況下實(shi)驗數據（20個(ge)）的5%。
同時，表(biao)2和表3也驗(yan)證了時差(cha)法流量計(ji)僅适合測(ce)量較純淨(jing)的流體，而(er)多普勒法(fa)流量計僅(jin)适合測量(liang)渾濁（濁度(du)≥50mg/L）的流體。
表(biao)2 一般水質(zhi)時流量計(ji)誤差統計(ji)

表3 較差水(shui)質時流量(liang)計誤差統(tong)計

3.4 試驗結(jie)論及建議(yi)
通過本試(shi)驗的數據(ju)分析，得出(chu)結論：
1）2種原(yuan)理的超聲(sheng)波流量計(ji)均不适用(yong)于在線校(xiao)準污水流(liu)量計。因管(guan)線中情況(kuang)複雜，雜質(zhi)和氣泡儀(yi)表在流量(liang)計測量區(qu)域内随機(ji)出現，時差(cha)法流量計(ji)在一般水(shui)質中的有(you)效數據（誤(wu)差<20%）僅占40.63%，多(duo)普勒法流(liu)量計在較(jiao)差水質中(zhong)的的有效(xiao)數據（誤差(cha)<20%）僅占12.5%，遠遠(yuan)低于國家(jia)标準。
2）大管(guan)徑污水管(guan)線因流體(ti)複雜不适(shi)合采用非(fei)接觸式流(liu)量計測量(liang)。大管徑中(zhong)污水分層(ceng)流動，且雜(za)質和氣泡(pao)在儀表測(ce)量區域内(nei)随機出現(xian)，明顯增大(da)了測量誤(wu)差的概率(lü)。
   建議油田(tian)的污水流(liu)量計在條(tiao)件允許的(de)情況下還(hai)是需要送(song)到實驗室(shi)進行檢定(ding)。

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