油田污(wu)水回注(zhu)是合(he)理開發和利用(yong)水(shui)資源、節(jie)能環保的(de)有效(xiao)途徑(jing)。污(wu)水回注(zhu)量是否合适關(guan)系到(dao)地層(ceng)結構(gou)的優(you)化(hua)，油(you)層壓力的(de)恢(hui)複和保(bao)持，直接影響油田采(cai)收率，因此(ci) 污水流量(liang)計 的準确性十分重(zhong)要。油田現場污(wu)水流(liu)量(liang)計拆卸(xie)較困難，往往又(you)沒有備(bei)用(yong)流量(liang)計，因此現(xian)場通常采用超(chao)聲波(bo)流量計(ji) 在(zai)線校準法(fa)。近(jin)幾年随(sui)着油(you)田對(dui)污水計量(liang)的重視，超(chao)聲波流量計現(xian)場校準(zhun)方(fang)法得(de)到了廣泛應用，同時(shi)也暴(bao)露了(le)該流量計(ji)準确性不高的(de)問題(ti)。本文結合(he)超聲波流量計(ji)原理(li)和現(xian)場應(ying)用經驗，通過現場試(shi)驗和數(shu)據分析對超(chao)聲流(liu)量計(ji)在污水流(liu)量計(ji)校準(zhun)中(zhong)的适應(ying)性進行了(le)讨論(lun)。
1 超聲波流(liu)量計(ji)原理 超(chao)聲(sheng)流量(liang)計在污水(shui)流量(liang)計校準中(zhong)适應(ying)性的讨論
常用(yong)的超聲波(bo)流量(liang)計有2種(zhong)原理：時(shi)差法和多普勒(le)法。
1.1 時差法原理(li)
   超聲波信号在流體中(zhong)，順(shun)流時(shi)信号傳播速度(du)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(jian)長，利用超(chao)聲波(bo)信号在流(liu)體中(zhong)順逆(ni)流方(fang)向聲(sheng)波信号傳(chuan)播時(shi)間存(cun)在差值，即(ji)時差(cha)，可以(yi)計算出流(liu)體流(liu)量。時(shi)差法較适(shi)于測量(liang)純淨液(ye)體，有(you)較(jiao)多(duo)氣泡(pao)的液體或懸浮(fu)物會阻礙聲脈(mo)沖正常傳(chuan)播，導(dao)緻不(bu)能正(zheng)常測(ce)量。
1.2 多(duo)普(pu)勒(le)法原(yuan)理
   超(chao)聲波信号(hao)在傳播(bo)路徑上(shang)遇到微(wei)小浮遊(you)物（懸(xuan)浮物(wu)質或微小(xiao)氣泡）而被(bei)散射，超(chao)聲接收(shou)器能(neng)夠接(jie)收散(san)射後(hou)的超(chao)聲波(bo)信号。發(fa)射信号(hao)頻率(lü)受多(duo)普勒效應(ying)的(de)影(ying)響後(hou)變爲不同(tong)的接(jie)收信(xin)号(hao)頻率，2個(ge)頻率之(zhi)差(cha)與流體流(liu)速有确定(ding)的數(shu)量關(guan)系，由(you)此可以計算出(chu)流體(ti)流量。多普勒法流(liu)量計不(bu)能測量清(qing)潔的(de)流體，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(shi)差法，一(yi)般爲(wei)2.0級，即2%滿量(liang)程誤差（2%F.S.）。
2 超(chao)聲波(bo)流量(liang)計(ji)使(shi)用注(zhu)意事(shi)項
   近(jin)幾年(nian)，随着超聲波流(liu)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(ji)準确性(xing)不(bu)高的(de)問題(ti)也(ye)逐(zhu)漸暴(bao)露出來，原因主(zhu)要是(shi)操(cao)作不規(gui)範和(he)流量計自(zi)身問(wen)題(ti)。
2.1 操作不(bu)規範(fan)
   管道(dao)方面(mian)，技術人員(yuan)經常(chang)不按照标(biao)準操(cao)作規(gui)程進行操(cao)作，例(li)如(ru)未(wei)準确(que)測量管道(dao)外徑(jing)、周長(zhang)、壁厚(hou)、接觸(chu)溫度(du)等，這(zhe)些參(can)數都(dou)會對超聲(sheng)流量計的(de)原始(shi)數據修正産生(sheng)重要影響(xiang)。
   安裝(zhuang)方式(shi)方面，技術(shu)人員(yuan)經常(chang)不按(an)照管(guan)道大小和(he)信号(hao)強(qiang)度選擇(ze)安裝(zhuang)方(fang)式，往往(wang)選擇(ze)流量(liang)計的(de)默認雙聲程模(mo)式。正确的(de)安裝(zhuang)方式爲：在大管(guan)道和複雜環境(jing)中應(ying)采用(yong)單聲(sheng)程；在小管道和信号(hao)特(te)強的情(qing)況下選(xuan)擇(ze)多聲(sheng)程。
   安(an)裝(zhuang)位置方(fang)面，技(ji)術人(ren)員往(wang)往随(sui)意放置超(chao)聲探頭，且(qie)不确(que)認管道污水是(shi)否滿(man)管這(zhe)一重(zhong)要的(de)測量條件(jian)。正确的安裝位(wei)置爲：應選擇管(guan)道的(de)水平(ping)中間(jian)位置放置探頭(tou)；隻有(you)在(zai)管(guan)道滿(man)管的條件(jian)下才(cai)能進行準确測(ce)量，流(liu)體向(xiang)上流(liu)的垂直管(guan)道能(neng)保證滿管流。
   除(chu)此以(yi)外(wai)，現(xian)場的(de)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)些也嚴重影響(xiang)了流(liu)量計(ji)的準(zhun)确性(xing)。
2.2 超聲(sheng)波流量計(ji)自身問題(ti)
   首先(xian)是時(shi)差法和多(duo)普勒(le)法流(liu)量計(ji)的選(xuan)用。時差法(fa)流量計(ji)适(shi)用于(yu)純淨液(ye)體(ti)的計(ji)量，準确度(du)優于±1.0%；多普勒(le)法(fa)流量(liang)計适用于(yu)濁度(du)50mg/L以上(shang)的流體。因(yin)此，2種(zhong)原(yuan)理(li)的流(liu)量計在(zai)污水流(liu)量計(ji)校準(zhun)時的(de)選用(yong)非常重要(yao)。一般情(qing)況(kuang)下，管道中(zhong)污(wu)水(shui)較幹(gan)淨時，可選(xuan)用時(shi)差法(fa)；當(dang)污水較(jiao)渾濁時，應(ying)選用(yong)多普勒法。但是(shi)污水幹淨(jing)還是渾濁在現場很(hen)難被定量(liang)界定(ding)，因此(ci)選用(yong)這2種(zhong)原理的(de)流量計(ji)沒有通用方法(fa)可遵循，導(dao)緻流(liu)量計自身(shen)計量(liang)不準确(que)，更(geng)談不(bu)上校(xiao)準污水流(liu)量計了。
   其次超(chao)聲波接收(shou)也存(cun)在缺陷。超(chao)聲波(bo)由于(yu)是(shi)通(tong)過在(zai)管道中發(fa)射和(he)接收超(chao)聲信号(hao)來測(ce)量流(liu)體流量的(de)，所以(yi)管道(dao)材質對(dui)超(chao)聲的(de)折射、流體中雜(za)質對(dui)超(chao)聲的反射和散射、流體(ti)中随機存(cun)在的(de)氣泡和(he)雜質的(de)含量(liang)高低都會對測(ce)量産(chan)生不(bu)穩定的影(ying)響。油田污水中含有(you)不少(shao)的(de)原油、砂礫、氣泡、化學藥(yao)劑等(deng)，管(guan)道内環(huan)境十分複雜和(he)多變(bian)，嚴重(zhong)影響了測(ce)量的精度(du)。
   針對(dui)超聲(sheng)波流量計在污水流(liu)量計在(zai)線校準(zhun)中準(zhun)确(que)性不高(gao)的問題。在(zai)近一(yi)年的(de)的(de)時間裏(li)，使用26台(tai)檢(jian)定合(he)格的污水流量(liang)計作爲(wei)參考流量計(ji)，對4台超聲(sheng)波流量計(ji)進行(hang)了現(xian)場(chang)在線校(xiao)準，通過大量的試驗(yan)和數據分(fen)析，讨論超(chao)聲波(bo)流量(liang)計在(zai)污水(shui)流量計(ji)校準中(zhong)的作(zuo)用。
3.1 流量計(ji)的選擇
   爲了使試驗(yan)具有(you)代表(biao)性， 便(bian)攜式(shi)超聲(sheng)波流量(liang)計 選用(yong)某國(guo)外知(zhi)名廠商的(de)時差式A型(xing)、多普勒B型(xing)，國内(nei)知名(ming)廠(chang)商的時(shi)差式(shi)C型、多(duo)普勒D型各(ge)1台(tai)，均檢定(ding)合格且(qie)在(zai)檢定(ding)周期(qi)内。26台(tai)污水(shui)流量計爲檢定合格(ge)後(hou)第1次使(shi)用的(de)，且在檢定(ding)周期(qi)内。
3.2 試驗注(zhu)意事(shi)項
   本試驗(yan)嚴格遵循(xun)超聲(sheng)波流(liu)量計(ji)附帶的使(shi)用(yong)說明及(ji)本文中第3章提(ti)到的(de)注意事項(xiang)。試驗(yan)中流(liu)量計(ji)安裝(zhuang)的(de)管道的(de)直管段(duan)符合“前十後五(wu)”的規定(ding)。試驗中所(suo)選安裝流量計的管(guan)道爲近1年(nian)内的(de)新管道，盡量避(bi)免因管道内壁(bi)腐蝕(shi)導(dao)緻超聲(sheng)信号接收(shou)質量不高(gao)的(de)問(wen)題。
3.3 試(shi)驗内容
   首先将(jiang)污水流(liu)量計分(fen)别安(an)裝到污水(shui)管線中(zhong)，然後将(jiang)污水流(liu)量(liang)計作(zuo)爲參(can)考流(liu)量計(ji)與便攜式(shi)超聲(sheng)波流(liu)量計進行(hang)數據(ju)比對(dui)，比對(dui)内容爲(wei)60min内的累(lei)積流量。
爲了分析時(shi)差(cha)法(fa)和多(duo)普勒(le)法流量計在不(bu)同渾濁程(cheng)度的(de)污水(shui)中的(de)計量(liang)準确性，試(shi)驗中(zhong)在數(shu)據比對的(de)同時進行(hang)同管道的污水(shui)采樣(yang)，采樣(yang)周期(qi)爲5min，試驗結(jie)束後将12次(ci)水樣放入(ru)樣品(pin)桶後攪拌(ban)均勻，由光學濁(zhuo)度計測(ce)試污水濁度(du)，本試(shi)驗設(she)定濁度小(xiao)于50mg/L的(de)爲一(yi)般水質；濁(zhuo)度≥50mg/L的爲較(jiao)差水(shui)質。
   試驗數(shu)據見(jian)表1，其中(zhong)流量表示污(wu)水(shui)流量計(ji)60min内的累計(ji)流量(liang)；A、B、C、D分别(bie)爲4個型号(hao)的超(chao)聲波(bo)流量(liang)計在60min内(nei)的累計(ji)流量(liang)；排(pai)名爲與(yu)同一(yi)台污水流(liu)量計比對的4台(tai)超聲(sheng)波(bo)流(liu)量計(ji)的誤(wu)差按從小(xiao)到大的順序。
表(biao)1中，“——”表示(shi)超(chao)聲波(bo)流量計(ji)因接收(shou)信号差而不顯(xian)示累(lei)計(ji)流(liu)量，誤(wu)差>20%的超(chao)聲波流量計(ji)累計流量(liang)表示因接(jie)收信(xin)号質(zhi)量差導緻(zhi)的儀(yi)器測量錯(cuo)誤。對表(biao)1中(zhong)的數(shu)據進行分(fen)類處(chu)理，以便得(de)到一(yi)般和較(jiao)差(cha)水質(zhi)2種情況時4台流(liu)量計(ji)的(de)誤差統(tong)計。表2和表3分别(bie)爲爲(wei)一(yi)般(ban)和較(jiao)差水(shui)質時(shi)的流(liu)量計(ji)誤(wu)差(cha)統計(ji)。
表1 超(chao)聲(sheng)流(liu)量計(ji)與污(wu)水流量計試驗比(bi)對(dui)數據(ju)

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

表3 較(jiao)差水(shui)質時(shi)流量(liang)計誤(wu)差統(tong)計

3.4 試驗(yan)結(jie)論及(ji)建議
通過(guo)本試(shi)驗的數據分析(xi)，得出(chu)結(jie)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(wu)水流量(liang)計(ji)。因管(guan)線中情(qing)況(kuang)複雜，雜質(zhi)和(he)氣(qi)泡儀(yi)表在流量(liang)計測量區(qu)域内随機(ji)出現，時(shi)差(cha)法流(liu)量計(ji)在(zai)一般水(shui)質中的有(you)效數(shu)據（誤(wu)差(cha)<20%）僅占40.63%，多(duo)普勒(le)法(fa)流(liu)量計在較(jiao)差水(shui)質中(zhong)的的(de)有效(xiao)數據(ju)（誤差<20%）僅占(zhan)12.5%，遠遠(yuan)低于(yu)國家(jia)标準(zhun)。
2）大管(guan)徑(jing)污水管(guan)線因(yin)流(liu)體(ti)複雜(za)不适(shi)合采(cai)用非(fei)接觸式流(liu)量計測量。大(da)管徑中(zhong)污水分(fen)層流動(dong)，且雜(za)質和(he)氣泡(pao)在儀表測(ce)量區(qu)域内(nei)随機出現(xian)，明顯增(zeng)大(da)了測量誤(wu)差的概率(lü)。
   建議(yi)油(you)田(tian)的污水流(liu)量計在條(tiao)件允(yun)許的情況下還(hai)是(shi)需要送(song)到實驗室(shi)進行(hang)檢定。

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