?天然氣計算機計量系統誤差分析

呂文均 劉輝 廖敬

摘要：某氣田于1992年12月15日投入試采，現共有生產井55口。該氣田天然氣計量系統，全部采用了標準孔板節流裝置配流量計算機的計量方式，這大大地提高了天然氣計量系統對復雜工況的適應性，盡可能地保證計量的準確性和可靠性。本文以單井計量系統為基礎，從誤差理論出發，結合生產實際情況對影響天然氣體積流量測量誤差的各種因素進行分析，最后提出了在計量管理中的一些建議和看法。

關鍵詞：天然氣;計量系統;測量誤差;誤差分析

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A

1 氣田計算機計量系統的組成

為了更好地分析引起天然氣計量誤差的各種因素，現將該氣田天然氣計量系統分為現場節流裝置和自控儀表兩大類，其中自控儀表類包括現場變送部分、信號隔離轉換部分、A/D轉換部分及數據處理與顯示部分，各部分關系如圖1所示。

2 理想狀態下天然氣計量系統誤差分析

假設圖1所示的天然氣計量系統每部分都工作在理想狀態下，即每部分所產生的誤差都在允許范圍內，從誤差理論出發結合氣田部分井站的實際參數，按GB/T 21446—2008中標準孔板流量計系統體積流量公式進行計算[1]。

根據誤差理論，標準孔板配二次儀表組成的流量計量系統的誤差由3部分組成：隨機誤差、已定系統誤差和未定系統誤差。由于天然氣流量計量是每一秒鐘就要計算一次生成秒流量再累計生成小時流量，像這樣對同一個量進行了足夠多次的計算其隨機誤差就可以忽略不計了。對于已定系統誤差，在測量中已對它進行了修正處理。所以，理論分析討論計量裝置的誤差實際上只考慮由于儀表本身帶入的未定系統誤差。

2.1 天然氣體積流量測量不確定度計算

未定系統誤差的大小可以用流量測量的不確定度來計算。根據GB/T 21446—2008可知，流量測量的不確定度相當于標準偏差的兩倍，因此，求出流量測量的不確定度，就可以得到測量系統的標準偏差。

標準孔板流量計系統體積流量計算公式為：

根據方和根合成法求相對偏差傳遞公式則：

對于SCADA計量系統來說，我們可以看出溫度、差壓、靜壓的測量是通過幾種儀表共同計算得出，對于這種組合儀表應按照組合測量的不確定度求解。結合現場實際情況得出以下表達式：

根據上面的公式我們可以求出，，。

2.2 計算實例

根據該氣田井站產氣量的平均值，在現有計量裝置使用的情況下對整個計量系統進行誤差估算。對于輸氣干線系統，由于每個流量測量單元是相互獨立的，根據誤差傳遞合成理論就可以得到整個輸氣干線系統的合成誤差，其表達式如下：

根據上面的公式可以進行計算，得到如表1所示的估算表。

由公式（4）可得出整個輸氣干線系統的合成誤差為0.076%，由此可以看出SCADA計量系統的合成誤差是很小的。而該氣田的輸差率卻維持在2.5%左右，輸差氣量約為10萬m3/d，因此，必然存在其他因素對單井計量系統造成了一定的影響。接下來將從單井計量系統出發，分析引起計量偏差的因素[2]。

3 影響因素分析

3.1 節流裝置部分

目前，該作業區所使用的55套節流裝置為高級閥式孔板節流裝置。該節流裝置具有結構簡單、操作方便、投資少、精確度高等優點，所以得到了廣泛的運用。但是在現場運用中卻出現了一些問題，主要表現在以下幾個方面。

3.1.1 內漏

主要表現在平衡閥內漏和滑閥內漏兩個方面。平衡閥內漏的原因主要是由于硫化氫的腐蝕等因數導致閥針被磨損或腐蝕，其次就是由于工人在清洗孔板時開關平衡閥操作不當引起平衡閥外螺紋磨損，使得平衡閥無法回到正常位置，從而引起內漏。滑閥內漏主要原因是在高孔閥清洗過程中滑閥要左右滑動，會造成閥滑劃傷，當劃痕達到一定深度的時候，就開始出現內漏。

3.1.2 導壓管積液

導壓管積液也是影響準確計量的重要因素，特別是在冬天，大氣溫度低導致導壓管路發生凍堵。因此，我們在高含硫井站的導壓管路上都加裝了伴熱帶，該問題得到了很大的緩解。

3.1.3 孔板腐蝕

天然氣中混有少量的液體或固體雜質，這些雜質對孔板直角入口邊緣和測量管內壁的沖刷腐蝕特別嚴重，這將影響到孔板直角入口邊緣圓弧半徑和測量管內壁相對粗糙的規定標準，孔板流出系數也將發生變化，使測量準確度達不到要求[3]。

3.2 自控儀表

自控儀表包括壓力、差壓變送器、溫度傳感器、信號隔離器及流量計算機等。差壓變送器用美國FLUKE公司生產的FLUKE725和702及配套差壓模塊進行溯源校驗，實際使用中總體不確定度保證在±0.2%范圍以內，溫度傳感器本身準確度為A級，目前采取送外檢定的方式，故能保證其準確度為0.15%，信號隔離轉換器準確度為0.2%，溫度隔離器的準確度為0.2%，這些高精度的儀表保證了天然氣計量的準確性。但是在使用的過程中我們發現了以下幾種故障。

3.2.1 變送器零位漂移

變送器在使用過程中，受溫度、振動等環境的影響，會產生一定的零位漂移，影響計量的準確性，在現場工作中除儀表工每月校表檢查外，我們還要求班組每月檢查兩次變送器零位，若發現零位超差或在短期內有較大變化時要及時通知計量管理人員，從而有效地避免了因零位漂移引起的計量誤差。

3.2.2 隔離器損壞

變送器表頭顯示與室內屏幕顯示值出現較大差異，且變化不同步。檢查變送器并未出現異常情況，后來對隔離器進行斷電輸入標準電流信號，再測量其輸出的電壓值，發現在輸入4 mA和20 mA時都能對應輸出1 V和5 V，但是輸入中間值時隔離器非線性輸出，更換隔離器后計量恢復正常。

3.2.3 時鐘故障

現場采集到的壓力、溫度等實時數據通過AGA8程序計算出瞬時流量，再經過孔板尖銳度和粗糙度系數修正以后得到準確的瞬時流量，根據秒流量生成小時流量，然后在每天的8：00生成全天流量。如果時間偏慢就會少計量，由此可見在自動計量系統中，時間的一致性和準確性都是非常重要的。

4 建議及整改措施

4.1 導壓管積液問題

對前面提出的容易引起導壓管積液的井站首先可采用帶有積液包的導壓管路，其次是調整導壓管的吹掃周期。

4.2 加強計量器具管理，建立健全各項規章制度

對新、改、擴建的計量裝置嚴格驗收，建立健全各項管理制度，拒絕使用不合格的計量器具。加強對天然氣生產情況的監測，特別是間歇性生產井、低產井應注意產量、壓力及產水量的變化。

4.3 嚴格監控輸差

當氣田內部各集氣節點無法進行有效輸差監控時，在這種情況下，氣田內部輸差就全部疊加在干線輸差上，因此要及時收集各單井及下游集氣站的總計量，并做好日輸差監控工作，及時分析原因查找問題。

4.4 加強井站員工計量知識培訓

加強井站員工在理論和實際操作的培訓，主要是指導員工對各類儀器儀表的使用及各參數的含義及一些常見故障的判斷及處理，以便于對一些突發事件能夠及時發現并準確匯報。另外，還需及時傳達上級各文件精神，以此來保障計量工作的順利開展。

5 結論

通過適當的整改措施能夠解決現場的計量問題，該氣田總輸差率也由原來的2.5%下降到1.5%以內，輸差氣量在5萬m3/d。說明該氣田天然氣計量系統的選型是合適的，關鍵在于加強天然氣計量工作中的計量人員、儀器儀表、關鍵材料、環境、被測介質的變化等多因素的管理和控制，可以實現天然氣計量的準確與可靠。

參考文獻

[1] 佚名，SY/T6143-2004.用標準孔板流量計測量天然氣流量[S].出版地不詳：出版社不詳，2004.

[2] 葉羽婧，趙景龍，蔡思敏，等.天然氣計量誤差及優化措施[J].石油工業技術監督，2017，33（9）：47-50.

[3] 唐發坤.天然氣計量誤差原因分析及改進探討[J].中國設備工程，2019（13）：73-74.