CN110954190A - 油田高压注水井流量计的在线校准仪及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油田高压注水井流量计的在线校准仪，包括脉冲接收器及PLC控制器，脉冲接收器与PLC控制器通讯连接；水循环模块包括水箱、水泵、调节阀、标准流量计及被校流量计，且依次连接成形成一个封闭液体介质流动的串联回路；标准流量计与PLC控制器数据通讯连接，被校流量计与脉冲接收器连接；标准流量计的精确度等级高于对应待校准的被校流量计；电机，电机与PLC控制器通过控制信号线连接；电机驱动水泵启停。本发明仅仅将被校准流量计连接在被校流量计连接接口上，即可实现了被校流量计在线现场校准的自动化，普通技术工人即可完成操作，现场适应性非常好。

Description

油田高压注水井流量计的在线校准仪及校准方法

技术领域

本发明涉及一种油田高压注水井流量计的在线校准仪及校准方法，属于油田开采注水井流量计校准设备领域。

背景技术

随着油田开采时间的增长，油层压力会不断下降，为了弥补原油采出后所造成的地下压力降低，保持油层压力平衡，减少环境污染，实现原油的稳产高产，获得较高的采收率必须对原油处理后的污水进行高压回注到地下。目前采油厂高压注水井有1067口，日开发注水9.2万立方米，注水压力在10MPa以上，年注水量3382万立方米。

高压注水井工艺流程介绍，每口油井的原油从1200米深的地下通过抽油井井口采出后要经过很长的单井管线输送到采油计量站，经过原油计量和汇总后，再由采油计量站通过外输管线输送到联合站，经过联合站原油脱水和沉淀后，合格的原油送首站，剩下的污水通过外输高压注水管线送往高压注水计量站，高压注水计量站站通过流量计量和控制后，再把污水通过单井管线到高压注水井井口回注到地下，如图1所示高压注水井工艺流程。

根据中华人民共和国计量法和流量计检定规程规定，作为国家、企业重要的能源计量单位，必须按照规定定期进行校验，以确保计量装置的完好和正常运行。按照国标JJG1033-2007《电磁流量计检定规程》中7.4条有关规定,流量计检定周期为2年。

由于胜利油田高压注水井设备数量多、分布范围广，单井高压注水流量计在工艺流程上没有预留在线校准的管线接口(如图2所示)，从注水来液通过注水管线103依次连接注水流量计101、注水阀门102至注水井104，所以现场在用高压注水流量计到检验周期后须拆卸并送回厂检测中心实验室进行检定，更为严重的是高压注水流程没有设计旁通回路，一旦流量计拆回检定，整个高压注水井必须停注，这给原油生产带来严重影响。总之，由于流量计的拆卸困难，送检周期长，给原油生产带来严重影响和基层用工严重不足等问题影响，所以采油厂在用的高压注水流量计脱检情况比较严重。

目前，高压注水流量计检定主要涉及以下三个主要问题：

1、高压注水流量计的拆装问题

2015年以后，采油厂对所有的高压注水井流量计进行“四化”改造，由原来的普通涡轮式流量计改为电磁式数字流量计，它集流量自动采集、流量大小自动控制、数据自动远传等功能于一身，流量计电气接线复杂、仪表参数设置和拆装专业性强，现在再想把流量计拆回检测中心进行检定已经变得更加困难。

2、高压注水流量计送检时间问题

即使有厂家专业人员配合把现场流量计拆回到实验室进行检定，考虑实验室检定工作量和计划安排,每台流量计从送检到检定完成一般需要5个以上的工作日，在这期间的高压注水井流量无法进行计量，一是造成生产数据缺失，而是造成高压注水紊乱，影响原油的正常生产。

3、流量计拆卸、送检、安装需要耗费大量的人力、物力和财力

目前采油厂职工老龄化严重，职工缺员严重，车辆改革造成用车紧张，同时高压注水流量计检定费2000元/台，检定费高，造成基层送检积极性不高，流量计脱检严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中注水流量计的拆装困难、送检时间长且耗费人力材料的缺陷，提供一种油田高压注水井流量计的在线校准仪及校准方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

油田高压注水井流量计的在线校准仪，用于对被校准流量计进行校准，包括控制模块，所述控制模块包括脉冲接收器及PLC控制器，所述脉冲接收器与PLC控制器通讯连接；

水循环模块，所述水循环模块包括水箱、水泵、调节阀、标准流量计及被校流量计连接接口，所述被校准流量计连接在被校流量计连接接口上，所述水箱、水泵、调节阀、标准流量计及被校流量计依次连接成形成一个封闭液体介质流动的串联回路；所述标准流量计与所述PLC控制器数据通讯连接，所述被校流量计与所述脉冲接收器连接；所述标准流量计的精确度等级高于对应待校准的被校流量计；

动力模块，包括电机，所述电机与所述PLC控制器通过控制信号线连接；所述电机驱动所述水泵启停。

本发明的有益效果是：本发明水循环模块由水泵、水箱、调节阀和管线组成，负责构成封闭的液体介质循环回路，水箱里面储存清水，无任何杂质和气泡，基本达到了实验室的液体介质的水平，确保了校准数据的精度，满足高压注水流量计在线校准过程中对介质流量和流速的要求，通过PLC控制器控制电机的启动和停止，带动水泵的运行，根据标准流量计和被校流量计的计量数据计算进行校准。仅仅将被校准流量计连接在被校流量计连接接口上，即可实现了被校流量计在线现场校准的自动化，普通技术工人即可完成操作，现场适应性非常好。

在线校准时，液体介质通过被校流量计和标准流量计的液体达到等量、等速，符合JJG1033-2007《电磁流量计检定规程》中标准体积法校准的相关技术要求。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

如上所述本发明油田高压注水井流量计的在线校准仪，进一步，所述控制模块还包括触摸屏，所述PLC控制器，所述PLC控制器与触摸屏信号线通讯连接。通过触摸屏实现校准参数的实时录入、校准过程测控数据的实时显示、校准过程的自动控制、校准误差的自动计算、校准报告的自动生成。触摸屏画面显示直观、生动，人机互动友好，操作简单，现场适应性好。

如上所述本发明油田高压注水井流量计的在线校准仪，进一步，所述控制模块还包括控制回路开关，所述控制回路开关设置在所述触摸屏上。

如上所述本发明油田高压注水井流量计的在线校准仪，进一步，所述动力模块还包括电源接线柱、漏电保护器、交流接触器，所述电源接线柱连接在所述PLC控制器的控制面板上，所述电源接线柱与所述漏电保护器、交流接触器依次连接，所述交流接触器的输出端与所述电机；所述PLC控制器、控制回路开关与所述漏电保护器依次通过控制信号线连接。

如上所述本发明油田高压注水井流量计的在线校准仪，进一步，所述触摸屏为GOT2000系列的触摸屏。

如上所述本发明油田高压注水井流量计的在线校准仪，进一步，PLC控制器为FX3U系列的可编程序控制器；

如上所述本发明油田高压注水井流量计的在线校准仪，进一步，所述标准流量计与PLC控制器采用RS485数据通讯连接。

本发明被校流量计的流量数据采用脉冲读取方式，标准流量计流量数据采用RS485数据读取方式，校准方法独特，既方便了现场校准，有提高了校准的精度。

本发明还提供一种油田高压注水井流量计的在线校准仪的校准方法，包括如下步骤：步骤(1)将被校准流量计连接在被校流量计连接接口上；

步骤(2)，设定被校流量计校准时所需要的流量累计值V；

步骤(3)，确定被校流量计出厂时设定的脉冲参数c；

步骤(4)，设定并计算被校流量计的脉冲数n，n＝V×c；

步骤(5)，通过PLC控制器控制水泵运行，待水流稳定，管线气泡完全排除后，脉冲接收器接收被校流量计发出的脉冲，当接收到被校流量计第一个脉冲后，PLC控制器控制标准流量计开始计量；

步骤(6)，当脉冲数达到设定值n时，PLC控制器控制标准流量计停止计量和被校流量计停止发出脉冲，水泵停止，并进行误差校准。

本发明可以配备与被校流量计流量相匹配的水泵和调节阀，可以根据校准需要调节流量大小，满足在线校准是对液体介质流量和流速的要求。该在线校准仪可以实现对高压注水井流量计进行现场的在线校准，而不需要把现场的高压注水流量计再拆回实验室进行检定，大大减轻了基层员工的劳动强度，省时、省力、省钱，经济效益和社会效益非常可观。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有高压注水井工艺流程。

图2为现有单井高压注水流量计在工艺流程上的安装位置。

图3为本发明提供的油田高压注水井流量计的在线校准仪原理示意图；

图4为本发明在线校准仪中待校准高压注水流量计脉冲接收和标准流量计RS485数据接线图。

图5为本发明在线校准仪中待校准高压注水流量计接线端子；

图6为本发明在线校准仪中待校准高压注水流量计接线端子表示含义。

其中附图标记

1、电源接线柱,2、漏电保护器，3、交流接触器，4、电机，5、触摸屏， 6、PLC控制器，7、控制回路开关，8、脉冲器，9、数据传输接口，10、被校流量计，11、标准流量计，12、水箱，13、水泵，14、调节阀。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

根据本发明实施例油田高压注水井流量计的在线校准仪，用于对被校准流量计进行校准，包括控制模块，控制模块包括脉冲接收器及PLC控制器，脉冲接收器与PLC控制器通讯连接；

水循环模块，水循环模块包括水箱、水泵、调节阀、标准流量计及被校流量计连接接口，被校准流量计连接在被校流量计连接接口上，水箱、水泵、调节阀、标准流量计及被校流量计依次连接成形成一个封闭液体介质流动的串联回路；标准流量计与PLC控制器数据通讯连接，被校流量计与脉冲接收器连接；标准流量计的精确度等级高于对应待校准的被校流量计(如油田高压注水井流量计的在线校准仪精度为1.0级，而被校流量计精度为 1.5级，校准仪的精度满足校准的基本要求，符合国家相关规定)；

水循环模块负责构成封闭的液体介质循环回路，满足高压注水流量计在线校准过程中对介质流量和流速的要求。对高压注水流量计进行现场安装校准时，利用校准仪自带的清水做为校准的液体介质，液体介质无杂质、无气泡，达到了理想状态下的校准条件，满足JJG1033-2007《电磁流量计检定规程》规定的相关技术条件，校准精度高，满足在线校准工作对校准仪精度的要求(按照国家相关计量仪表的在线校准规定，校准仪精度需高于被校计量仪表的精度，才能对被校计量仪表进行在线校准)。

动力模块，包括电机，电机与PLC控制器通过控制信号线连接；电机驱动水泵启停。

上述水循环模块由水泵、水箱、调节阀和管线组成，负责构成封闭的液体介质循环回路，水箱里面储存清水，无任何杂质和气泡，基本达到了实验室的液体介质的水平，确保了校准数据的精度，满足高压注水流量计在线校准过程中对介质流量和流速的要求，通过PLC控制器控制电机的启动和停止，带动水泵的运行。PLC控制器可以为FX3U系列的可编程序控制器。

本发明在线校准仪在现场仅仅需要将被校准流量计从管线上拆下，直接连接在本发明在线校准仪的被校流量计连接接口上，即可实现了被校流量计在线现场校准的自动化，普通技术工人即可完成操作，现场适应性非常好。

具体地，控制模块还包括触摸屏，PLC控制器，PLC控制器与触摸屏信号线通讯连接。通过触摸屏实现校准参数的实时录入、校准过程测控数据的实时显示、校准过程的自动控制、校准误差的自动计算、校准报告的自动生成。触摸屏画面显示直观、生动，人机互动友好，操作简单，现场适应性好。

在一些具体实施例中，控制模块还包括控制回路开关，控制回路开关设置在触摸屏上。

在一些具体实施例中，动力模块还包括电源接线柱、漏电保护器、交流接触器，电源接线柱连接在PLC控制器的控制面板上，电源接线柱与漏电保护器、交流接触器依次连接，交流接触器的输出端与电机；PLC控制器、控制回路开关与漏电保护器依次通过控制信号线连接。

动力模块构成校准仪的电气主、控回路，一是对校准仪电气故障进行保护跳闸，二是控制电机的启动和停止。

在一些具体实施例中，触摸屏为GOT2000系列的触摸屏。

如上本发明油田高压注水井流量计的在线校准仪，进一步，PLC控制器为FX3U系列的可编程序控制器；

如上本发明油田高压注水井流量计的在线校准仪，进一步，标准流量计与PLC控制器采用RS485数据通讯连接。

本发明被校流量计的流量数据采用脉冲读取方式，标准流量计流量数据采用RS485数据读取方式，校准方法独特，既方便了现场校准，有提高了校准的精度。

本发明触摸屏及PLC控制器实现了对高压注水井流量计的在线校准全自动控制。校准功能主要包括：校准参数的实时录入、校准过程测控数据的实时显示、校准过程的自动控制、校准误差的自动计算、校准报告的自动生成。触摸屏画面显示直观、生动，人机互动友好，操作简单，现场适应性好。

本发明还提供油田高压注水井流量计的在线校准仪的校准方法，包括如下步骤：步骤(1)将被校准流量计连接在被校流量计连接接口上；

步骤(2)，设定被校流量计校准时所需要的流量累计值V(m³)；

步骤(3)，确定被校流量计出厂时设定的脉冲参数c；

步骤(4)，设定并计算被校流量计的脉冲数n，n＝V×c；

步骤(5)，通过PLC控制器控制水泵运行，待水流稳定，管线气泡完全排除后，脉冲接收器接收被校流量计发出的脉冲，当接收到被校流量计第一个脉冲后，PLC控制器控制标准流量计开始计量；

步骤(6)，当脉冲数达到设定值n时，PLC控制器控制标准流量计停止计量和被校流量计停止发出脉冲，水泵停止，并进行误差校准。

本发明油田高压注水井流量计的在线校准仪工作原理，采用“体积法”进行在线校准，工作原理介绍以下：

在线校准时，用一块准确度等级比被校流量计高的标准流量计，同时去测量同一液体的体积，用彼此的流量累计值的差异来确定被校流量计的现场。

(1)被校准流量计流量累计值V＝n/c

(2)读取校准仪上标准流量计的流量累计值V_S

代入现场计算公式1，即可得出被校流量计的现场E。

其中：V–被校流量计流量累计值，单位是m³

V_S-标准流量计流量累计值，单位是m³

n–被校流量计发出的脉冲数，单位是个

c–被校流量计脉冲参数，单位是脉冲个数/m³

校准仪具体校准方法

(1)、校准仪工作前，被校流量计的脉冲数n的设定。

①、首先设定被校流量计校准时所需要的流量累计值V(我厂规定校准一个点需要0.3m³体积的水)。

②、确定被校流量计出厂时设定的脉冲参数c，(厂家设定为 1800/m³)。

③、计算出被校流量计应该发出的脉冲数n。

n＝V×c＝540(个)

最后把脉冲数值n在校准仪触摸屏上进行设定。

(2)、在校准仪触摸屏上校准脉冲值n设定好后，操作人员按下校准仪上触摸屏内的启动按钮，校准工作开始，以下过程在可编程序控制器的控制下自动完成。

①、水泵运行60秒，等水流稳定，管线气泡完全排除后，校准仪自动开始接收被校流量计发出的脉冲，当接收到被校流量计第一个脉冲后，自动控制标准流量计开始计量。

②、当触摸屏接收到的脉冲数达到设定值时，发出停止计量信号，校准仪自动控制标准流量计和被校流量计停止计量。

③、校准工作完成后自动停泵。

(3)、操作人员按下触摸屏的校准误差按钮，自动显示校准误差。

(4)、操作人员按下触摸屏数据存储按钮，校准报告自动存储U盘。

校准仪达到的技术要求

(1)、校准仪校准精度：1.0

(2)、环境温度:5℃―50℃

校准仪精度为1.0级，被校高压注水流量计精度为1.5级，校准仪校准精度高于被校流量计的精度，所以符合JJG1033-2007《电磁流量计检定规程》中的有关规定,满足高压注水井流量计的在线校准要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种油田高压注水井流量计的在线校准仪，用于对被校准流量计进行校准，其特征在于，包括控制模块，所述控制模块包括脉冲接收器及PLC控制器，所述脉冲接收器与PLC控制器通讯连接；

水循环模块，所述水循环模块包括水箱、水泵、调节阀、标准流量计及被校流量计连接接口，所述被校准流量计连接在被校流量计连接接口上，所述水箱水泵、调节阀、标准流量计及被校流量计依次连接成形成一个封闭液体介质流动的串联回路；所述标准流量计与所述PLC控制器数据通讯连接，所述被校流量计与所述脉冲接收器连接；所述标准流量计的精确度等级高于对应待校准的被校流量计；

动力模块，包括电机，所述电机与所述PLC控制器通过控制信号线连接；所述电机驱动所述水泵启停。

2.根据权利要求1所述油田高压注水井流量计的在线校准仪，其特征在于，所述控制模块还包括触摸屏，所述PLC控制器，所述PLC控制器与触摸屏信号线通讯连接。

3.根据权利要求2所述油田高压注水井流量计的在线校准仪，其特征在于，所述控制模块还包括控制回路开关，所述控制回路开关设置在所述触摸屏上。

4.根据权利要求3所述油田高压注水井流量计的在线校准仪，其特征在于，所述动力模块还包括电源接线柱、漏电保护器、交流接触器，所述电源接线柱连接在所述PLC控制器的控制面板上，所述电源接线柱与所述漏电保护器、交流接触器依次连接，所述交流接触器的输出端与所述电机；所述PLC控制器、控制回路开关与所述漏电保护器依次通过控制信号线连接。

5.根据权利要求2所述油田高压注水井流量计的在线校准仪，其特征在于，所述触摸屏为GOT2000系列的触摸屏。

6.根据权利要求1至5任一项所述油田高压注水井流量计的在线校准仪，其特征在于，PLC控制器为FX3U系列的可编程序控制器。

7.根据权利要求1至5任一项所述油田高压注水井流量计的在线校准仪，其特征在于，所述标准流量计与PLC控制器采用RS485数据通讯连接。

8.一种权利要求1至7任一项所述油田高压注水井流量计的在线校准仪的校准方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)将被校准流量计连接在被校流量计连接接口上；

步骤(2)，设定被校流量计校准时所需要的流量累计值V；

步骤(3)，确定被校流量计出厂时设定的脉冲参数c；

步骤(4)，设定并计算被校流量计的脉冲数n，n＝V×c；

步骤(5)，通过PLC控制器控制水泵运行，待水流稳定，管线气泡完全排除后，脉冲接收器接收被校流量计发出的脉冲，当接收到被校流量计第一个脉冲后，PLC控制器控制标准流量计开始计量；

步骤(6)，当脉冲数达到设定值n时，PLC控制器控制标准流量计停止计量和被校流量计停止发出脉冲，水泵停止，并进行误差校准。

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