Исследование и разработка метрологического обеспечения средств измерений массового расхода жидкости нефтяных скважин

• Автор: Горелова, Нонна Евгеньевна
• Шифр специальности: 05.11.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 161 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Исследование физических свойств среды и условий, влияющих на погрешность методов и средств измерений объёма и массы жидкости нефтяных скважин

1.1. Физические свойства измеряемой среды

1.2. Условия измерений, источники погрешности и применяемые

средства измерений объёма и массового расхода (дебита)

жидкости нефтяных скважин

1.3. Применяемые методы и эталонные средства измерений объема .

и массы жидкости

1.4. Основные требования к средствам измерений объёма, массы и

расхода (дебита) жидкости нефтяных скважин

Глава 2. Исследование погрешности метода и средства измерения массового расхода
(дебита) жидкости нефтяных скважин
2.1. Метод и средство измерения массового расхода (дебита)
нефтяных скважин
2.2. Методики оценки и компенсации составляющих погрешности
2.3. Погрешность массоизмерительной установки в рабочих
условиях применения
2.4. Выводы
Глава 3. Разработка и исследование средств и метода поверки массоизмерительных установок в условиях эксплуатации
3.1. Теоретические основы имитационного метода поверки массоизмерительных установок в условиях эксплуатации
3.2. Основные соотношения имитационного метода поверки
массоизмерительных установ ок
3.3. Исследования метр ологических характеристик имитационного
метода поверки массоизмерительных установок
3.4. Разработка локальной поверочной схемы
3.5. Выводы
Глава 4. Экспериментальные исследования массоизмерительных установок
4.1. Особенности конструкции стационарных и передвижных
массоизмерительных установок
4.2. Сравнительный анализ технических характеристик
установок «АСМА» с отечественными и зарубежными аналогами
4.3. Результаты промышленного внедрения массоизмерительных
установок типа «АСМА»
4.4. Результаты экспериментальных исследований метрологических —
характеристик массоизмерительных установок типа «АСМА»
4.5. Выводы
Заключение
Список использованных источников
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Задачи повышения эффективности работы топливо-энергетического комплекса неразрывно связаны с совершенствованием методов измерений количества энергоресурсов, и, в первую очередь, количества добываемой нефти. Так, законом РФ «Об энергосбережении» ст. 7 и ст. 11 регламентируется необходимость проведения измерений количества энергоресурсов при их добыче, производстве, переработке, транспортировке, хранении и потреблении.
При этом все работы должны выполняться под государственным метрологическим контролем и надзором, проводимым в рамках Закона РФ «Об обеспечении единства измерений». Это позволит обеспечить правовую базу учетных операций, осуществляемых при купле-продаже нефти.
В настоящее время при учете количества добываемой нефти в основном используются объемные методы измерений, реализованные на базе установок типа «Спутник» и основанные на применении объемных расходомеров нефти. При этом перед измерением скважинный газожидкостной поток предварительно разделяется на газовую и жидкую компоненты в специальных технологических устройствах-сепараторах. Качество сепарации, а, следовательно, и количество газа в жидкой фазе потока зависит от многих факторов (давления, температуры, вязкости, плотности жидкой и газовой фаз потока), что приводит к существенным погрешностям измерений при применении объемных расходомеров.
Поэтому осуществлять эффективный учет количества добываемой нефти на базе объемных методов измерений весьма сложно.
В этой связи более перспективными являются массовые методы измерений и, в частности, метод измерения массового расхода жидкости нефтяных скважин с помощью тензометрических датчиков. В этом случае масса нефтяного потока скважины измеряется в емкости с помощью тензометрического датчика. При применении данного метода измерения нефтяной поток непосредственно не взаимодействует с тензометрическим датчиком, что позволяет проводить измерения с высокой точностью. Кроме того, не требуется осуществления предварительной сепарации, что упрощает процедуру измерений, т.е. измерения становятся более дешевыми. К такому типу установок относятся массоизмерительные установки типа «АСМА». Эти установки кроме вышеизложенных преимуществ позволяют проводить измерения на потоке без нарушения технологического режима работы нефтяных скважин.
Таким образом, наиболее перспективным методом для осуществления эффективного учета количества добываемой нефти является массовый метод измерений с помощью установок «АСМА».
В то же время для обеспечения высокой точности измерений, реализуемых массоизмерительными установками «АСМА>, необходимо разработать специальные методы метрологического обеспечения установок- при выпуске из производства и в условиях эксплуатации. Эти методы должны позволять проводить нормирование метрологических характеристик установок с учетом действия влияющих факторов, а также позволять проводить поверку установок в условиях эксплуатации без демонтажа тензометрических датчиков с использованием наименьшего количества эталонных гирь.
Недостаточность проработки вышеуказанных вопросов обуславливает важность и актуальность темы диссертационной работы.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: -осуществить анализ состояния измерений массового расхода жидкости нефтяных скважин и обосновать перспективность применения массоизмерительных установок;
-провести анализ составляющих погрешностей массоизмерительных установок «АСМА> и разработать алгоритмы оценки систематической и случайной составляющих погрешности установок в реальных условиях эксплуатации;
-теоретически обосновать и экспериментально подтвердить возможность применения'для поверки массоизмерительных установок «АСМА» специально разработанного метода

замещения неизвестной массы рабочей среды известной мерой (эталонными гирями), позволяющего проводить поверку установок в условиях эксплуатации с помощью наименьшего количества эталонных гирь и без демонтажа тензометрических датчиков; -провести анализ существующих эталонных средств измерений и разработать локальную поверочную схему для массоизмерительных установок, позволяющую комплексно решать задачи метрологического обеспечения установок при выпуске из производства и в условиях эксплуатации;
-разработать нормативные документы по метрологии, регламентирующие методики выполнения измерений и поверки массоизмерительных установок при выпуске из производства и в условиях эксплуатации;
-экспериментально апробировать и подтвердить целесообразность применения предлагаемых средств и методов метрологического обеспечения массоизмерительных установок при выпуске из производства и в условиях эксплуатации.

постоянной времени 1x10'5с), допустив предельно возможное детерминированное изменение расхода в 2,5%, максимальная погрешность от нестабильности составляет не более 0,1%.
На основании результатов структурного исследования составляющих суммарной погрешности и приведенных аналитических выражений оценим систематическую и случайную составляющие погрешности массоизмерительной установки в режиме измерения среднесуточного расхода.
Дополнительные неисключенные остатки систематической погрешности, оценены их максимальными значениями:
0„ - неисключенные остатки систематической погрешности измерения массы = 0,15% (0,506:1,1);
0ом - систематическая составляющая образцовых мерников = ±0,1%;
©я - систематическая погрешность денсиметра = 0,01%;
0Х - систематическая погрешность термометра = 0,2%;
©о - систематическая погрешность секундомера— 0,01%;
0q - систематическая погрешность от нестабильности расхода стенда = 0,1%.
Граница неисключенной систематической погрешности расчитанная по формуле (2.13)
©Q- = Ks[2 ©?]1/2 = 0,212%.

CKO результата косвенных измерений, являющегося функцией вида Q = F (x,y,z) вычисляется по формуле
Sq = (D* + D2 +D2z)‘/!, (2.32)
где Dx; Dy; Dz - частные погрешности косвенного измерения, равны
Dx = — Sx; Dy = — Sy; Dz=^Sz; dx dy dz
cQ cQ cQ где —; —; —^ - частные производные; dx dx dx
Sx; Sy; Sz - случайные погрешности результатов прямых измерений величин х, е, z.
Для однородных величин х, е, z, у которых случайные погрешности результатов измерений различны, а оценки средних и дисперсий, вычисленные для отдельных групп наблюдений не имеют значительных смещений друг относительно друга
SQ = (Sx2+Sy2+Sz2)1/2, (2.33)
Используя полученные предельные оценки СКО составляющих случайной погрешности, по формуле (2.30) вычислим Sq, при этом учитываем, что 8ДСэ = 0,075:; Syr = 0,075%;
Sx =0,005%; SQr =0,1%
Sq = [2 (Si)2]172 = 0,1468%

Суммарная основная погрешность Aoq массоизмерительной установки в режиме измерения среднесуточного расхода, определенная по формуле (2.4) равна ±0,51%.
При этом СКО суммы неисключенных систематических и случайных погрешностей Sv вычисляем по формуле (2.18)
S£q= [S2+i (©i)2]1/2 = 0,378%.
3 L=1 — —
Таким образом, доверительная граница погрешности массоизмерительной установки в режиме измерения среднесуточного расхода составляет ±0,51%.
Следует подчеркнуть, что все вышеприведенные значения составляющих погрешности обеспечиваются прежде всего тщательными метрологическими исследованиями массоизмерительной установки.