流量檢定裝置比對試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

馬鴻濤

(大慶油田有限責(zé)任公司測試技術(shù)服務(wù)分公司 黑龍江 大慶 163153)

0 引 言

在油田動(dòng)態(tài)監(jiān)測中，流量是注入剖面測井監(jiān)測的重要參數(shù)。提高流量測量精度能夠準(zhǔn)確了解井下吸水層位、控制水井分層測調(diào)質(zhì)量，為制定和調(diào)整油水井注采方案提供詳實(shí)依據(jù)。大慶油田測試技術(shù)分公司流量計(jì)檢定裝置是從2002年開始陸續(xù)安裝使用的，投產(chǎn)至今未對裝置進(jìn)行過計(jì)量比對。近幾年，油田水井流量測調(diào)任務(wù)較多，為了使各儀表室所出具的注入剖面流量校準(zhǔn)數(shù)據(jù)具有一致性、可靠性和準(zhǔn)確性，能夠滿足油田專業(yè)測試量值溯源的要求[1]，以檢測實(shí)驗(yàn)中心三相流模擬井實(shí)驗(yàn)室作為主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，開展了流量裝置計(jì)量比對，該項(xiàng)工作是檢測量值統(tǒng)一及可靠的有效手段[2]，通過開展實(shí)驗(yàn)室間計(jì)量比對，能夠科學(xué)地考核和評價(jià)各儀表室流量設(shè)備檢測能力[3]。

1 設(shè) 備

比對標(biāo)準(zhǔn)器的選擇至關(guān)重要[4]，本比對使用的模擬井流量準(zhǔn)確度等級為0.5級，量程為(0.2～800) m3/d。比對前應(yīng)由計(jì)量檢定所對電子秤進(jìn)行檢定，確認(rèn)其示值準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定，校準(zhǔn)前首先將被測井下流量計(jì)安裝在模擬井內(nèi)，應(yīng)保證儀器位于模擬井工作筒截面中心，然后安裝防噴堵頭，啟動(dòng)三相流模擬井裝置，將管路中的空氣排出，根據(jù)所設(shè)流量標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行示值檢定[5]。比對試驗(yàn)應(yīng)按照國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF 1117—2010《計(jì)量比對》[6]的要求進(jìn)行。

2 比對試驗(yàn)

在三相流模擬井實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)定如下流量校準(zhǔn)點(diǎn)：3、9、15、37、50、80、100、150、200和300 m3/d，做3組流量循環(huán)。通過傳遞樣本與比對結(jié)果對照，確定比對效果。

2.1 傳遞標(biāo)準(zhǔn)樣本

比對傳遞標(biāo)準(zhǔn)樣本選用相同型號的電磁流量計(jì)2支，準(zhǔn)確度為2.0級，量程為(1～300)m3/d。比對前儀器應(yīng)在檢測實(shí)驗(yàn)中心主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室檢測，確認(rèn)儀器示值準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定，作為本次比對校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)器具。2支傳遞標(biāo)準(zhǔn)在主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，共進(jìn)行5次檢測。表1和表2為兩個(gè)樣本的最大引用誤差[7]。

表1 樣本1主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)結(jié)果 %

表2 樣本2主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)結(jié)果 %

從表1和表2可以看出，2個(gè)樣本的最大引用誤差分別是0.674%和0.577%，小于準(zhǔn)確度要求的2%，傳遞標(biāo)準(zhǔn)具有較好的穩(wěn)定性、可靠性和一致性。通過傳遞標(biāo)準(zhǔn)在主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)，可以保證比對過程中各參比對象的有效性。

2.2 比對方式

選擇花瓣式比對方式，如圖3所示，即比對過程分3個(gè)循環(huán)。

圖3 花瓣式比對

為了在每個(gè)循環(huán)的過程中實(shí)時(shí)地跟蹤傳遞標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)動(dòng)態(tài)，保障各比對數(shù)據(jù)的可比性[8]和有效性，每個(gè)循環(huán)的開始與結(jié)束都由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室將2支傳遞標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)一次。

共有10套流量裝置參與比對工作。

2.3 檢測結(jié)果

在各實(shí)驗(yàn)室流量計(jì)檢定裝置上對2只電磁流量計(jì)進(jìn)行檢測，其最大引用誤差數(shù)據(jù)如表3、表4所示。從數(shù)據(jù)可以看出，其中8套流量計(jì)檢定裝置準(zhǔn)確度合格，結(jié)果符合2.0級。樣本1和樣本2在另外2套流量計(jì)檢定裝置(32#、26#)上的最大引用誤差分別是3.96%、4.81%和3.44%、6.98%，均超出范圍，準(zhǔn)確度為不合格。綜上所述，本次參加比對的流量計(jì)檢測合格率為80%。

表3 樣本1比對設(shè)備檢測數(shù)據(jù) %

表4 樣本2比對設(shè)備檢測數(shù)據(jù) %

3 數(shù)據(jù)分析

比對采用Z比分?jǐn)?shù)據(jù)分析方法。Z比分是一種不受原始測量單位影響的數(shù)值，其特性是除了能表明原數(shù)據(jù)在其分布中的位置外，還能對不方便直接比較的各種單位的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

3.1 術(shù)語及規(guī)則

3.1.1 中位值

中位值，即全部觀察結(jié)果按大小順序排列，位次居中的那個(gè)數(shù)值。在全部觀察值中，有1/2的數(shù)值比它大，有1/2的數(shù)值比它小。

如果N是奇數(shù)，那么中位值是一個(gè)單一的中心值，計(jì)算如式1所示：

(1)

如果N是偶數(shù)，那么中位值是兩個(gè)中心值的平均，計(jì)算如式2所示：

(2)

例如，如果N是11，中位值是第6個(gè)值；如果N是12，那么中位值是第6 和第7個(gè)值的平均值。

四分位數(shù)間距，即IQR，是指上四分位數(shù)與下四分位數(shù)之差，其間包括了全部觀察值的1/2，其數(shù)值越大，分散程度愈大；反之，分散程度愈小。上四分位值(Q3)指全部觀察值中有1/4的觀察值比它大的一個(gè)值，為(3N/4+1/4)次序的觀察值；下四分位值(Q1)指全部觀察值中有1/4的觀察值比它小的一個(gè)值，為(N/4+3/4)次序的觀察值。若一組數(shù)按序以小到大排列，觀察值為X1，X2……XN，N為觀察值的個(gè)數(shù)，求(N-1)/4的值,其中i為商，j為余數(shù)，則下四分位值如式(3)所示：

(3)

上四分位值Q3的計(jì)算與下四分位類似，計(jì)算時(shí)觀察值序列從大到小排列即可。

3.1.2Z比分?jǐn)?shù)規(guī)則

將檢測數(shù)據(jù)Qji按大小順序排列，如式(4)所示：

Q1i<

(4)

則設(shè)備的Z比分?jǐn)?shù)值如式(5)：

(5)

式(5)中，Z為Z比分?jǐn)?shù)值;Qji為Qji第j個(gè)設(shè)備在第i測量點(diǎn)的平均實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；Qri為參考值，即中位值；s為所有參比設(shè)備比對結(jié)果發(fā)散量的估計(jì)。

s一般采用樣本標(biāo)準(zhǔn)差或標(biāo)準(zhǔn)化四分位間距(NIQR)[9]作為結(jié)果發(fā)散性的量度。NIQR與標(biāo)準(zhǔn)偏差類似，穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)[10]的處理方法是s采用式(6)計(jì)算：

s=NIQR=IQR×0.741 3

(6)

式(6)中，s為所有參比設(shè)備比對結(jié)果發(fā)散量的估計(jì)；IQR為四分位數(shù)間距。

在此次比對中每個(gè)測量點(diǎn)共記錄16組數(shù)據(jù)，取其平均值作為各設(shè)備在每個(gè)測量點(diǎn)的Yji值。參比設(shè)備的比對結(jié)果評判原則[11]如下：當(dāng)|Z|≤2時(shí)，結(jié)果在合理的預(yù)期范圍內(nèi)；當(dāng)2<|Z|<3，與合理的預(yù)期結(jié)果有差距，結(jié)果可疑，應(yīng)分析原因；當(dāng)|Z|≥3時(shí)，比對結(jié)果沒有達(dá)到合理的預(yù)期，應(yīng)查找并分析原因。

3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2支傳遞標(biāo)準(zhǔn)樣本在10套檢定設(shè)備的Z比分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)如表5、表6所示。表中的評判項(xiàng)“1”代表滿意，“0”代表不滿意。

表5 樣本1 Z比分?jǐn)?shù)

表6 樣本2 Z比分?jǐn)?shù)

由表5和表6可知，有6套裝置的Z比分?jǐn)?shù)是滿意的，4套裝置的Z比分不滿意。其中樣本1在16#、21#、32#和26#設(shè)備上的Z比分?jǐn)?shù)最大值分別為11.01%、3.53%、3.75%和4.64%；樣本2在16#、21#、32#和26#設(shè)備上的Z比分?jǐn)?shù)最大值分別為8.72%、4.08%、3.95%和4.90%。

根據(jù)Z比分?jǐn)?shù)的統(tǒng)計(jì)方法要求，本次比對2支傳遞標(biāo)準(zhǔn)在10套檢定裝置內(nèi)共計(jì)完成140個(gè)流量點(diǎn)的Z比分?jǐn)?shù)計(jì)算，落在滿意區(qū)(︱Z︱≤2 )的有120個(gè)，落在有

差距區(qū)(2 <︱Z︱<3)的有2個(gè)，落在不滿意區(qū)(︱Z︱≥3 )的有18個(gè)。比對反映了10套流量裝置的運(yùn)行狀況，結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的檢測目的。

4 結(jié) 論

針對裝置比對試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合誤差曲線綜合分析,在流量檢定裝置的比對和使用上有以下認(rèn)識。

1)比對樣本應(yīng)在主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行校前檢測，保證比對過程中各參比對象的有效性。

2)比對過程中示值誤差超差或Z比分不符合預(yù)期值的，應(yīng)檢查設(shè)備是否存在問題。

3)在流量檢定比對試驗(yàn)中，Z比分?jǐn)?shù)分布曲線圖能夠直觀顯示設(shè)備檢定誤差情況。

4)設(shè)備使用和管理單位應(yīng)根據(jù)不同的Z比分?jǐn)?shù)分布區(qū)間，采取不同措施，確保設(shè)備量值傳遞持續(xù)有效。