油田數(shù)字化計(jì)量站控制簡(jiǎn)介

北京安控科技股份有限公司 劉靜波

1 油田量油的概念

在油田生產(chǎn)中，對(duì)油井進(jìn)行單獨(dú)計(jì)量的過(guò)程叫做量油。通過(guò)量油可以計(jì)算出單口油井的產(chǎn)油量。

油田在量油后，通常產(chǎn)生三種結(jié)果：日產(chǎn)液量、日產(chǎn)油量、日產(chǎn)氣量。

油田通過(guò)量油結(jié)果的歷史數(shù)據(jù)可以分析出油井的生命周期，產(chǎn)能，并相應(yīng)地采取注水等措施來(lái)增加產(chǎn)量。

2 油田量油的傳統(tǒng)方式

傳統(tǒng)的計(jì)量站內(nèi)設(shè)備有：出油閥（排油閥、兩通閥），若干個(gè)三通閥（接入每口油井），氣液分離器，可視液位計(jì)等，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)計(jì)量站示意圖

油田量油傳統(tǒng)的為人工手動(dòng)操作量油，量油過(guò)程如圖2所示。

圖2 量油過(guò)程示意圖

每個(gè)油井管匯上均安裝兩個(gè)兩通球閥。一個(gè)在計(jì)量位進(jìn)入計(jì)量設(shè)備，另一個(gè)在生產(chǎn)位則不經(jīng)過(guò)計(jì)量設(shè)備，直接向集中處理站方向傳輸。

需要計(jì)量時(shí)，手動(dòng)打開(kāi)計(jì)量位球閥，關(guān)閉生產(chǎn)位球閥將油井的來(lái)油改入分離器進(jìn)行氣、液兩相分離再將分離器兩通閥手動(dòng)關(guān)閉，使分離器液位上升。

觀察可視液位計(jì)，當(dāng)上升到某一液位時(shí)，按下手中秒表開(kāi)始有效計(jì)量時(shí)間的計(jì)時(shí)，觀察含水分析儀當(dāng)前的含水率和進(jìn)入分離器端的氣體流量計(jì)的氣體總量。當(dāng)液位上升到液位計(jì)一定高度時(shí)，停止有效計(jì)量時(shí)間的計(jì)時(shí)，并觀察氣體流量計(jì)此時(shí)的氣體總量。進(jìn)入壓油過(guò)程，將分離器的兩通閥打開(kāi)，油水混合液通過(guò)油井產(chǎn)氣將分離器內(nèi)壓力升高壓出，或通過(guò)排油泵將混合液抽出，分離器液位下降。

當(dāng)油水混合液從分離器中排出后，壓油結(jié)束，將當(dāng)前計(jì)量井的計(jì)量位球閥關(guān)閉，生產(chǎn)位球閥打開(kāi)，讓原油直接輸出。

操作人員根據(jù)分離器容積和計(jì)時(shí)時(shí)間，可以計(jì)算出該油井日產(chǎn)液量，結(jié)合含水率或原油密度，可計(jì)算出該油井的日產(chǎn)油量；氣體通過(guò)氣體流量計(jì)計(jì)時(shí)時(shí)間所產(chǎn)生的氣體總量折算出該井的日產(chǎn)氣量。

3 自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

油田數(shù)字化建設(shè)的目的是通過(guò)數(shù)字化建設(shè)進(jìn)一步降低廣大員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)于突發(fā)性事件能及時(shí)響應(yīng)報(bào)警，并能迅速指出問(wèn)題原因，提高現(xiàn)場(chǎng)人員和設(shè)備的安全性。在傳統(tǒng)的計(jì)量站操作過(guò)程中，由于閥門(mén)過(guò)多，人工操作過(guò)程繁瑣，為此提出了自動(dòng)化計(jì)量系統(tǒng)，來(lái)解決操作難這一問(wèn)題。

3.1 自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

自動(dòng)化計(jì)量控制系統(tǒng)應(yīng)該具有以下功能：

數(shù)據(jù)采集功能

包括計(jì)量工藝流程溫度、壓力、液位、天然氣濃度、含水率、注水流量等。

倒井控制根據(jù)中控室的操作指令，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜自動(dòng)控制兩通閥的打開(kāi)和關(guān)閉或三通閥的計(jì)量位、生產(chǎn)位。

計(jì)量控制

某一個(gè)油井切換到計(jì)量位后，根據(jù)液位計(jì)遠(yuǎn)傳的液位信號(hào)自動(dòng)控制壓油閥的開(kāi)、關(guān)，完成一定時(shí)間或一定罐次的計(jì)量。

計(jì)量計(jì)算

計(jì)量過(guò)程結(jié)束后，自動(dòng)計(jì)算出液、油、氣的日產(chǎn)量。

3.2 自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的構(gòu)成

自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)主要由：控制器、被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和變送器四個(gè)環(huán)節(jié)組成。

其中以北京安控科技發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)的Super E50主控制器和I/O模塊為代表，組成了自動(dòng)化系統(tǒng)的核心。Super E50 系列RTU 是安控科技集多年的控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的新型模塊化RTU 產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集和設(shè)備的控制。該產(chǎn)品采用了32 位處理器和高效的嵌入式操作系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)功能強(qiáng)大、操作方便、集成度高，不僅能完成數(shù)據(jù)采集、定時(shí)、計(jì)數(shù)、控制，還能完成復(fù)雜的計(jì)算、PID控制、通訊聯(lián)網(wǎng)等功能，其程序開(kāi)發(fā)方便，可與上位機(jī)組成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集散控制。Super E50 系列RTU 產(chǎn)品具有多種配置和可選功能，可根據(jù)工程的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)成各種控制系統(tǒng)。

改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量工藝，選用先進(jìn)可靠現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備，例如液位計(jì)和壓力表需要換成帶有傳感器的設(shè)備，安裝電動(dòng)三通球閥，如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖

4 自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的特色

自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)將傳統(tǒng)的手動(dòng)控制變?yōu)樽詣?dòng)控制，例如操作人員不需要手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥門(mén)、掐表計(jì)時(shí)、人工計(jì)算等，一切都在系統(tǒng)中完美執(zhí)行。

4.1 基本功能

自動(dòng)化計(jì)量系統(tǒng)可以通過(guò)人機(jī)界面操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，只需輕點(diǎn)一下鼠標(biāo)，就可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)閥門(mén)操作。

實(shí)時(shí)觀察現(xiàn)場(chǎng)管道的壓力溫度等參數(shù)，一目了然，隨時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況。

4.2 自動(dòng)量油

自動(dòng)量油系統(tǒng)計(jì)量過(guò)程與人工計(jì)量相比，手動(dòng)改自動(dòng)，人算改機(jī)算。

4.2.1自動(dòng)排序

自動(dòng)排序可以設(shè)置將需要計(jì)量的所有油井進(jìn)行大排序。通過(guò)排序，系統(tǒng)自動(dòng)按照排序優(yōu)先級(jí)進(jìn)行量油，當(dāng)一口井計(jì)量完成后，自動(dòng)尋找排序設(shè)置中的下一口井進(jìn)行量油，整個(gè)過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)操作即可完成。

有些油井屬于間出井，用傳統(tǒng)的方式計(jì)量并不準(zhǔn)確，針對(duì)這種情況，在自動(dòng)排序設(shè)置中可以針對(duì)間出井設(shè)置計(jì)量罐數(shù)，通過(guò)在不同的時(shí)間計(jì)量若干罐數(shù)取出產(chǎn)液量的平均值，可以接近這種間出井的實(shí)際日產(chǎn)量。

4.2.2系統(tǒng)兼容

雖然各個(gè)計(jì)量站的基本工藝相同，但是油井?dāng)?shù)、注水井?dāng)?shù)、采集點(diǎn)數(shù)往往有很大的差別。因此一個(gè)完善的計(jì)量系統(tǒng)可以根據(jù)不同情況做相應(yīng)的設(shè)置。

系統(tǒng)可以設(shè)置三種壓油方式，一般情況下用平衡罐自然排油，但是對(duì)于產(chǎn)氣量小的油井，僅靠自然排油往往無(wú)法完成壓油。因此在壓油階段將天然氣出口電動(dòng)閥關(guān)閉，從而使分離器內(nèi)壓力升高，將分離器中的液體向下壓出去。對(duì)于產(chǎn)氣量特別小甚至無(wú)氣的油井，靠憋壓排油往往也無(wú)法完成壓油。因此在壓油階段打開(kāi)壓油兩通閥的同時(shí)，啟動(dòng)管道泵，強(qiáng)制將分離器中的液體排出去。

油田上有些油井開(kāi)采過(guò)程中伴有向管道中摻水，以達(dá)到稀釋加熱油品的工藝，此計(jì)量系統(tǒng)設(shè)置有自動(dòng)計(jì)算摻水量的功能。系統(tǒng)將提供一個(gè)摻水對(duì)照表，用戶只需將每個(gè)摻水流量計(jì)與油井的管道對(duì)應(yīng)起來(lái)，當(dāng)計(jì)量油井時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)表中設(shè)置的摻水流量計(jì)進(jìn)行累計(jì)求和，計(jì)量完成時(shí)根據(jù)計(jì)量時(shí)間折算出一天的摻水量，進(jìn)而算出更加精確的油井產(chǎn)液量。

根據(jù)不同地區(qū)的不同計(jì)量站，系統(tǒng)提供豐富簡(jiǎn)潔的配置窗口來(lái)設(shè)置是否有進(jìn)氣閥，是否有出氣閥，計(jì)量結(jié)束時(shí)是否關(guān)閉出油閥、氣閥，設(shè)置壓油壓到下液位時(shí)是否延時(shí)壓油時(shí)間防止罐內(nèi)壓力不平衡以致反液的情況發(fā)生。

4.2.3精確計(jì)算

在油井開(kāi)采過(guò)程中，開(kāi)采出來(lái)的往往不是純油，其中含有一些氣體和水，要想精確地算出油井一天的產(chǎn)量，就要設(shè)法檢測(cè)出油井含有的水量和氣量。在上油階段，當(dāng)單井原油流經(jīng)氣體流量計(jì)時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始檢測(cè)氣體的瞬時(shí)流量并加以累計(jì)，上油結(jié)束時(shí)，自動(dòng)計(jì)算在上油過(guò)程中的產(chǎn)氣量，在壓油階段，當(dāng)分離器原油流經(jīng)含水儀和出油閥時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)含水儀輸出信號(hào)變化在每一秒鐘進(jìn)行自動(dòng)求和與計(jì)算平均值，當(dāng)壓油結(jié)束后，根據(jù)計(jì)算出來(lái)的平均含水率和產(chǎn)氣量來(lái)算出單口油井一天實(shí)際的產(chǎn)液量、產(chǎn)油量和產(chǎn)氣量。

4.4 報(bào)警處理

在計(jì)量站進(jìn)行油井生產(chǎn)計(jì)量過(guò)程中，往往伴有一定的危險(xiǎn)性。

由于全程管道為密閉性，并且經(jīng)常性的操作閥門(mén)，容易導(dǎo)致壓力不均衡，尤其在上油階段，容易造成“冒罐”，因此，系統(tǒng)提供強(qiáng)大的故障處理和事故預(yù)警系統(tǒng)，在計(jì)量過(guò)程中，實(shí)時(shí)檢測(cè)管道內(nèi)、分離器內(nèi)的壓力是否超大，分離器的液位是否超高，兩通閥和三通閥是否在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)故障，檢測(cè)在計(jì)量過(guò)程中是否停電，ups是否報(bào)警，如有一條上述條件，系統(tǒng)將終止自動(dòng)計(jì)量，并發(fā)出報(bào)警，提醒監(jiān)控人員進(jìn)行處理措施。

由于地下情況復(fù)雜，油井開(kāi)采過(guò)程中往往將一些有毒物質(zhì)一起輸送到管道，如硫化氫。計(jì)量站屬于一個(gè)無(wú)人值守的封閉室，如有管道泄露遇到明火隨即會(huì)引發(fā)爆炸事故或站場(chǎng)人員在不知情的情況下進(jìn)入計(jì)量站將會(huì)立即中毒，因此，系統(tǒng)要實(shí)時(shí)檢測(cè)站內(nèi)的可燃性氣體，一旦發(fā)現(xiàn)有可燃性氣體，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)站內(nèi)的風(fēng)機(jī)等通風(fēng)裝置并報(bào)警提醒監(jiān)控人員遇到的情況。

5 自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的意義

自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油田生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)故障、事故隱患和自動(dòng)完成計(jì)量任務(wù)，進(jìn)一步降低了廣大員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而使油田現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理制度發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變，由之前油田常規(guī)的以站設(shè)班，井站值守步行巡檢制，變?yōu)榫緹o(wú)人值守故障巡檢制；由以調(diào)度為中心指揮生產(chǎn)，變?yōu)橐宰詣?dòng)化中心控制室為中心指揮生產(chǎn)。大幅度減少現(xiàn)場(chǎng)工作人員的同時(shí)，由于生產(chǎn)資料幾乎全部計(jì)算機(jī)處理，提高了資料處理的質(zhì)量和速度，減少了資料分析統(tǒng)計(jì)人員，極大地提高了勞動(dòng)效率。