勝利油田聯(lián)合站生產(chǎn)運(yùn)行計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)?

吳德明 重慶電子工程職業(yè)學(xué)院

勝利油田聯(lián)合站生產(chǎn)運(yùn)行計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)?

吳德明 重慶電子工程職業(yè)學(xué)院

勝利油田開發(fā)已進(jìn)入中后期，針對(duì)聯(lián)合站原油脫水效果降低，穩(wěn)定性、可靠性、安全性下降，以及運(yùn)行、操作復(fù)雜等問題，設(shè)計(jì)了一套聯(lián)合站計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)。運(yùn)用系統(tǒng)識(shí)別和機(jī)理分析相結(jié)合的方式，對(duì)聯(lián)合站各子系統(tǒng)建立輸入輸出參數(shù)之間的相互關(guān)系，從油田現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)井進(jìn)行識(shí)別，替換相互關(guān)系式中相應(yīng)的未知參數(shù)，最終建立聯(lián)合站整體模型。該套系統(tǒng)在勝利聯(lián)合站應(yīng)用，能夠模擬油田聯(lián)合站生產(chǎn)運(yùn)行過程，進(jìn)行老舊設(shè)備改良和新工藝、新技術(shù)優(yōu)選實(shí)驗(yàn)等，動(dòng)態(tài)模擬各個(gè)設(shè)備運(yùn)行過程，確定安全、穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)備參數(shù)，不但可以降低實(shí)驗(yàn)成本，而且還能滿足油田高效、安全的生產(chǎn)理念。

油田聯(lián)合站；流程；仿真系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)；模型功能

勝利油田開發(fā)初期建設(shè)的聯(lián)合站由于工藝技術(shù)比較落后，難以適應(yīng)當(dāng)前開發(fā)階段的技術(shù)要求；同時(shí)，早期聯(lián)合站運(yùn)轉(zhuǎn)至今，歷經(jīng)多年的連續(xù)工作，許多部件和功能難以維持設(shè)計(jì)初衷，各種設(shè)備逐漸老化，從而導(dǎo)致油田聯(lián)合站的原油脫水能力及效果大大減弱，穩(wěn)定性、可靠性、安全性逐年下降，聯(lián)合站能耗不斷增加。因此，油田聯(lián)合站運(yùn)行系統(tǒng)的工藝改進(jìn)和技術(shù)升級(jí)刻不容緩。另外，油田聯(lián)合站各個(gè)系統(tǒng)之間聯(lián)系緊密，系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜、操作規(guī)則苛刻，需要相關(guān)作業(yè)人員具有相當(dāng)高的業(yè)務(wù)水平和實(shí)際動(dòng)手操作能力，相關(guān)人員的崗位培訓(xùn)必須得到重視。

圖1 仿真系統(tǒng)主要功能部分工作流程

1 聯(lián)合站仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

應(yīng)用網(wǎng)格式結(jié)構(gòu)對(duì)聯(lián)合站仿真系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到多節(jié)點(diǎn)同時(shí)操作，多工位同時(shí)培訓(xùn)的目的。該系統(tǒng)以具有實(shí)時(shí)多任務(wù)管理能力的Windows NT系統(tǒng)為平臺(tái)，結(jié)合Windows人機(jī)界面特點(diǎn)，最大限度簡(jiǎn)化聯(lián)合站復(fù)雜的運(yùn)行機(jī)理和人工培訓(xùn)作業(yè)，使仿真系統(tǒng)易于操作，便于培訓(xùn)[1]。仿真系統(tǒng)主要功能部分工作流程如圖1所示。

1.1 仿真系統(tǒng)構(gòu)成

勝利油田聯(lián)合站仿真系統(tǒng)主要由互聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)控儀表和工控機(jī)構(gòu)成。仿真系統(tǒng)采用基于Windows的局域網(wǎng)絡(luò)，將系統(tǒng)各個(gè)部件串聯(lián)在一起，基本可適應(yīng)油田聯(lián)合站一般的仿真和培訓(xùn)工作。監(jiān)控儀表是仿真系統(tǒng)的信息收集者和命令執(zhí)行者，在該系統(tǒng)中具有十分重要的地位。聯(lián)合站有些生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)相關(guān)的監(jiān)控儀表要求很高，不僅要求其獲取并傳遞準(zhǔn)確無誤的生產(chǎn)信息，而且還要求其具有滿足高危環(huán)境中穩(wěn)定提供信息的能力。工控機(jī)部分由多臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成，以兩臺(tái)PC機(jī)和觸摸屏計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)、解析、呈現(xiàn)和輸出，多流程模型運(yùn)算、網(wǎng)絡(luò)管理等功能。以PLC作為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)信息的采集、分析處理、診斷識(shí)別、輸出控制等功能。

1.2 仿真系統(tǒng)機(jī)理

聯(lián)合站仿真系統(tǒng)應(yīng)用多模型并行運(yùn)行方式，結(jié)合Windows多進(jìn)程、多線程管理方法，將整個(gè)流程仿真模型作為一個(gè)大的進(jìn)程，全流程中細(xì)分各個(gè)工區(qū)作為一個(gè)線程，存儲(chǔ)于單個(gè)模型進(jìn)程中，實(shí)現(xiàn)多流程模型或單流程模型并行運(yùn)行，使各模型進(jìn)程具有自己相對(duì)封閉的數(shù)據(jù)區(qū)，避免彼此影響。

勝利油田聯(lián)合站仿真系統(tǒng)分為教練站、模型站、培訓(xùn)站三部分[2]。教練站發(fā)布控制命令，實(shí)現(xiàn)上述仿真系統(tǒng)的運(yùn)行，并作用于模型站和培訓(xùn)站。模型站接收到教練站的控制命令后，可以及時(shí)開啟或關(guān)閉特定模型進(jìn)程中特定的線程，將操作控制精確到點(diǎn)，使整個(gè)聯(lián)合站復(fù)雜系統(tǒng)的控制調(diào)整變得非常精準(zhǔn)、靈活。培訓(xùn)站接收到教練站的控制命令后，可以提供三種備選培訓(xùn)方式供用戶選擇，每種培訓(xùn)方式各具特點(diǎn)。比如，用戶選擇現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)方式，系統(tǒng)將自動(dòng)取得相應(yīng)模型進(jìn)程和線程號(hào)，使受訓(xùn)人員直接面對(duì)逼真的具體工區(qū)進(jìn)行培訓(xùn)工作，而此過程不會(huì)干擾其他模型的進(jìn)程。

1.3 仿真培訓(xùn)系統(tǒng)

仿真培訓(xùn)系統(tǒng)主要由上位機(jī)和操作站構(gòu)成。

（1）上位機(jī)。首先將聯(lián)合站作業(yè)培訓(xùn)知識(shí)傳遞給仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的預(yù)處理模塊，接收到知識(shí)信息的預(yù)處理模塊依據(jù)知識(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析推理，生成事物指令子系統(tǒng)。事務(wù)指令子系統(tǒng)結(jié)合操作站軟件系統(tǒng)，按照基本的邏輯關(guān)系，最終將知識(shí)信息整合到仿真系統(tǒng)上位機(jī)上，生成相應(yīng)的培訓(xùn)軟件。

（2）操作站。培訓(xùn)系統(tǒng)通過交互設(shè)備獲取外部信息，結(jié)合用戶和環(huán)境特點(diǎn)，自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)站的知識(shí)文件，輸送給上位機(jī)。上位機(jī)接收文件后經(jīng)分析處理，將其分配給現(xiàn)場(chǎng)站和操作站作為其交互界面的數(shù)據(jù)資源。

2 仿真系統(tǒng)模型

2.1 模型建立

仿真系統(tǒng)模型的核心是數(shù)學(xué)模型[3]。聯(lián)合站數(shù)學(xué)模型是指從大量實(shí)踐中抽象出的能夠全面、系統(tǒng)、深刻反映聯(lián)合站本質(zhì)的以數(shù)學(xué)語言表述的理論。聯(lián)合站主要分為油氣分離、沉降脫水、電加熱脫水、污水處理、原油外輸?shù)茸酉到y(tǒng)，對(duì)應(yīng)的主要設(shè)備有三相分離器、沉降罐、脫水泵、電脫水器、加熱爐、凈化罐、外輸油泵等。聯(lián)合站仿真系統(tǒng)模型的開發(fā)，必須根據(jù)以上設(shè)備工作方式和特征，確定動(dòng)態(tài)模型的建立方法，并且所建立模型要能夠詳盡地反映各個(gè)設(shè)備在各種工況下的生產(chǎn)運(yùn)行方式及其內(nèi)部關(guān)系。

建模中運(yùn)用系統(tǒng)識(shí)別和機(jī)理分析相結(jié)合的方式，對(duì)聯(lián)合站各子系統(tǒng)建立輸入輸出參數(shù)之間的相互關(guān)系，從油田現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，替換相互關(guān)系式中相應(yīng)的未知參數(shù)，最終建立聯(lián)合站整體模型。此外，運(yùn)用模態(tài)分析方法對(duì)模型進(jìn)行處理，獲得簡(jiǎn)化的實(shí)用模型，以滿足聯(lián)合站仿真系統(tǒng)模型計(jì)算量小、運(yùn)算速度快的要求。

勝利油田聯(lián)合站建模步驟如下：①根據(jù)設(shè)備機(jī)理建立系統(tǒng)的初步模型；②在設(shè)備工作狀況良好狀態(tài)下，獲取設(shè)備運(yùn)行靜態(tài)參數(shù)；③根據(jù)設(shè)備運(yùn)行過程中各個(gè)變量間的關(guān)系，獲得設(shè)備運(yùn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)；④模型試運(yùn)行檢測(cè)模型故障并排除，完成模型修正。

2.2 模型功能

（1）實(shí)現(xiàn)聯(lián)合站相關(guān)基礎(chǔ)工藝的數(shù)值模擬計(jì)算和動(dòng)態(tài)仿真運(yùn)行，為工藝設(shè)計(jì)提供借鑒，驗(yàn)證已有設(shè)計(jì)方案的合理性。

（2）模擬油田聯(lián)合站生產(chǎn)運(yùn)行過程，進(jìn)行老舊設(shè)備改良和新工藝、新技術(shù)優(yōu)選實(shí)驗(yàn)等，不但可以降低實(shí)驗(yàn)成本，而且能夠滿足油田高效、安全的生產(chǎn)理念。

（3）動(dòng)態(tài)模擬各個(gè)設(shè)備運(yùn)行過程，確定能夠滿足安全、穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)備參數(shù)。

（4）提供多種培訓(xùn)方案，使受訓(xùn)人員快速、高效學(xué)習(xí)并熟悉油田聯(lián)合站的工藝流程和操作規(guī)則。

3 結(jié)論

勝利油田聯(lián)合站是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能龐大的油氣處理系統(tǒng)?；谟?jì)算機(jī)技術(shù)的油田聯(lián)合站仿真系統(tǒng)，對(duì)聯(lián)合站生產(chǎn)參數(shù)及其各個(gè)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行分析，建立了仿真模型，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬運(yùn)行。聯(lián)合站計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)能夠全面、系統(tǒng)地模擬聯(lián)合站的各項(xiàng)生產(chǎn)作業(yè)運(yùn)行狀況，讓油田管理者能夠據(jù)此優(yōu)選符合油田要求的生產(chǎn)方式，及時(shí)整改不良的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)很好得適應(yīng)了當(dāng)前油田開發(fā)的階段性要求，提高了聯(lián)合站的生產(chǎn)運(yùn)行效率。

此外，聯(lián)合站仿真系統(tǒng)加入了員工培訓(xùn)模塊，培訓(xùn)模塊操作直觀、界面友好、功能全面，有效解決了因聯(lián)合站操作復(fù)雜而引起的操作培訓(xùn)問題，提高了作業(yè)人員的技能素質(zhì)。計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)為勝利油田聯(lián)合站高效、安全運(yùn)行提供了重要保障，對(duì)其他油田的自動(dòng)化控制工作具有一定的借鑒意義。

[1]任長江．油田聯(lián)合站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2008，27（7）：99-100．

[2]孫玉華，董守平，石衛(wèi)紅，等．油田聯(lián)合站計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)[J]．油氣田地面工程，2002，21（2）：64-65．

[3]高汝維．油田聯(lián)合站動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)開發(fā)[D]．青島：中國石油大學(xué)（華東），2011．

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.016

基金論文：重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究資助項(xiàng)目“大型風(fēng)電齒輪箱耦合非線性動(dòng)態(tài)特性分析與可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)”（KJ132205）。