油田儀表自動(dòng)化中的儀表選擇探討

王巨鵬

摘要：在經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的大環(huán)境下，不同的行業(yè)都在全球化的趨勢(shì)下尋找新的商機(jī)和迎接新的挑戰(zhàn)，在快速發(fā)展的各種新技術(shù)之中，儀表自動(dòng)化技術(shù)成為了一支先行軍，它在我國(guó)的油田數(shù)字化、自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，它以其自動(dòng)化、數(shù)字化的精準(zhǔn)特性，為我國(guó)的油田提供了安全生產(chǎn)、高效產(chǎn)出的依據(jù)，成為了我國(guó)油田發(fā)展中有力的技術(shù)支撐，本文重點(diǎn)論述在我國(guó)油田環(huán)境中自動(dòng)化儀表的選擇，為油田的信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化提供理論支持。

關(guān)鍵詞：油田 儀表選擇 自動(dòng)化 數(shù)字化

伴隨著油田開采裝備及設(shè)施的不斷更新與改造，在自動(dòng)化、數(shù)字化先進(jìn)技術(shù)的引領(lǐng)下，我國(guó)的油田開采已經(jīng)在向信息化、自動(dòng)化、數(shù)字化的趨勢(shì)發(fā)展，它充分利用自動(dòng)化儀表及傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化技術(shù)、圖形控制技術(shù)、集散控制技術(shù)等，對(duì)油田的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行流量、溫度、壓力等參數(shù)的測(cè)量與控制，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，以及自動(dòng)化儀表數(shù)據(jù)顯示，對(duì)油田的生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，實(shí)現(xiàn)安全、可控的自動(dòng)化管理。

1 儀器儀表的范圍及其作用

在我國(guó)的工業(yè)化經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)日益顯著的環(huán)境下，作為生產(chǎn)運(yùn)行所用的儀器儀表是重要的設(shè)備之一，它的設(shè)計(jì)和選擇是具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的技術(shù)性工作，尤其在監(jiān)視油氣水井的生產(chǎn)，監(jiān)控油氣水的處理過程，保證油田作業(yè)的安全性、提升油田產(chǎn)品質(zhì)量方面，具有不可估量的重要意義，我們?cè)趦x器儀表選型的過程中，要明晰儀器儀表的不同工作原理和工作范圍，并對(duì)儀器儀表的誤差進(jìn)行分析，以提高儀器儀表的精確度和可靠度。

儀器儀表由于其性能和工作方式的不同，因而在其使用范圍內(nèi)也有不同的型號(hào)和原理，其精準(zhǔn)度、適用范圍和計(jì)量參數(shù)均有較大差異，它的工作范圍是指在生產(chǎn)應(yīng)用中能夠承載的最大強(qiáng)度和最小強(qiáng)度；其測(cè)量范圍是指儀器儀表測(cè)量的上限和下限之間的絕對(duì)值，在這個(gè)空間內(nèi)的幅度變化會(huì)有效提高儀器儀表的精準(zhǔn)度，提高儀器儀表的使用效率。

2 油田儀器儀表自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀概述

伴隨著我國(guó)油田生產(chǎn)作業(yè)過程中智能化、自動(dòng)化的儀表裝備的加入，我國(guó)油氣田生產(chǎn)的聯(lián)合站、接轉(zhuǎn)站及井組的現(xiàn)場(chǎng)儀表測(cè)量更加精準(zhǔn)，減輕了人工作業(yè)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化管理，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠吞镒鳂I(yè)生產(chǎn)參數(shù)采集及控制，使生產(chǎn)作業(yè)人員足不出戶，即可對(duì)油田生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)狀況了如指掌。

儀表自動(dòng)化系統(tǒng)涵蓋測(cè)量系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都是由DCS（即分散控制系統(tǒng)）來(lái)完成的，它與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互結(jié)合，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，下達(dá)生產(chǎn)調(diào)控指令，安全指導(dǎo)生產(chǎn)作業(yè)。具體步驟是：將油田作業(yè)生產(chǎn)線的接轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站的溫度、流量、壓力、液位等參數(shù)數(shù)據(jù)，借助于自動(dòng)化儀器儀表設(shè)備，進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量，并上傳到自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中，通過數(shù)字化的數(shù)據(jù)讀取與轉(zhuǎn)換，進(jìn)行指揮控制操作。這個(gè)自動(dòng)化儀器儀表控制系統(tǒng)可以自動(dòng)分析和判斷管道的泄露情況，并確定泄露點(diǎn)、通知系統(tǒng)操作人員進(jìn)行處理，避免安全事故，這有益于前端自動(dòng)化儀表的精準(zhǔn)測(cè)量，是DCS控制系統(tǒng)與GPRS網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)結(jié)合。

3 儀器儀表的誤差控制及選擇原則

儀器儀表的誤差以三種形態(tài)而存在，即：絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差和傳導(dǎo)誤差。由于油田的作業(yè)環(huán)境一般來(lái)說(shuō)，都較為復(fù)雜，它要受到來(lái)自外部環(huán)境和內(nèi)部因素的不同影響，這些都會(huì)導(dǎo)致儀器儀表的工作誤差，這種儀器儀表的誤差是無(wú)法避免的，但是它卻是可控的，首先在對(duì)儀器儀表的選擇上，必須依循其使用范圍，這樣不致出現(xiàn)太大的偏差，使儀器儀表在規(guī)定值之內(nèi)，進(jìn)行正常的工作和運(yùn)轉(zhuǎn)，保證精確度和可靠性。

在對(duì)儀器儀表的誤差進(jìn)行可控性的調(diào)整之下，還必須依循以下原則進(jìn)行儀器儀表的選擇：

3.1 經(jīng)濟(jì)有效性和高精度的選擇原則

在油田作業(yè)環(huán)境中，為了保證安全生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本，都必須在儀器儀表的精確測(cè)量和計(jì)量基礎(chǔ)下，進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)參數(shù)的處理，因而，對(duì)儀器儀表的精度選擇原則，是油田作業(yè)環(huán)境的要求，也是工業(yè)生產(chǎn)過程的要求。但是，另一方面，我們還要考慮到，在精度提高的同時(shí)，也增加了儀器儀表的高成本費(fèi)用，因而，要從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的雙重層面進(jìn)行綜合分析，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和準(zhǔn)確性兼顧的目標(biāo)。

3.2 安全可靠性的選擇原則

在油田作業(yè)過程中，其經(jīng)濟(jì)效益主要來(lái)自于生產(chǎn)運(yùn)行過程的全程化和持續(xù)化狀態(tài)，任何故障維修和診斷都對(duì)油田作業(yè)造成影響或損失，因此，為了保證油田作業(yè)的效率，需要對(duì)儀器儀表進(jìn)行安全可靠的首選，在其安全可靠值較高的環(huán)境下，可以較大地提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；而安全可靠值較低的儀器儀表，則會(huì)由于其可靠性能低而花費(fèi)較高的維修費(fèi)用和經(jīng)濟(jì)損失。由上可知，儀器儀表的選擇，必須是在安全可靠的前提下，選取的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的選擇。

4 油田作業(yè)過程中自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的儀表選擇分析

4.1 溫度測(cè)量?jī)x器儀表

在油田作業(yè)的自動(dòng)化進(jìn)程中，溫度是重要的參考因素，而最早的溫度測(cè)量?jī)x表，是意大利人伽利略創(chuàng)造的一種測(cè)量物體冷熱程度的工業(yè)自動(dòng)化儀表，是一種沒有刻度的指示器。它有熱電阻溫度儀表、熱電偶溫度儀表、膨脹式溫度儀表和輻射式溫度儀表幾類，它們的工作原理各不相同，熱電阻溫度儀表是利用導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性，進(jìn)行低溫的自動(dòng)化和遠(yuǎn)距離測(cè)量；熱電偶溫度儀表是利用熱電效應(yīng)來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的，這種熱電效應(yīng)與導(dǎo)體材料和結(jié)點(diǎn)溫度相關(guān)；膨脹式溫度儀表是利用物體遇熱膨脹的原理進(jìn)行溫度計(jì)量的，它與液體汽化和凝固溫度有直接的關(guān)系；而輻射式溫度儀表可以用于900℃以上的高溫，它是在熱能轉(zhuǎn)化為輻射能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行溫度的測(cè)量。

在油田作業(yè)環(huán)境中，就地指示的溫度儀表，主要是選擇金屬溫度儀表，并通過自動(dòng)化裝置，將其溫度控制在-80℃和零上500℃之間，精度為1.0-1.5級(jí)。對(duì)于-8℃ 以下的低溫介質(zhì)或者無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確接觸性測(cè)量的情況，則可以選擇低溫壓力溫度計(jì)，并進(jìn)行相應(yīng)型號(hào)的選擇。另外，油田作業(yè)過程中的溫度儀表安裝，也要在選擇之后的又一關(guān)鍵步驟，在儀表易受介質(zhì)沖擊的環(huán)境下，要采取必要的防彎曲措施，并使儀器的感溫面與被測(cè)介質(zhì)表面進(jìn)行牢固的對(duì)接。

4.2 壓力測(cè)量?jī)x器儀表

在油田儀表自動(dòng)化系統(tǒng)中，壓力測(cè)量?jī)x表是和溫度測(cè)量?jī)x器儀表具有同等重要意義的儀表，它對(duì)于油田作業(yè)的自動(dòng)化過程同樣也有誤差的考慮因素，對(duì)于壓力狀態(tài)不同的介質(zhì)，為了最大化地減少誤差，獲得精準(zhǔn)的測(cè)量，要選取不同的型號(hào)的壓力測(cè)量?jī)x表。例如：一些粘度較高的原油，要選用隔膜式的壓力儀表，或者采用彈簧管壓力表，它們都具有1.5-2.5的精度等級(jí)；一些以標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出的壓力儀表，要考慮選用相應(yīng)的壓力變送器，對(duì)于固體顆粒狀的腐蝕性介質(zhì)，則要選擇法蘭膜片式壓力變送器；對(duì)于具有激烈振動(dòng)的介質(zhì)，則可以選用數(shù)字壓力變送器。

4.3 流量計(jì)量?jī)x器儀表

在油田作業(yè)生產(chǎn)過程中，油井的產(chǎn)液量計(jì)量在有分離器生產(chǎn)的方式下，采用人工玻璃管進(jìn)行計(jì)量的方式，通過手動(dòng)控制液面，以調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)操作的。在接轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站原油液量的計(jì)量采用渦街流量計(jì)、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)等計(jì)量方式；而輕質(zhì)原油在其粘度小于5mps的情況下，要選用渦輪流量計(jì)儀表。污水、注入水的流量計(jì)量采用渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)等計(jì)量方式計(jì)量。這些流量計(jì)量?jī)x表在安裝的過程中要注意清理，才能進(jìn)行準(zhǔn)確度的保護(hù)與控制。

油田作業(yè)環(huán)境下，流量計(jì)量測(cè)量系統(tǒng)的檢測(cè)元件、一次儀表和顯示、記錄等要進(jìn)行恰當(dāng)?shù)呐渲?。如果配置得?dāng)，則可以節(jié)約大量加重材料的費(fèi)用，因此，對(duì)流量計(jì)量?jī)x表進(jìn)行不同粘度、不同密度性能參數(shù)的改變，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的處理中，可以為我國(guó)油田解決材料浪費(fèi)的問題。

4.4 液位測(cè)量?jī)x器儀表

被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)是選擇“就地液位”指示儀器儀表的重要依據(jù)，在實(shí)際的油田作業(yè)過程中，被測(cè)的介質(zhì)性質(zhì)有不同種類：輕質(zhì)油、原油、地下水池、污油池、易液化的介質(zhì)等，一般來(lái)說(shuō)，玻璃板液位儀表適用于輕質(zhì)油；原油適用于浮球液位計(jì)；地下水池適用于“頂裝式浮球液位計(jì)”或深度計(jì)；污油池適用于電容液位計(jì)；摻入乙二醇水溶液的隔離容器適用于易液化的介質(zhì)。

由上可以看出，用于油田作業(yè)生產(chǎn)中的液位測(cè)量?jī)x表，是有不同的分類和應(yīng)用選擇的，這里主要介紹“浮球式液位計(jì)”、“壓變式液位計(jì)”、“差壓式液位計(jì)”。首先，“浮球式液位計(jì)”儀表是利用力平衡原理進(jìn)行測(cè)量的，其計(jì)量誤差為：±2cm（絕對(duì)誤差），但是這種儀表具有進(jìn)液穩(wěn)定性較差的缺點(diǎn)，在需要在容器上開孔安裝檢測(cè)存在較大難度。其次，“壓變式液位計(jì)”在油田生產(chǎn)中主要用于測(cè)量開口容器內(nèi)的液面高度，如：污水罐等，在被測(cè)介質(zhì)是純油或純水的情況下，測(cè)量精度較高，但也存在一定誤差。最后，還有“差壓式液位計(jì)”，它在油田作業(yè)生產(chǎn)中適用于測(cè)量密閉容器內(nèi)的液位，具有檢測(cè)量程范圍大、精度高、不受介質(zhì)壓力和溫度的影響的優(yōu)點(diǎn)。

4.5 用于油田作業(yè)生產(chǎn)的分析儀表選擇

眾所周知，原油具有不同的密度，其密度的測(cè)量也是油田作業(yè)過程中的一個(gè)重要考慮因素，我們也要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行密度計(jì)的不同選擇。一般情況下，主要選擇振動(dòng)式密度計(jì)；對(duì)于污水的分析，則要依據(jù)其含量進(jìn)行分析儀表的選擇，通?？梢赃x擇水中溶解氧分析儀表，用于生產(chǎn)過程中的連續(xù)性測(cè)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

在科技和工業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展的環(huán)境下，我國(guó)的油田建設(shè)程度越來(lái)越高，油田自動(dòng)化儀表的選擇也越來(lái)越科學(xué)和合理，為了更好地推動(dòng)我國(guó)油田自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化的建設(shè)，油田自動(dòng)化儀表的選擇具有降低產(chǎn)品成本、減少消耗、提升經(jīng)濟(jì)效益的重要作用?？傊?，自動(dòng)化、數(shù)字化的油田建設(shè)離不開自動(dòng)化儀器儀表的選擇和應(yīng)用，只有在精心操控和維護(hù)的自動(dòng)化儀表操作中，才能實(shí)現(xiàn)前端油田作業(yè)參數(shù)的精準(zhǔn)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集和處理控制，排除油田作業(yè)中的生產(chǎn)漏洞，體現(xiàn)出自動(dòng)化儀表的功能和價(jià)值。

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