油田自動(dòng)化儀表的應(yīng)用與維護(hù)

孫海瑞

摘要：隨著油田數(shù)字化建設(shè)的不斷深入，大量自動(dòng)化、智能化程度高的儀表設(shè)備廣泛應(yīng)用于油田生產(chǎn)中，滿足了油田生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)的需求，確保了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)前端數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、提高了生產(chǎn)過(guò)程的可控度、降低了生產(chǎn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，使油田生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)發(fā)生質(zhì)的飛躍。文中對(duì)油田自動(dòng)化儀表的應(yīng)用與維護(hù)進(jìn)行了探討，具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化儀表；應(yīng)用；維護(hù)

1 油田自動(dòng)化儀表概況

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，油田大力倡導(dǎo)數(shù)字化建設(shè)。數(shù)字化是將各種信號(hào)及信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字或數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)信息建立數(shù)字化模型，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，導(dǎo)入計(jì)算機(jī)內(nèi)部，進(jìn)行統(tǒng)一處理。數(shù)字化具有集成、定量、智能等特點(diǎn)，用數(shù)據(jù)說(shuō)話，聽(tīng)數(shù)據(jù)指揮，充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)、數(shù)據(jù)共享技術(shù)、視頻處理技術(shù)、智能分析技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的準(zhǔn)確判斷及控制，優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，提高生產(chǎn)自動(dòng)化程度，降低生產(chǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

在油田生產(chǎn)過(guò)中，在地面過(guò)程建設(shè)中大量采用自動(dòng)化控制技術(shù)和裝備，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制，代替生產(chǎn)操作人員的勞動(dòng)，提升自動(dòng)化控制水平，降低生產(chǎn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。在油田自動(dòng)化儀表系統(tǒng)中，使用變送器采集生產(chǎn)過(guò)程中溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)，為生產(chǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)提高前端數(shù)據(jù)。整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)組成包括自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、自動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)、自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其中，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)有DCS來(lái)實(shí)現(xiàn)，DCS是分散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)、控制技術(shù)，圖形技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程 的控制和管理，并且能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交換，在油田自動(dòng)化生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。

2 DCS控制系統(tǒng)

2.1 DCS 系統(tǒng)功能

（1）可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工藝流程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)模擬。DCS 系統(tǒng)可對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的情況對(duì)其進(jìn)行模擬，進(jìn)而將采油過(guò)程中可能發(fā)生的情況更為直觀的呈現(xiàn)在技術(shù)人員面前，以此促使其能夠及時(shí)為采油工作做好準(zhǔn)備。

（2）所有數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)以及實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線描述。使用 DCS 控制系統(tǒng)，可讓數(shù)據(jù)的采集與分析更為簡(jiǎn)便，其所使用的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線對(duì)于數(shù)據(jù)的分析與整理具有一定幫助，使技術(shù)人員能夠一目了然，避免了操作與實(shí)際不符的情況。

（3）自動(dòng)定時(shí)對(duì)班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表以及年報(bào)表的打印輸出。早期的自動(dòng)儀表控制系統(tǒng)需要人工手動(dòng)進(jìn)行報(bào)表打印與輸出，不僅增加了工作時(shí)間，同時(shí)也無(wú)法達(dá)到相對(duì)良好的工作效果，進(jìn)一步增加了采油工作的基本成本，不利于對(duì)成本的控制。

（4）超限報(bào)警以對(duì)報(bào)警信號(hào)的匯總、存儲(chǔ)、報(bào)警報(bào)表打印輸出。超限報(bào)警是保護(hù)采油安全的一種有效措施，傳統(tǒng)的報(bào)警方式不僅不夠安全，在報(bào)警延遲上也有一定的問(wèn)題，而 DCS 控制系統(tǒng)的超限報(bào)警更為完善，可在第一時(shí)間進(jìn)行報(bào)警信號(hào)的存儲(chǔ)與輸出，在較大程度上提升了采油工作的安全性。

2.2 操作站

操作站是DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換的平臺(tái)，其功能主要包括：以不同形式顯示各種生產(chǎn)過(guò)程變量，允許操作人員干預(yù)生產(chǎn)過(guò)程；存儲(chǔ)各種生產(chǎn)過(guò)程變量的歷史數(shù)據(jù)，可以對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；顯示和打印各種關(guān)鍵信息；自主編制各種用戶顯示界面，靈活調(diào)用各種顯示信息；編制各種數(shù)據(jù)表格形式，打印輸出各種數(shù)據(jù)表格；監(jiān)測(cè)各儀表設(shè)備工作狀態(tài)，裝載各控制管理軟件；對(duì)通訊線路上的各種設(shè)備進(jìn)行組態(tài)，將組態(tài)結(jié)果裝載到各對(duì)應(yīng)設(shè)備；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我診斷。DCS系統(tǒng)具有傳統(tǒng)控制儀表所不具備的巨大優(yōu)勢(shì)，在油田得到廣泛應(yīng)用。

2.3 中央控制

系統(tǒng) DCS 子站通過(guò)通信總線接入中央控制室的 DCS 系統(tǒng)，在中央控制室可顯示系統(tǒng) DCS 子站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、流程與儀表檢測(cè)點(diǎn)圖形實(shí)時(shí)顯示、趨勢(shì)報(bào)表等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的生成和下裝，完成對(duì)子站系統(tǒng)自診斷和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的列表和后備，DCS 運(yùn)行用 Windows7 操作系統(tǒng)。同時(shí)中央控制室的工程師站可對(duì)下一級(jí)的 DCS 子站進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)、下裝，在授權(quán)的情況下，可對(duì) DCS 子站進(jìn)行在線或離線修改，為中央控制室值班長(zhǎng)等管理人員進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行情況、制定決策提供數(shù)據(jù)，從而對(duì)設(shè)備、人員優(yōu)化管理，實(shí)現(xiàn)過(guò)程的優(yōu)化和動(dòng)態(tài)綜合自動(dòng)化管理。

2.4 通訊方式

DCS系統(tǒng)子站與中央控制室主系統(tǒng)通過(guò)通信總線雙絞線或光纜接人，通信總線為雙冗余采用子站總線通信的方式有明顯的優(yōu)點(diǎn)，可減少電纜布線在具體實(shí)施中，根據(jù)操作要求，設(shè)計(jì)成以下幾種形式：①DCS子站由遠(yuǎn)程I/O組成，設(shè)有操作員站，信號(hào)用總線傳送至中央控制室的DCS系統(tǒng)；②DCS子站由遠(yuǎn)程I/O與PLC相銜接的方式組成；③設(shè)計(jì)中也有嘗試用現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，以節(jié)省電纜光纜安裝工程量；④攝像監(jiān)視系統(tǒng)單獨(dú)成系統(tǒng)，也可設(shè)計(jì)成攝像進(jìn)人DCS成為畫(huà)中畫(huà)的兼容系統(tǒng)在具體過(guò)程設(shè)計(jì)中，一般用FF總線、Profibus總線，鑒于從成熟的角度考慮，設(shè)計(jì)中以Profibus總線為首選，Profibus用令牌傳遞，多主站協(xié)議，持有令牌的站可輪詢其他站。

3 自動(dòng)化儀表系統(tǒng)存在的問(wèn)題

自動(dòng)化儀表雖然相比于傳統(tǒng)儀表具有相對(duì)較多的優(yōu)勢(shì)，但仍存在一定的問(wèn)題。

主要的問(wèn)題首先是系統(tǒng)功能過(guò)多，大部分不實(shí)用，難以在采油過(guò)程中發(fā)揮作用。同時(shí)在監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的設(shè)置方面，也存在著一定的問(wèn)題，專(zhuān)業(yè)功能性不強(qiáng)，無(wú)法為采油企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益。其次在社會(huì)效益方面，也不能夠發(fā)揮出較為良好的效果。在多數(shù)的使用過(guò)程中，自動(dòng)化儀表過(guò)于依賴實(shí)際情況，導(dǎo)致智能儀表在環(huán)境相對(duì)惡劣的情況下容易出現(xiàn)信息不準(zhǔn)及故障的情況。最后是專(zhuān)業(yè)人員的缺失與設(shè)備維護(hù)難度過(guò)大，相對(duì)而言維護(hù)成本也不斷增加，給設(shè)備的正常使用與采油工作帶來(lái)一定的影響。

4 自動(dòng)化儀表的維護(hù)

由于設(shè)備常年在地表下受到不同程度的腐蝕，對(duì)器件都有一定的損傷，所以要加強(qiáng)日常的保養(yǎng)。在日常維護(hù)過(guò)程中主要是觀察及更換測(cè)試信號(hào)燈，對(duì)老化的線路及受損的元件及時(shí)更換，以免影響正常工作。在更換測(cè)試信號(hào)燈時(shí)，要注意不是任何信號(hào)燈都可以安裝到此儀表設(shè)備上，因?yàn)樵诟邷馗邏旱沫h(huán)境下，一般的信號(hào)測(cè)試燈不易承受，即便安裝好以后，在自動(dòng)化儀表正常工作過(guò)程中，甚至有時(shí)使用不到1 h就會(huì)炸裂。目前信號(hào)測(cè)試燈都是采用耐高溫、耐高壓的材料制作，并且在燈泡內(nèi)充入了惰性氣體 — —氖氣，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易發(fā)生爆炸等現(xiàn)象。

在對(duì)老化的線路更換時(shí)，也要注意以下幾點(diǎn)原則：首先，設(shè)備本身的功率較大，對(duì)纜線的粗細(xì)程度有一定的要求，過(guò)細(xì)的線纜不僅會(huì)燒焦本身絕緣膠皮，而且引帶的電流較小，不能支撐設(shè)備的功率，使儀表發(fā)出“嗡嗡”的聲響，這對(duì)設(shè)備的損壞最大；其次，較粗的纜線提供的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于儀表正常工作時(shí)的功率，所以纜線的功率務(wù)必要選擇好；最后，是對(duì)零部件的更換，對(duì)于一般的零部件而言，只要掌握好技術(shù)參數(shù)，在數(shù)控車(chē)床上進(jìn)行相應(yīng)的加工便可得到。但是在這里面也包含了許多小細(xì)節(jié)，其中之一就是零部件的材質(zhì)。需要耐酸堿的材質(zhì)時(shí)，就不能用簡(jiǎn)單的鐵、鋁等制做，需要用到合金。合金的最大優(yōu)點(diǎn)就是多種金屬混雜在一起，兼容了多方材質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化儀表技術(shù)發(fā)展技術(shù)較快，在多個(gè)油田的開(kāi)采過(guò)程中發(fā)揮出了較大作用，是油田開(kāi)采中必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。但由于受技術(shù)使用較為繁瑣及維護(hù)成本過(guò)高等因素影響，導(dǎo)致自動(dòng)化儀表技術(shù)的發(fā)展受到制約，難以進(jìn)行推廣與應(yīng)用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化油田產(chǎn)生了不利影響，所以需在后期使用過(guò)程中不斷進(jìn)行探索，將自動(dòng)化儀表技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化與完善，進(jìn)而為油田開(kāi)采行業(yè)的數(shù)字化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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（作者單位：大慶油田采油三廠第二油礦）