分線計(jì)量自動(dòng)化數(shù)據(jù)的研究及應(yīng)用

中國石油新疆油田分公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)信息管理站

計(jì)量工作是油田生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，生產(chǎn)管理人員根據(jù)各生產(chǎn)區(qū)塊歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)估算各區(qū)塊產(chǎn)量趨勢、劈分各區(qū)塊生產(chǎn)系數(shù)，準(zhǔn)確的分線計(jì)量數(shù)據(jù)是產(chǎn)量分配的重要依據(jù)[1-3]。傳統(tǒng)計(jì)量工作中存在不同區(qū)塊采出液混輸、各計(jì)量儀表型號多、計(jì)量算法不統(tǒng)一等問題，導(dǎo)致分線計(jì)量數(shù)據(jù)誤差較大，難以對精細(xì)化管理提供有效支持。同時(shí)，在計(jì)量數(shù)據(jù)管理過程中由于數(shù)據(jù)間沒有統(tǒng)一的發(fā)布平臺而一直采用分站管理模式，計(jì)量數(shù)據(jù)難以直觀反映產(chǎn)量整體性變化趨勢，不便于地質(zhì)研究人員進(jìn)行生產(chǎn)分析，沒有發(fā)揮自動(dòng)化數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。

近年來風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)通過不斷細(xì)化分線計(jì)量管理工作，從工藝上將各區(qū)塊輸液管線進(jìn)行分離，每條分線加裝流量計(jì)、含水儀及溫、壓變等儀表，實(shí)現(xiàn)采出液的流量、溫度、壓力計(jì)量以及含水的在線監(jiān)測，確保各區(qū)塊有分線，線線有計(jì)量，使之滿足生產(chǎn)需要。在工藝改造的基礎(chǔ)上，依托物聯(lián)網(wǎng)工程打造的一體化信息平臺，為分線計(jì)量數(shù)據(jù)深化應(yīng)用提供基礎(chǔ)。利用自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)，統(tǒng)一分線算法，開發(fā)計(jì)產(chǎn)報(bào)表，實(shí)現(xiàn)分線計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和一致性，為作業(yè)區(qū)采油站產(chǎn)量考核提供有力的數(shù)據(jù)支持，為科學(xué)生產(chǎn)指導(dǎo)提供準(zhǔn)確、便捷的決策依據(jù)。

1 存在的問題

（1）算法不完善。自動(dòng)化儀表設(shè)備采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，只能動(dòng)態(tài)監(jiān)測每個(gè)時(shí)刻管線中液體的流量、含水等數(shù)據(jù)，無法反映出一段時(shí)間內(nèi)分線整體的平均流量及含水情況，需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)狀況設(shè)計(jì)出反映分線計(jì)量整體情況的算法。

（2）異常0值。通過長期分析研究分線計(jì)量相關(guān)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)存在這種現(xiàn)象，稀油區(qū)塊采出液中含大量天然氣，稠油在采出過程中攜帶了大量預(yù)熱地層的蒸汽和伴生氣，在進(jìn)入管線計(jì)量前為了分離出其中的氣（汽），采出液先要進(jìn)入分離器進(jìn)行氣（汽）液分離后再進(jìn)行計(jì)量，由于分離器處理工藝來液先在分離器中蓄液后再進(jìn)入分線進(jìn)行計(jì)量，在蓄液時(shí)管線中沒有介質(zhì)通過，導(dǎo)致計(jì)量數(shù)據(jù)中出現(xiàn)大量0值，直接影響數(shù)據(jù)平均值。

（3）儀表計(jì)量準(zhǔn)確度。管線流量計(jì)分為質(zhì)量和楔形兩種，質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)確度為0.1 級，楔形流量計(jì)準(zhǔn)確度為1.0 級，流量計(jì)受采出液物性和狀態(tài)影響較大，需要通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對選擇合適的流量計(jì)進(jìn)行液量計(jì)量[4]。

（4）信號傳輸方式不統(tǒng)一。含水儀傳輸信號分脈沖信號和電流信號兩種，采用不同傳輸信號的儀表會(huì)產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)偏差，需要通過對比實(shí)驗(yàn)選擇誤差小、信號穩(wěn)定的含水儀進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸，降低各分線間的數(shù)據(jù)偏差，保障數(shù)據(jù)接入的標(biāo)準(zhǔn)化。

（5）信號干擾。管線上的壓變儀、溫變儀、含水儀等計(jì)量儀表設(shè)備主要通過4～20 mA電流信號將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集AI 模塊，數(shù)據(jù)在采集與傳輸過程中存在接線不規(guī)范、線路老化等問題，導(dǎo)致個(gè)別信號在傳輸過程中出現(xiàn)信號干擾的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)沒有準(zhǔn)確反映真實(shí)數(shù)據(jù)，出現(xiàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍過大或過小的現(xiàn)象，需要通過現(xiàn)場測試找出問題線路，并進(jìn)行人工干預(yù)[5-6]。

（6）網(wǎng)絡(luò)通信故障。計(jì)量儀表設(shè)備通過485通信協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送至485 通信模塊，經(jīng)OPC（OLE for Process Control）協(xié)議傳送至其它自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，但由于OPC 通信軟件卡死而導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法正常上傳的現(xiàn)象也屢見不鮮。為了解決此類問題造成的數(shù)據(jù)連續(xù)性中斷事件，需要在本地開發(fā)數(shù)據(jù)快照功能，將數(shù)據(jù)保存在本地，通過上位監(jiān)控系統(tǒng)一鍵補(bǔ)錄功能，實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)的快速恢復(fù)，讓分線計(jì)量數(shù)據(jù)不缺失。

（7）采出液密度動(dòng)態(tài)調(diào)整不及時(shí)。油量=液量× （1-含水率÷100） ×密度，其中密度值無法通過現(xiàn)有儀表進(jìn)行監(jiān)測，采用人工定期化驗(yàn)的方式獲取。如果密度發(fā)生變更需要在自控系統(tǒng)后臺進(jìn)行更新，沒有相應(yīng)的輸入界面，需要專業(yè)人員修改，操作復(fù)雜且滯后，需要開發(fā)相應(yīng)的錄入功能，將獲取的密度值在界面輸入后，后臺直接計(jì)算原油質(zhì)量。

（8）手抄式簡單報(bào)表無法滿足用戶需求。采用人工錄入數(shù)據(jù)的方式生成的excel 報(bào)表，員工工作強(qiáng)度大、出錯(cuò)率高，且無法滿足不同用戶群對數(shù)據(jù)分析的需求，通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理平臺進(jìn)行分線計(jì)量數(shù)據(jù)管理和報(bào)表動(dòng)態(tài)發(fā)布，可以提高報(bào)表生成效率。

2 解決方法

為了最大程度消除分線計(jì)量中存在的各類問題，首先將問題分類，一類是通過軟件系統(tǒng)完善可以解決的問題，另一類是通過硬件改造可以解決的問題。其次，在解決問題的順序上也應(yīng)該優(yōu)先選擇解決硬件問題，再選擇解決軟件問題。硬件問題包括：儀表準(zhǔn)確度、信號干擾、信號傳輸。軟件問題包括：算法完善、去除無效0 值、報(bào)表數(shù)據(jù)補(bǔ)錄、密度動(dòng)態(tài)調(diào)整。大部分硬件問題可以采用同一分線，并聯(lián)不同儀表，通過數(shù)據(jù)對比的方式選擇準(zhǔn)確度、傳輸方式更匹配現(xiàn)場的儀表和設(shè)備。信號干擾問題可以通過測試現(xiàn)場儀表輸出信號，判斷信號是否被干擾，若被干擾可通過標(biāo)準(zhǔn)化接線來解決。通過這些方法可以解決分線計(jì)量管理中大部分硬件問題，下面將重點(diǎn)介紹在軟件問題解決過程中獲得的一些經(jīng)驗(yàn)。

（1）應(yīng)用平均數(shù)據(jù)代替瞬時(shí)數(shù)據(jù)。對比平均數(shù)據(jù)與瞬時(shí)數(shù)據(jù)在固定時(shí)間段數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，選擇誤差更小、更具代表性的數(shù)據(jù)作為分線計(jì)量采集數(shù)據(jù)。

（2）異常0值的去除。采用計(jì)數(shù)法計(jì)算每小時(shí)產(chǎn)生的0值數(shù)量，在加權(quán)平均時(shí)去除異常0值。

（3）數(shù)據(jù)快速補(bǔ)錄。在DCS（集散控制系統(tǒng)）上安裝本地庫，用于存儲本地每小時(shí)分線數(shù)據(jù)，在SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）系統(tǒng)上應(yīng)用VBA技術(shù)開發(fā)一鍵補(bǔ)錄功能，可實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)庫指定時(shí)間數(shù)據(jù)讀取，將讀取的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通信技術(shù)寫入報(bào)表發(fā)布數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異地備份，快速補(bǔ)錄。

（4）密度的動(dòng)態(tài)調(diào)整。在DCS系統(tǒng)上制作密度錄入功能，系統(tǒng)可自動(dòng)根據(jù)最新錄入數(shù)據(jù)計(jì)算采出液中原油質(zhì)量。

（5）數(shù)據(jù)異常的報(bào)警功能開發(fā)。在SCADA 系統(tǒng)中開發(fā)0值、空值報(bào)警程序，實(shí)現(xiàn)分線數(shù)據(jù)的異常報(bào)警，指導(dǎo)技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，避免因數(shù)據(jù)缺失或異常導(dǎo)致的計(jì)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)問題。

（6）綜合報(bào)表開發(fā)。報(bào)表是反映分線計(jì)量情況最有效的途徑，也是各采油廠在油田生產(chǎn)中不可或缺的一環(huán)，簡單的報(bào)表無法真實(shí)反映生產(chǎn)情況，為了提高數(shù)據(jù)應(yīng)用管理水平，需要開發(fā)服務(wù)于不同用戶對象的分線計(jì)量報(bào)表。

3 應(yīng)用

3.1 加權(quán)平均算法

為了反映分線計(jì)量整體性趨勢時(shí)，采用加權(quán)平均算法簡單易用、操作性強(qiáng)，具體算法如下：

（1）平均流量的算法。讀取1 h 內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和作為被除數(shù)，1 h內(nèi)程序執(zhí)行頻率計(jì)算出1 h內(nèi)采集數(shù)據(jù)數(shù)量作為除數(shù)，計(jì)算得出瞬時(shí)流量、累計(jì)流量1 h的加權(quán)平均值。

（2）平均含水的算法。以x作為實(shí)時(shí)含水，w作為實(shí)時(shí)流量，得到平均含水公式，即

3.2 應(yīng)用計(jì)數(shù)模塊去除異常0值

一般在應(yīng)用加權(quán)平均法計(jì)算每小時(shí)分線的流量、含水等數(shù)據(jù)時(shí)，除數(shù)一般為程序在指定時(shí)間內(nèi)的執(zhí)行次數(shù)，即除數(shù)=總時(shí)長÷程序執(zhí)行周期，這種算法的特點(diǎn)是當(dāng)數(shù)值連續(xù)，且不為0時(shí)，則平均值更接近真實(shí)值，一旦被除數(shù)中混入很多異常0值，則平均值會(huì)小于真實(shí)值，產(chǎn)生分線計(jì)量數(shù)據(jù)虛低的現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問題，在原有加權(quán)平均算法基礎(chǔ)上應(yīng)用求和模塊和比較模塊，統(tǒng)計(jì)每小時(shí)出現(xiàn)0值的次數(shù)，用統(tǒng)計(jì)出來的次數(shù)修正除數(shù)。

以平均含水公式（1）為例：

其中原始除數(shù)為w1+w2+…wn=總時(shí)長÷程序執(zhí)行周期=1 h÷1 s=3 600；修正除數(shù)a=3 600-每小時(shí)出現(xiàn)0 值次數(shù)；修正后的平均含水值為。

3.3 數(shù)據(jù)一鍵補(bǔ)錄功能開發(fā)

在DCS 服務(wù)器上安裝OPC2DB 軟件和Mysql 數(shù)據(jù)庫，通過OPC2DB讀取DCS中分線計(jì)量數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入Mysql 數(shù)據(jù)庫中，互相通信的數(shù)據(jù)庫中表的結(jié)構(gòu)一致[7-8]。在SCADA 系統(tǒng)客戶端安裝Navicat數(shù)據(jù)庫管理軟件，通過配置ODBC（開放數(shù)據(jù)庫互連）訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，在SCADA 客戶端應(yīng)用VBA（Visual Basic for Applications）技術(shù)開發(fā)兩個(gè)顯示區(qū)域，一個(gè)區(qū)域顯示要補(bǔ)錄的Oracle數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，另一個(gè)區(qū)域顯示本地Mysql 數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)，通過對比數(shù)據(jù)記錄時(shí)間，查找出缺失的數(shù)據(jù)記錄，把缺失的數(shù)據(jù)記錄寫入Oracle 數(shù)據(jù)庫中，具體功能實(shí)現(xiàn)方法見圖1。

3.4 化驗(yàn)密度數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)寫入

圖1 分線數(shù)據(jù)一鍵補(bǔ)錄功能實(shí)現(xiàn)原理Fig.1 Realization principle of branch data one-key make-up function

平均油量的質(zhì)量算法是質(zhì)量=密度×體積，其中密度一般采用標(biāo)密數(shù)據(jù)。由于采出液物性復(fù)雜，暫時(shí)沒有特別準(zhǔn)確的密度在線監(jiān)測儀表適用，密度數(shù)據(jù)通過人工定期取樣化驗(yàn)的方式獲取。為了能讓密度數(shù)據(jù)第一時(shí)間參與油量的計(jì)算，在DCS系統(tǒng)界面開發(fā)密度輸入功能，通過模擬量寫入標(biāo)簽采集密度數(shù)據(jù)后，平均油量的程序計(jì)算中密度值采用該點(diǎn)作為輸入值參與計(jì)算，直到新值輸入，由新值繼續(xù)參與計(jì)算，保障密度數(shù)據(jù)始終是最新的化驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.5 異常數(shù)據(jù)報(bào)警

由于分線計(jì)量數(shù)據(jù)主要用于生產(chǎn)管理，對實(shí)時(shí)性要求并不高，且一般問題多集中于數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钅┒?，為了減少數(shù)據(jù)傳輸末端出現(xiàn)分線計(jì)量數(shù)據(jù)死值、空值及0 值的情況，在SCADA 系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)報(bào)警，及時(shí)掌握數(shù)據(jù)異常情況。通過在SCADA系統(tǒng)的PDB 程序數(shù)據(jù)庫過程數(shù)據(jù)庫點(diǎn)表中添加報(bào)警標(biāo)簽，將每一分鐘的分線流量對比值賦予報(bào)警標(biāo)簽，當(dāng)值為0 時(shí)，代表分線數(shù)據(jù)為死值或0 值，觸發(fā)報(bào)警，當(dāng)分線瞬時(shí)流量為空時(shí)，觸發(fā)空值報(bào)警，最終在SCADA系統(tǒng)界面顯示報(bào)警提示。

3.6 分線計(jì)量報(bào)表

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，開發(fā)分線動(dòng)態(tài)計(jì)產(chǎn)、分站計(jì)產(chǎn)、綜合計(jì)產(chǎn)報(bào)表，便于地質(zhì)技術(shù)人員查詢和分析，通過報(bào)表數(shù)據(jù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量的增減情況和異常變化，做到查找問題有的放矢[9-10]。

（1）分線動(dòng)態(tài)報(bào)表。每小時(shí)發(fā)布一條數(shù)據(jù)，包含了壓力、溫度、含水、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、小時(shí)油量等采集點(diǎn)。平均瞬時(shí)流量、含水率是1 h（3 600 s）的平均值，通過加權(quán)平均，更貼近生產(chǎn)實(shí)際，一般用于采油站和處理站技術(shù)人員查詢數(shù)據(jù)。

（2）分站計(jì)產(chǎn)報(bào)表。屬于日報(bào)表，日報(bào)結(jié)算時(shí)間是早8 點(diǎn)對次日8 點(diǎn)，根據(jù)分線動(dòng)態(tài)報(bào)表自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各采油站的日產(chǎn)量。主要用戶是采油站、處理站、相關(guān)技術(shù)部門和作業(yè)區(qū)領(lǐng)導(dǎo)。

（3）分線綜合報(bào)表。包含所有分線的液量油量情況，每天13：00 生成，數(shù)據(jù)推送至其它分析應(yīng)用平臺，是采油廠每日生產(chǎn)總況的基本數(shù)據(jù)。表1為風(fēng)城一站各線計(jì)量日報(bào)情況。

3.7 應(yīng)用效果

改變傳統(tǒng)產(chǎn)量分配模式，通過建立分線產(chǎn)量計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)了各分線監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和統(tǒng)計(jì)。每月對“分線液量-大罐液量”、“分線油量-盤庫油量”、“分線計(jì)量-配產(chǎn)數(shù)據(jù)”進(jìn)行跟蹤比對，通過對比，兩者趨勢一致。

表1 分線計(jì)量綜合日報(bào)Tab.1 Branch measurement comprehensive daily report

應(yīng)用分線計(jì)算數(shù)據(jù)取消了原有的配產(chǎn)算法，統(tǒng)一使用分站計(jì)產(chǎn)報(bào)表數(shù)據(jù)進(jìn)行產(chǎn)量劈分，充分利用自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)，得到符合生產(chǎn)實(shí)際的計(jì)量數(shù)據(jù)，真實(shí)反映各區(qū)塊生產(chǎn)情況，為產(chǎn)量分配、生產(chǎn)決策提供依據(jù)。

4 結(jié)束語

風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)以提高采油廠分線計(jì)量工作的管理水平為切入點(diǎn)，深入分析近幾年開展分線計(jì)量工作中遇到的常見問題，并提出相應(yīng)的處理措施，將其總結(jié)為生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分享，為其他采油廠處理分線計(jì)量問題、提高分線計(jì)量管理水平具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。