自動(dòng)化儀表在實(shí)現(xiàn)數(shù)字化油田中的應(yīng)用

王磊(大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所，黑龍江 大慶 163000)

0 引言

目前，在油田領(lǐng)域內(nèi)逐漸數(shù)字化、開始應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，進(jìn)而促使油田開采效率得到提升，降低工作人員的工作壓力，使油田開采更為便捷。同時(shí)，在進(jìn)行油田開采工作的時(shí)候，其穩(wěn)定性相對(duì)較強(qiáng)，不但能夠在一定程度上降低油田內(nèi)部存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)，還可以為油田的順利進(jìn)行做出保證。時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步使油田開采工作不但要迎合時(shí)代發(fā)展腳步，還要對(duì)油田工作理念進(jìn)行更新，觀察市場(chǎng)風(fēng)向，促使原有技術(shù)水平得到提升，利用自動(dòng)化儀表能夠滿足當(dāng)下數(shù)字化油田內(nèi)部的工作需求。

1 自動(dòng)化儀表在數(shù)字化油田內(nèi)應(yīng)用概述

近幾年我國(guó)逐漸提升了對(duì)于數(shù)字化油田建設(shè)的重視程度，伴隨著數(shù)字化油田建設(shè)不斷深入，油田內(nèi)部生產(chǎn)方式也由原有的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)化為了當(dāng)前的自動(dòng)化生產(chǎn)方式，在實(shí)際采油生產(chǎn)過(guò)程中，油田可以通過(guò)對(duì)于一些智能化，自動(dòng)化設(shè)備的使用，提升油田開采效率，迎合當(dāng)前油田開采需要。自動(dòng)化儀表就能夠符合油田內(nèi)部生產(chǎn)需求，同時(shí)油田生產(chǎn)過(guò)程中的油水處理站，中轉(zhuǎn)站等設(shè)備對(duì)于所需儀器的精準(zhǔn)度要求較高，這時(shí)為了提升測(cè)量效率就應(yīng)該合理使用自動(dòng)化儀表。自動(dòng)化儀表的使用能夠?qū)囟?，壓力，流量和液位進(jìn)行有效掌握，進(jìn)而及時(shí)將生產(chǎn)參數(shù)和信息采集并傳輸至服務(wù)器內(nèi)，降低工作人員的工作壓力，使工作效率得到顯著提升。自動(dòng)化儀表在油田中的使用讓原有的油田從粗放式發(fā)展轉(zhuǎn)移到了當(dāng)下歷史性發(fā)展，不但為油田生產(chǎn)操作起到了促進(jìn)作用，還為油田內(nèi)部工作人員起到了輔助作用，使其能夠?qū)崿F(xiàn)安全生產(chǎn)，提高油田運(yùn)行平穩(wěn)性。數(shù)字化油田中的數(shù)字化主要是將一些復(fù)雜信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其能夠成為可以度量的數(shù)字和內(nèi)容，并為上述數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化模型的建設(shè)，使其成為二進(jìn)制代碼，進(jìn)入計(jì)算機(jī)內(nèi)部便于對(duì)其統(tǒng)一處理。數(shù)字化不但具有一定的集成性，還具有系統(tǒng)性和智能性，數(shù)字化油田可以使油田內(nèi)部一些信息和數(shù)據(jù)的分析以計(jì)算機(jī)智能分析實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而提升分析精準(zhǔn)性，增強(qiáng)油田生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中的管理和判斷。自動(dòng)化儀表屬于當(dāng)前油田內(nèi)部發(fā)展較快的技術(shù)之一，自動(dòng)化儀表在數(shù)字化油田中的使用能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)設(shè)備和技術(shù)相結(jié)合，從而達(dá)到合理的工廠管理控制，完成生產(chǎn)控制目標(biāo)。

2 自動(dòng)化儀表控制基礎(chǔ)

2.1 自動(dòng)化儀表內(nèi)部結(jié)構(gòu)

自動(dòng)化儀表運(yùn)行過(guò)程如圖1所示。

圖1 自動(dòng)化儀表運(yùn)行過(guò)程

油田內(nèi)部在實(shí)際開采的過(guò)程中，都會(huì)在采油設(shè)備上進(jìn)行自動(dòng)化裝置布置，從而使其代替人工操作，節(jié)約人力資源，促使油田能夠在不同程度上合理開采。而自動(dòng)化儀表運(yùn)行過(guò)程中變送器主要是對(duì)油田開采過(guò)程中產(chǎn)生的溫度，壓力和液位進(jìn)行有效測(cè)量，還可以為油田生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)信息支撐，為其穩(wěn)定采集奠定基礎(chǔ)。自動(dòng)化系統(tǒng)可以分為自動(dòng)化測(cè)量，自動(dòng)化信號(hào)，自動(dòng)化連鎖，自動(dòng)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，不同的自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)于油田開采帶來(lái)的作用各不相同，只有所有自動(dòng)化系統(tǒng)將其作用充分發(fā)揮出來(lái)，才可以為油田穩(wěn)定開采運(yùn)行起到輔助作用。而油田內(nèi)部自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行都是以DCS為基礎(chǔ)開展的，DCS作為分散控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中顯示，并通過(guò)分散控制系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)程控制，可以促使人機(jī)交換的實(shí)現(xiàn)，DCS的優(yōu)勢(shì)使其在自動(dòng)化技術(shù)中獲得了較為廣泛的使用。

作為DCS與現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合設(shè)備，自動(dòng)化儀表可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程指揮操作，這種遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)在油田生產(chǎn)中的使用能夠獲得較好的效果，實(shí)現(xiàn)油田優(yōu)化生產(chǎn)。DCS控制系統(tǒng)具有的優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)控制儀表無(wú)法媲美的，因此當(dāng)下DCS設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀表控制也成為了必然結(jié)果。在DCS操作站內(nèi)部，實(shí)際配置設(shè)施分為主機(jī)和液晶顯示器，其中主機(jī)內(nèi)部包括Penrtium處理器，500G硬盤，8G內(nèi)存，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)升級(jí)。液晶顯示器為Dell21英寸顯示器，其實(shí)際分辨率為1600*1280[1]。

2.2 控制室和控制站的連接

DCS系統(tǒng)子站可以借助總線連接使其接入中央控制室內(nèi)，中央控制室能夠?qū)CS系統(tǒng)子站實(shí)時(shí)監(jiān)控內(nèi)容和數(shù)據(jù)庫(kù)顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)報(bào)表的數(shù)據(jù)生成，完成子站系統(tǒng)自主診斷和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的列表及后備，同時(shí)對(duì)于流程和自動(dòng)化儀表檢測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)顯示還能夠?yàn)橛吞镞\(yùn)行提供支撐。DCS系統(tǒng)能夠借助Windows操作系統(tǒng)對(duì)中央控制室內(nèi)工作人員進(jìn)行控制，使其對(duì)DCS系統(tǒng)子站進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)，下裝，在獲得控制授權(quán)的情況下可以對(duì)DCS系統(tǒng)子站提供離線修改，使中央控制室管理人員能夠更好的對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行掌握，并對(duì)設(shè)備及人員實(shí)施優(yōu)化管理，加速過(guò)程動(dòng)態(tài)自動(dòng)化管理。DCS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于可以對(duì)油田內(nèi)部整個(gè)控制流程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，保證所有采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，對(duì)其進(jìn)行儲(chǔ)存還可以以趨勢(shì)曲線描述。DCS系統(tǒng)能夠?qū)?bào)表打印輸出，對(duì)超限告警和對(duì)告警信號(hào)進(jìn)行合理匯總，并儲(chǔ)存。DCS系統(tǒng)三級(jí)權(quán)限主要分為操作人員，控制工程師，經(jīng)理三級(jí)，DCS系統(tǒng)能夠?qū)⒉煌瑢蛹?jí)的控制權(quán)限分割開來(lái)，保證數(shù)據(jù)的安全性。

DCS系統(tǒng)子站和中央控制室主系統(tǒng)的連接是借助通信總線接入的，通信總線屬于雙冗余，主要使用子站總線通信方式對(duì)其進(jìn)行控制，DCS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)較為明顯，可以進(jìn)一步降低電纜布線數(shù)量，并在實(shí)際操作過(guò)程中按照實(shí)際需求將其設(shè)計(jì)成不同的形式。總線通信形式主要分為四種，第一種為DCS系統(tǒng)由I/O構(gòu)成子站，并設(shè)置相應(yīng)的操作人員，利用總線將信號(hào)傳輸至中央控制室內(nèi)的系統(tǒng)。第二種為DCS系統(tǒng)利用I/O使其與PLC相連接構(gòu)成子站[2]。第三種在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用了總線儀表，從而降低實(shí)際工作量。第四種為攝像監(jiān)視系統(tǒng)單獨(dú)構(gòu)成，這一系統(tǒng)還可以通過(guò)攝像進(jìn)入DCS系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生兼容情況。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般情況下會(huì)采取基金會(huì)總線和Profibus總線，但是結(jié)合實(shí)際油田內(nèi)部控制情況參考，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該將Profibus總線作為主要總線，建立多主站協(xié)議。

3 自動(dòng)化儀表與油田生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的融合

3.1 自動(dòng)化儀表誤差調(diào)節(jié)及選擇標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于自動(dòng)化儀表誤差的表現(xiàn)形式進(jìn)行分析，主要有三種誤差表現(xiàn)形式，其中主要包括絕對(duì)誤差，相對(duì)誤差和傳導(dǎo)誤差，油田在實(shí)際生產(chǎn)工作的過(guò)程中周圍環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，因此在這時(shí)就會(huì)對(duì)自動(dòng)化儀表的測(cè)量準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定的干擾，這時(shí)工作人員就需要對(duì)自動(dòng)化儀表進(jìn)行有效管理，為自動(dòng)化儀表能夠獲得高質(zhì)量數(shù)據(jù)做出保證。所以，在進(jìn)行儀表校對(duì)的時(shí)候需要注意一定的問(wèn)題，在選擇儀表的時(shí)候需要遵循相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，保證儀表具有可靠性。工作人員在選擇自動(dòng)化儀表的時(shí)候需要結(jié)合油田內(nèi)部工作環(huán)境進(jìn)行選擇，保證自動(dòng)化儀表的主要規(guī)格和功能符合油田生產(chǎn)情況[3]。此外，工作人員在選擇自動(dòng)化儀表的過(guò)程中需要合理考量，避免后期出現(xiàn)自動(dòng)化儀表與投放測(cè)量位置不契合的現(xiàn)象產(chǎn)生。針對(duì)多種形式的自動(dòng)化儀表需要隨著時(shí)代發(fā)展不斷更新和完善，因此對(duì)于后期維修步驟較多，維修難度較大的自動(dòng)化儀表，更需要維修人員提升自身的專業(yè)能力，定期對(duì)自動(dòng)化儀表進(jìn)行檢查，盡早發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化儀表中存在的問(wèn)題，降低后期維修支出。

3.2 自動(dòng)化儀表的應(yīng)用效果

自動(dòng)化儀表和數(shù)字化油氣生產(chǎn)管理控制一體化系統(tǒng)的結(jié)合可以分為多個(gè)部分，其中第一個(gè)部分屬于現(xiàn)場(chǎng)信息采集，控制環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)需要由自動(dòng)化儀表完成。而第二個(gè)環(huán)節(jié)為通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)，第三個(gè)環(huán)節(jié)為監(jiān)控中心，這一環(huán)節(jié)需要由自動(dòng)化儀表DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。油田生產(chǎn)過(guò)程中，采油生產(chǎn)中轉(zhuǎn)站，聯(lián)合站和輸氣輸油中心內(nèi)部生產(chǎn)參數(shù)在通過(guò)自動(dòng)化儀表測(cè)量后都會(huì)直接將測(cè)量所得數(shù)據(jù)傳輸至油田內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中，這不但可以保證生產(chǎn)人員能夠及時(shí)看到油田內(nèi)部各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，還可以使工作人員的操作更加便捷，加速油田內(nèi)部生產(chǎn)實(shí)施，降低人員投入，節(jié)約支出[4]。假如在油田內(nèi)部輸油管道空間跨度相對(duì)較大，一般情況下輸油管道長(zhǎng)度會(huì)跨越上千公里，因此這時(shí)在進(jìn)行輸油管道監(jiān)控安裝的時(shí)候存在一定的難度，為了更好的滿足這一點(diǎn)就需要對(duì)輸油管道各個(gè)采集點(diǎn)的參數(shù)充分掌握，不但要了解輸油管道的壓力和實(shí)際流量，還需要掌握輸油管道溫度。在數(shù)據(jù)采集完畢傳輸至監(jiān)控中心后就可以對(duì)其實(shí)施綜合性分析，這時(shí)系統(tǒng)構(gòu)成主要分為監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控中心。監(jiān)控點(diǎn)的布置需要使其靠近管道通過(guò)路徑，在一段距離之后就可以進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量點(diǎn)的設(shè)置，對(duì)輸油管道壓力進(jìn)行監(jiān)控，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器。數(shù)據(jù)在傳輸至監(jiān)控中心之后就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，隨后通過(guò)分析參數(shù)找出泄漏點(diǎn)和泄漏原因，從而及時(shí)對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行處理，避免產(chǎn)生資源浪費(fèi)。而這一過(guò)程主要依賴于前期的監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心這一步驟，這一過(guò)程實(shí)現(xiàn)了DCS控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合[5]。

在某油田內(nèi)部使用自動(dòng)化系統(tǒng)主要將其分為進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)控制的系統(tǒng)和用來(lái)保護(hù)設(shè)備和工作人員安全的系統(tǒng)。其中第一種控制形式將DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)充分體現(xiàn)出來(lái)，而第二種保護(hù)形式則是有效避免系統(tǒng)故障的出現(xiàn)，避免出現(xiàn)安全事故，對(duì)于生產(chǎn)裝置的輔助可以將PLC和DCS系統(tǒng)相結(jié)合。一些油田內(nèi)部產(chǎn)量不高，且由于油田位置較為偏遠(yuǎn)，導(dǎo)致油田內(nèi)部自動(dòng)化水平較低，在進(jìn)行參數(shù)檢測(cè)的時(shí)候不以自動(dòng)化設(shè)置為主，大多檢測(cè)都直接指示直讀動(dòng)圈儀表，實(shí)現(xiàn)人工操作。針對(duì)這些地區(qū)自動(dòng)化的應(yīng)用也成為了亟待解決的問(wèn)題，這一現(xiàn)象導(dǎo)致自動(dòng)化儀表實(shí)現(xiàn)了廣大應(yīng)用。但是結(jié)合大部分自動(dòng)化儀表在油田中的實(shí)際應(yīng)用可以得知，在使用自動(dòng)化儀表的采油區(qū)域內(nèi)，技術(shù)人員可以將測(cè)控儀表和實(shí)際操作工藝相結(jié)合，對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行合理優(yōu)化進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化儀表的合理使用，進(jìn)一步降低能耗，將自動(dòng)化儀表的作用充分發(fā)揮出來(lái)[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，油田內(nèi)部開采作業(yè)的過(guò)程中，想要進(jìn)一步提升其穩(wěn)定性和可靠性就需要將自動(dòng)化儀表應(yīng)用到開采過(guò)程中。作為當(dāng)下油田開采工作過(guò)程中較為重要的環(huán)節(jié)，自動(dòng)化儀表的應(yīng)用可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)油田工作中存在的問(wèn)題，這時(shí)工作人員就可以及時(shí)采取合理的措施對(duì)其進(jìn)行更新和完善，發(fā)揮出自動(dòng)化儀表的最大優(yōu)勢(shì)，為油田產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。