淺談自控儀表在數(shù)字化油田中的應(yīng)用與維護(hù)

石尚坤

（大慶油田信息技術(shù)公司生產(chǎn)安全環(huán)保部，黑龍江 大慶 163453）

1 背景

隨著油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化油田進(jìn)程隨之加速推進(jìn)。成千上萬的自控儀表裝置在油田范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，正在逐步取代人工手動、簡單機(jī)械控制等傳統(tǒng)模式，為向“數(shù)字油田-智能油田-智慧油田”發(fā)展奠定基礎(chǔ)，為油田企業(yè)精準(zhǔn)采收、降本增效、推進(jìn)數(shù)字化建設(shè)等方面發(fā)揮著突出作用。

2 工作原理及工作過程

由于自控裝置應(yīng)用需求量大，產(chǎn)品種類繁多，這里以流量自動控制裝置為例對其工作原理及維護(hù)做系統(tǒng)分析。流量自動控制裝置是機(jī)電一體化的技術(shù)產(chǎn)品，它集流量計、流量閥及控制器三部分于一體，通過流量計設(shè)定的流量值，由控制器控制流量閥的開度，自動實現(xiàn)24h流量控制。由于它結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、控制精度高的特性被廣泛應(yīng)用到油田數(shù)字化建設(shè)中。

2.1 流量自動控制裝置工作原理

流量自動控制裝置是利用水流沖擊閥芯與機(jī)芯內(nèi)的葉輪，葉輪旋轉(zhuǎn)與傳感發(fā)訊器感應(yīng)，使傳感器發(fā)出與流量成正比的電訊號，流量電訊號通過導(dǎo)線送入控制模塊，經(jīng)過轉(zhuǎn)換傳到顯示面板和指揮數(shù)據(jù)中心。當(dāng)被測介質(zhì)流過時，沖擊葉輪旋轉(zhuǎn)，在一定的流量范圍內(nèi)，葉輪的轉(zhuǎn)速與流量成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動使葉片依次接近處于殼體上的傳感器，是通過線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生與流量成正比的脈沖信號，此信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后分別顯示出累計流量和瞬時流量值。在使用過程中，用戶通過按鍵設(shè)定流量值，控制器把瞬時流量值和設(shè)定值進(jìn)行比較。若該差值大于瞬時流量穩(wěn)定度，控制器就會發(fā)出指令，驅(qū)動電機(jī)正旋或反旋來調(diào)節(jié)閥門，使瞬時流量值接近或等于設(shè)定值。

流量自動控制裝置由流量傳感器單元、流量調(diào)節(jié)機(jī)枃（構(gòu)？請與作者確認(rèn)）單元和智能控制單元三部分組成。流量傳感器單元是流體通過葉輪裝置產(chǎn)生脈沖信號，傳遞到控制單元，它的特點是壽命長、抗干擾能力強(qiáng)。流量調(diào)節(jié)機(jī)枃（構(gòu)？請與作者確認(rèn)）單元主要指電機(jī)主板控制器，它根據(jù)指令對產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行顯示和控制。電機(jī)主板控制器可以根據(jù)用戶控制邏輯發(fā)出指令，驅(qū)動電機(jī)正旋或反旋來控制閥門打開大小，達(dá)到需要控制的流量大小。智能控制單元包括流量采集、流量控制、電機(jī)控制、顯示設(shè)置。最里層電路板對應(yīng)通信模塊，中間層為數(shù)據(jù)采集模塊，外層顯示板連接液晶屏可以調(diào)節(jié)控制流量大小。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1

2.2 工作過程

流量自動控制裝置的使用面板上有指示燈。指示燈亮表示220V電源接通，表明流量自動控制裝置的交流部分工作正常。在瞬時流量設(shè)定后，調(diào)節(jié)閥按照設(shè)定量進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果設(shè)定量大于瞬時流量，進(jìn)行打開閥門（正旋）調(diào)節(jié)，當(dāng)控制閥開到極限時，瞬時流量仍小于設(shè)定流量，指示燈開始閃動，且控制閥停止調(diào)節(jié)，進(jìn)入這種狀態(tài)，可能是用戶系統(tǒng)壓力與井下壓力差過小，無法注入。

當(dāng)設(shè)定量小于瞬時流量，進(jìn)行關(guān)閉閥門（反旋）調(diào)節(jié)，當(dāng)控制閥位于關(guān)閉位置時，瞬時流量仍大于設(shè)定流量，指示燈閃動，且控制閥停止調(diào)節(jié)，進(jìn)入這種狀態(tài)，表明調(diào)節(jié)閥故障。管道內(nèi)無流量通過時，自控裝置處于保護(hù)狀態(tài)，停止調(diào)節(jié)；自控裝置處于調(diào)節(jié)時，禁止手動調(diào)節(jié)，使控制閥處于工作范圍之內(nèi)。

3 運(yùn)維經(jīng)驗及操作規(guī)程

自動控制裝置在油田生產(chǎn)單位大量使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)自動化儀表故障問題,造成采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或采集數(shù)據(jù)無法上傳到指揮中心。由于自動化儀表控制過程中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象比較復(fù)雜,能否及時正確判斷和解決問題直接關(guān)系到油氣生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定。

3.1 儀器儀表的維護(hù)

在儀表維護(hù)前，要確保220V總電源斷開，保證儀表和操作員安全性。電機(jī)控制板在電機(jī)槽內(nèi)，由于板卡位置要求，電源線需從控制板側(cè)面開口方向布線，由于高溫、腐蝕等原因防止電源線接觸殼體，防止觸電或電路短路。智能控制單元顯示板上有8組接線柱，1、2為電機(jī)正轉(zhuǎn)，3、4為電機(jī)反轉(zhuǎn)，5、6為測試控制信號單元。判斷電機(jī)是否正常工作，可以通過短接跳線的方式來分析。

如果流量表沒有顯示，首先，查看電源正負(fù)極是否對應(yīng)，供電電源是否工作；其次，查看接地線是否接地良好。當(dāng)指揮中心監(jiān)測到溫度值與儀表顯示值不同時，檢查網(wǎng)絡(luò)連接及組態(tài)軟件狀態(tài)。當(dāng)儀表無數(shù)據(jù)顯示時，檢查儀表密封性，法蘭固定螺栓是否松動，套管口是否擰緊，是否有漏氣現(xiàn)象。儀表有溫度顯示，但遠(yuǎn)端沒有數(shù)據(jù)，檢查電源線和網(wǎng)絡(luò)連接情況。

由于室內(nèi)溫度過高，要經(jīng)常檢查防爆軟管和儀表電源線接電是否有老化、腐蝕現(xiàn)象，針對老化線路及時進(jìn)行整改，避免管內(nèi)電纜損壞。

在日常運(yùn)維過程中，需要定期檢查接地和屏蔽情況，消除外界干擾，查看周圍是否有新裝電磁設(shè)備。同時，日常維護(hù)需要對密閉性檢查，差壓元件兩側(cè)法蘭固定螺栓是否有松動、漏氣現(xiàn)象，溫度、壓力供電和信號電纜是否有破損。溫度探頭的保護(hù)套管兩端是否擰緊，有無破損。

在檢修、更換儀表前要觀察進(jìn)水管和回水管閥門是否處于開啟狀態(tài)，如果閥門處于開啟狀態(tài)要保證閥門可以調(diào)節(jié)。更換閥芯首先緩慢擰開泄壓螺絲，觀察泄壓螺絲出水壓力是否霧狀噴出，如果出水為噴射狀，必須停止繼續(xù)開啟泄壓螺絲；防止高溫、高壓水流造成人員及設(shè)備損害；如果出水為噴霧狀或者水滴形式，確定出水為斷續(xù)水線后，方可繼續(xù)施工作業(yè)。

3.2 維護(hù)注意事項和安全措施

需要更換閥體、閥芯前，必須由值班負(fù)責(zé)人現(xiàn)場執(zhí)行關(guān)停流量計兩端閥門工作，維修班人員不得擅自對閥門進(jìn)行關(guān)停操作，防止違規(guī)操作導(dǎo)致閥門損壞。由于管內(nèi)是高溫、高壓液體，必須在確保閥門完全關(guān)閉，旁通閥門開啟情況下進(jìn)行下一步作業(yè)。防止停止摻水后導(dǎo)致出現(xiàn)凝管等油氣生產(chǎn)事故。另外，需注意有些閥門使用周期比較長，長時間沒有調(diào)節(jié)閥門會產(chǎn)生閥門銹死，無法轉(zhuǎn)動閥門螺栓的情況。在轉(zhuǎn)動螺栓時需注意開合方向，不能用力過大，使閥門無法閉合，發(fā)生故障。

閥芯由于長時間摻水，水中摻有大量雜質(zhì)，造成閥芯閥體發(fā)生氧化。更換閥芯、電機(jī)、傳動總軸承等設(shè)備必須先把電源斷電，待安裝好后，觀察電機(jī)倉沒有漏水后才能通電，防止電機(jī)或主板因漏水產(chǎn)生短路，燒毀設(shè)備。手動操作電機(jī)驅(qū)動裝置時也必須切斷外接電源，防止自動設(shè)置產(chǎn)生對向作用，使得電機(jī)損毀。

更換時注意閥體狀態(tài)，如果發(fā)生氧化閥體緊固于總軸承，松動閥體時不要破壞閥體本身。輕觸閥體周邊，然后用平口螺絲刀緩慢用力，直到閥芯松動，不可大力使用外力撬動閥體。閥芯老化、堵塞，產(chǎn)生的原因是水流長期做功，控制單元設(shè)置水流大小后，基本水流速度不變，閥門無調(diào)節(jié)作用造成芯管氧化，產(chǎn)生堵塞。為此，定期加注黃油可以減少氧化。定期改變流量參數(shù)，可以減少腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

4 維護(hù)成本分析

受氣溫環(huán)境因素影響，油田數(shù)字化自動化儀表消耗、損壞、維護(hù)成本要大于其他地區(qū)。儀器儀表更換周期也比正常使用年限提前。根據(jù)統(tǒng)計儀表的使用周期普遍提前為2~3年。以大慶油田第九采油廠龍西小隊為例，站內(nèi)儀器自控化儀表共計132塊，目前約有60%的儀表需要更換或維修，物資采購成本每塊表12000元左右，更換成本費(fèi)用大約為96萬元。通過對儀器儀表的拆解分析，我們把自動化儀表分為可維修部分和不可維修部分，可維修部分通過自主維修可為公司節(jié)省成本60余萬元。油田各采油廠、礦大隊使用儀表上百萬套，信息技術(shù)公司承攬的自動化儀表運(yùn)維數(shù)量將會逐步增加，通過對自控儀表的有效維護(hù)和技術(shù)維修可以極大地節(jié)約采購成本。