試論自動化控制系統(tǒng)在頁巖油開采中的應(yīng)用

靳 博，陳 宇，劉建忠

（新疆油田吉慶油田作業(yè)區(qū)，新疆 昌吉 831700）

0 引言

將自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用到油田開采工作中，更加有利于對生產(chǎn)過程進(jìn)行安全管理，并且在很大程度上提升了生產(chǎn)效率。在油田集輸系統(tǒng)中，要注意對油氣資源的開發(fā)以及利用方式進(jìn)行優(yōu)化，這樣才能為后續(xù)的石油煉化奠定基礎(chǔ)。從當(dāng)前我國已發(fā)現(xiàn)的油田分布情況來看，油田所涉及區(qū)域較為遼闊，想要對其進(jìn)行統(tǒng)一的運行管理存在較大困難，在這樣的行業(yè)背景之下，必須進(jìn)一步加大對自動化控制系統(tǒng)的研發(fā)力度，這樣才能使油田開采的經(jīng)濟效益得到保證，從而更好地促進(jìn)我國石油行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。

1 自動化控制系統(tǒng)及特點簡述

對于當(dāng)前我國所應(yīng)用的油田生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)來說，監(jiān)控系統(tǒng)是其最主要的組成部分之一，其是應(yīng)用美國生產(chǎn)的ME 計算機監(jiān)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有靈敏性高以及可用性強的優(yōu)勢。通常情況下，會應(yīng)用上機位與下機位的方式在施工現(xiàn)場開展控制工作，應(yīng)用多級CPU 進(jìn)行控制處理。系統(tǒng)的上機位與下機位往往在結(jié)構(gòu)組成方面存在較大差異，上機位是由人工控機以及控制軟件構(gòu)成，而下機位主要是由控制器以及智能模塊構(gòu)成。將這一系統(tǒng)應(yīng)用到頁巖油開采中，可以使其自動化控制效果得到有效體現(xiàn)，保證頁巖油開采的效率。對于油田自動化控制系統(tǒng)來說，其主要特點體現(xiàn)為集成度高、小巧靈活并且方便安裝，同時這一系統(tǒng)還具有很高的智能化程度，將其應(yīng)用到頁巖油開采中時，可以將其分為兩個重要組成部分，即生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備和遠(yuǎn)程控制設(shè)備，這兩個部分互相結(jié)合，可以實現(xiàn)對頁巖油開采狀態(tài)的實時監(jiān)控，收集、匯總相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息來判斷各站當(dāng)前的實際運行情況。

2 自動化控制系統(tǒng)在頁巖油開采中應(yīng)用的重要意義

2.1 在很大程度上解決了油田分布地區(qū)廣、管理難的問題

可以看出，將自動化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到頁巖油開采中之后，其發(fā)揮了重要作用，使原有的油田管理工作模式得到了有效優(yōu)化改善。對于傳統(tǒng)的油田管理工作而言，在實際展開的過程中，往往是根據(jù)相關(guān)調(diào)查資料對各地區(qū)油田項目進(jìn)行一一管理，這種管理方式耗時耗力，并且很難取得理想管理效果，經(jīng)常會出現(xiàn)執(zhí)行管理滯后的現(xiàn)象。而對自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)運用可以有效解決此類問題，通過此項技術(shù)的應(yīng)用，使原有的油田項目分布地區(qū)廣、管理難的問題得到了針對性處理，主要是利用現(xiàn)代化信息技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來對不同地區(qū)的油田開發(fā)項目進(jìn)行智能化管理，建立起統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對各個地區(qū)的油田項目開采進(jìn)度以及開采質(zhì)量情況進(jìn)行全面監(jiān)督，這也在很大程度上加快了油田開采過程中的事故解決效率，為我國石油行業(yè)的整體健康發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

2.2 起到了防偷防盜作用

對于當(dāng)前的頁巖油生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)來說，其可以實現(xiàn)24 小時內(nèi)不間斷運行，并且在運行過程中實現(xiàn)對油田生產(chǎn)工作的安全管理。對于傳統(tǒng)的油田生產(chǎn)安全管理工作來說，在實際展開的過程中往往是以人工管理為主，由于油田開采以及石油加工會涉及多個環(huán)節(jié)，單純依靠人工管理往往效率較低，并且容易忽視細(xì)節(jié)。而運用自動化控制系統(tǒng)對油田開展情況進(jìn)行全面化、自動化的監(jiān)督可以在很大程度上降低油田開采以及生產(chǎn)的風(fēng)險，大大減少了不法分子可利用時間段，從而使油田被盜等現(xiàn)象發(fā)生的可能性明顯降低。當(dāng)有不法人員或者無權(quán)限人員進(jìn)入泵站內(nèi)，系統(tǒng)會第一時間發(fā)出報警，并且提供準(zhǔn)確的位置信息，這也使得相應(yīng)處理工作可以及時開展，降低了油田資源以及設(shè)備被非法占有的可能性。

2.3 可以實現(xiàn)集中控制與就地控制相結(jié)合

將自動化系統(tǒng)應(yīng)用到頁巖油田開采中之后，使得油田開采過程的控制工作開展更為順利，能夠?qū)⒓锌刂婆c就地控制進(jìn)行有效結(jié)合，可以對工程開展現(xiàn)場的實際情況進(jìn)行實時監(jiān)督與追溯。對于以往的頁巖油泵站開采工作來說，在實際開展過程中，往往效率較低，并且很難實現(xiàn)對油田開采過程中多個環(huán)節(jié)的有效控制，從而使開采過程受到一些不確定人為因素以及環(huán)境因素的影響，想要對其有效治理存在一定難度。而將集中控制與現(xiàn)場就地控制方式進(jìn)行結(jié)合之后，使工程整體管控以及現(xiàn)場管控工作的開展更為精準(zhǔn)、高效，使得油田開采工作可以從全局角度出發(fā)，對整個開采過程進(jìn)行控制。

2.4 提升了對頁巖油泵站的監(jiān)管效率

在過去很長一段時間內(nèi)，油田泵站監(jiān)管工作的效率較為低下，這與其工作模式較為傳統(tǒng)有直接關(guān)系，無法做到實時監(jiān)控。而隨著自動化控制技術(shù)在頁巖油生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛深入，實現(xiàn)了對油田開采生產(chǎn)狀況的實時監(jiān)督，一旦頁巖油泵站出現(xiàn)管道破裂或者漏油等問題，控制系統(tǒng)便會及時發(fā)出警報，并且提供具體問題位置，這樣更加有利于維修人員在短時間之內(nèi)完成維修工作，從而保障頁巖油開采工作的正常開展。

3 自動化控制系統(tǒng)在頁巖油開采中的應(yīng)用路徑

3.1 在現(xiàn)場控制單元中應(yīng)用

對于自動化控制系統(tǒng)來說，其在頁巖油開采多個環(huán)節(jié)中的應(yīng)用都發(fā)揮出了較為理想的效果，一般情況下，油田頁巖油泵站的各個崗位都會分布現(xiàn)場控制單元，主要是通過現(xiàn)場控制單元來進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集，并且對這些信息進(jìn)行整合、分類，可以將現(xiàn)場控制單元看作是油田集輸泵站智能化控制系統(tǒng)中的核心部分。現(xiàn)場控制單元在開展數(shù)據(jù)采集時，所涉及的數(shù)據(jù)主要包括分離器液位、出口管壓力與溫度、入口管壓力與溫度、流量泵電流等，通過對這些數(shù)據(jù)信息的采集與分析可以對當(dāng)前油田開采工作現(xiàn)場的實際運行情況進(jìn)行確定，并且以此為依據(jù)，展開現(xiàn)場控制。可以看出，自動化控制技術(shù)在現(xiàn)場控制單元中的運用使其自身高效性、準(zhǔn)確性等優(yōu)勢得到了有效發(fā)揮，并且可以實現(xiàn)同時對多個控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信息獲取。

3.2 在上位監(jiān)控站中應(yīng)用

對于油田頁巖油開采來說，自動化控制系統(tǒng)在上位監(jiān)控站中的應(yīng)用也發(fā)揮出了較為理想的效果，上位監(jiān)控站在實際運行的過程中，主要是借助多種組態(tài)功能畫面來實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的有效監(jiān)控，可以在第一時間獲悉油田開采現(xiàn)場的實際工作情況，一旦發(fā)現(xiàn)其生產(chǎn)過程存在安全隱患或者安全事故則可以及時發(fā)出警報，這也使得隱患以及故障的維修更為及時。同時，對于頁巖油泵站的上位監(jiān)控站來說，其主要參數(shù)包括泵站的細(xì)目、開采趨勢、流程畫面圖、設(shè)備停起狀態(tài)等，同時還可以對系統(tǒng)中多種報表進(jìn)行確認(rèn)，這也使其監(jiān)督作用可以有效落實到各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，使整個生產(chǎn)管理系統(tǒng)的完整性得到了保證。上位監(jiān)控站的報警功能較為完善，其分為超高、高、中、低4 個預(yù)警級別，在顯示預(yù)警畫面時，會顯示當(dāng)前監(jiān)控站的運行狀態(tài)、日期信息以及位號信息等。此外，將自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用到上位監(jiān)控站中，也使監(jiān)控站的整體智能化運轉(zhuǎn)水平得到了有效提升，其在運轉(zhuǎn)過程中一旦出現(xiàn)故障，畫面上會及時彈出預(yù)警窗口，并且會伴有相應(yīng)的警報聲，這也方便了相關(guān)工作人員及時做出響應(yīng)。

3.3 進(jìn)一步引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)與管理理念

對于頁巖油開采工作來說，在實際展開的過程中，對油田集輸泵站進(jìn)行有效管理非常關(guān)鍵，可以看出，油田管理工作在實際展開的過程中往往具有一定復(fù)雜性，我國在此方面的研究起步較晚，與一些西方發(fā)達(dá)國家相比，尚存在一定差距，因此應(yīng)該積極吸取西方國家的先進(jìn)技術(shù)理念，為我國油田管理工作的開展提供保障。自動化控制系統(tǒng)在頁巖油開采中的應(yīng)用便是一次重要的技術(shù)創(chuàng)新，同時也是管理方式的有效創(chuàng)新，今后會進(jìn)一步加大自動化控制系統(tǒng)與頁巖油開采的融合力度，行業(yè)內(nèi)部的油田開采企業(yè)定期開展相應(yīng)的培訓(xùn)活動，促進(jìn)崗位技術(shù)人員充分了解當(dāng)前企業(yè)自身在油田開采管理方面與國外油田開采企業(yè)的差距，從而不斷完善自身技術(shù)體系。此外，對于頁巖油開采的自動化控制系統(tǒng)來說，其開發(fā)以及運用不可能一勞永逸，這就需要對當(dāng)前的自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行不斷更新，對其各項功能進(jìn)行不斷優(yōu)化改進(jìn)，積極順應(yīng)當(dāng)前社會發(fā)展以及行業(yè)發(fā)展的趨勢。今后，要注意將實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)自動化向?qū)崿F(xiàn)全面電腦管控的目標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，這樣一來可以使自動化控制系統(tǒng)在油田管理工作中的應(yīng)用價值得到有效提升，同時也使油田開采工作在實際展開的過程中可以節(jié)省更多的人力物力，進(jìn)而提升了油田開采經(jīng)濟效益。

3.4 在就地控制與集中控制相結(jié)合中的應(yīng)用

對于頁巖油田開采來說，集中監(jiān)控主要是利用微處理機的監(jiān)控裝置來實現(xiàn)，在這一過程中，自動化技術(shù)的應(yīng)用價值得到了充分體現(xiàn)，由于監(jiān)控裝置包括多個現(xiàn)場終端與控制室，因此其具有一定復(fù)雜性，自動化系統(tǒng)的運用可以使集中控制系統(tǒng)在運行過程中脫離人工操作指導(dǎo)，主要以計算機系統(tǒng)為操作依據(jù)，通過將現(xiàn)場終端與微處理機有效結(jié)合的方式來發(fā)揮其自身功能，其靈活性較強，功能也較為全面。在實際運行過程中，不僅可以收集與顯示現(xiàn)場各種參數(shù)數(shù)據(jù)，同時還可以形成數(shù)據(jù)處理表格，通過報表的形式將其展示出來。通過對集中控制儀表的合理選擇，可以實現(xiàn)在控制室內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場電機、油泵、閥門的停起與開關(guān)操作，并且可以借助計算機系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時互聯(lián)共享，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)程遙控交換。但與此同時，企業(yè)要求相關(guān)操作技術(shù)人員自身具有較高的專業(yè)水平，通過開展裝置自檢、功能自處理等方式來實現(xiàn)對系統(tǒng)的有效擴展。對于此種方案來說，其在實際應(yīng)用的過程中體現(xiàn)出了較強的可行性，其主要是以氣動儀表和電動儀表為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了對系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的有效擴展與修改。

3.5 在分散控制中的應(yīng)用

當(dāng)前來看，自動化系統(tǒng)在頁巖油田開采分散控制中應(yīng)用發(fā)揮了良好效果，其主要是以微機為核心，利用集散裝置開展分級控制與管理工作，這也為自動化管理奠定了堅實基礎(chǔ)。在對某一油田進(jìn)行開采操作時，往往很難有效判定哪一種開展方案屬于最佳方案，這時候則較為適合應(yīng)用分散控制方式，其主要是利用自成體系的工藝與公用系統(tǒng)設(shè)置工程開展現(xiàn)場控制盤，通過這種方式來對油田開采現(xiàn)場的各種參數(shù)（如溫度、壓力、環(huán)境濕度、液位）情況進(jìn)行有效確定，在實施過程中如果出現(xiàn)人為操作失誤，則可以對其進(jìn)行及時保護(hù)，從而使現(xiàn)場控制盤的運轉(zhuǎn)更為規(guī)范，能夠及時下達(dá)相關(guān)管控指令。同時，運用以自動化技術(shù)為基礎(chǔ)的分散管控系統(tǒng)還可以將油田開采現(xiàn)場的狀態(tài)信號、公共警報信號及時傳給中控盤，有利于其對當(dāng)前情況進(jìn)行及時優(yōu)化改善。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著我國科技水平不斷提升，自動化控制系統(tǒng)在油田中的應(yīng)用越來越深入，但是整體來看，我國油田的自動化系統(tǒng)開發(fā)與運用方面還有較大的進(jìn)步空間，還需要行業(yè)內(nèi)部專業(yè)人士深入研究，對系統(tǒng)運行效率與質(zhì)量進(jìn)行不斷優(yōu)化，通過對自動化控制系統(tǒng)的不斷更新改造為頁巖油開采管理與生產(chǎn)工作在開展奠定堅實基礎(chǔ)，更加有利于保障油田開采工作的經(jīng)濟效益。今后，我國在頁巖油開采工作中運用自動化控制系統(tǒng)時，應(yīng)該注意積極吸取西方發(fā)達(dá)國家在此方面先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)驗，從而更好地提升油田開采生產(chǎn)工作的現(xiàn)代化水平。可以看出，自動化控制系統(tǒng)的有效應(yīng)用，可以在很大程度上降低相關(guān)工作人員的勞動強度，與此同時也使油田開采過程的安全性得到了有效保證，是今后我國油田開采行業(yè)的重要發(fā)展方向之一。