數(shù)字化油田輸油模式探討

田新民，田雪瑩

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采油廠(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行部，寧夏 銀川 750006）

1 傳統(tǒng)模式下輸油方式及特點(diǎn)

2008年以前，長(zhǎng)慶油田還沒(méi)有開(kāi)始進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)和應(yīng)用，輸油站點(diǎn)輸油控制，都需要設(shè)置專(zhuān)門(mén)輸油操控人員進(jìn)行操作和管理，一般最少設(shè)置為3人，其中1人在家輪息，2人正常上班，上24小時(shí)，休息24小時(shí)，因輸油控制技術(shù)落后，基本依靠當(dāng)班員工根據(jù)儲(chǔ)油罐液位的高低變化和輸油時(shí)間規(guī)定，人工調(diào)整輸油泵排量，操作頻繁且輸油排量參數(shù)變化大，出現(xiàn)管線(xiàn)泄漏，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)，員工工作量大，且易出現(xiàn)輸油事故。

2 數(shù)字化建設(shè)不同時(shí)期輸油模式的轉(zhuǎn)變及特點(diǎn)

數(shù)字化建設(shè)初期，受到各種因素的制約和限制以及思想觀念的影響，從最初的抵觸數(shù)字化應(yīng)用，到后期沒(méi)有數(shù)字化就沒(méi)有辦法進(jìn)行操作和管理，人人都能接受數(shù)字化；數(shù)字化應(yīng)用技術(shù)從最初安裝攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，到后期通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程自動(dòng)輸油和監(jiān)控，原來(lái)一個(gè)采油作業(yè)區(qū)有30個(gè)輸油站，配置90～100名操作人員，到現(xiàn)在一個(gè)作業(yè)區(qū)配置3～4名操作人員，就能完成全作業(yè)區(qū)的輸油監(jiān)控和操作。

第一代數(shù)字化建設(shè)，輸油站點(diǎn)全部配套安裝了變頻器，變頻器安裝完成后，輸油控制通過(guò)人工在本地控制變頻器頻率，實(shí)現(xiàn)輸油調(diào)整排量，不需要通過(guò)人工去控制泵出口閥門(mén)開(kāi)度進(jìn)行調(diào)整，勞動(dòng)強(qiáng)度明顯下降，且調(diào)整方便。特點(diǎn)：輸油站點(diǎn)員工勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低，輸油參數(shù)調(diào)整方便也基本平穩(wěn)；缺點(diǎn)：因沒(méi)有實(shí)現(xiàn)通過(guò)遠(yuǎn)程方式控制輸油泵的啟停及排量調(diào)整，輸油站點(diǎn)還要配置最少3人，進(jìn)行日常輸油管理工作。

第二代數(shù)字化建設(shè)，各輸油站點(diǎn)都鋪設(shè)通訊光纜，實(shí)現(xiàn)各輸油站點(diǎn)都能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊后，將各輸油站點(diǎn)的變頻器通過(guò)站控PLC與作業(yè)區(qū)設(shè)置的服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通，在配套相關(guān)輸油和控制軟件后，各輸油站點(diǎn)輸油員工和電腦全部集中到中心站，實(shí)現(xiàn)一個(gè)中心站的輸油，全部集中進(jìn)行管理和控制。集中后，原來(lái)一個(gè)輸油站配置3人，改為一個(gè)中心站配置3～4人，集中控制和管理中心站所轄的5～8個(gè)輸油站。特點(diǎn)：用工人數(shù)明顯降低，缺點(diǎn)：出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，部分站點(diǎn)輸油沒(méi)有辦法遠(yuǎn)程及時(shí)調(diào)整和控制。

第三代數(shù)字化建設(shè)，各輸油站點(diǎn)的控制集中到各中心站后，用工數(shù)量明顯下降，但不能實(shí)現(xiàn)一個(gè)作業(yè)區(qū)的統(tǒng)一管理，且隨著油田發(fā)展需要，用工總量逐年壓減，還不斷增加新的油井和輸油站點(diǎn)。為了適應(yīng)不斷減少的用工特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)通訊建設(shè)的完善，將各中心站的輸油控制，全部集中到作業(yè)區(qū)統(tǒng)一管理和控制。特點(diǎn)：用工人數(shù)進(jìn)一步降低。一個(gè)作業(yè)區(qū)的運(yùn)行能統(tǒng)一集中管理。缺點(diǎn)：輸油控制和管理集中到作業(yè)區(qū)后，因輸油控制模式?jīng)]有進(jìn)行系統(tǒng)化的配套完善，導(dǎo)致一個(gè)作業(yè)區(qū)不同輸油站點(diǎn)，采用不同的輸油模式，給操作員工增加了難度。

3 數(shù)字化站點(diǎn)輸油控制模式的特點(diǎn)

在完成第三代數(shù)字化建設(shè)后，輸油站點(diǎn)的輸油控制模式也在不斷地改進(jìn)和提高。下面就目前常用的5種輸油模式的特點(diǎn)進(jìn)行分析，指出每種輸油模式的優(yōu)缺點(diǎn)，并指出每種輸油模式適合的輸油泵和站點(diǎn)。

3.1 高啟低停模式

高啟低停模式是最早建設(shè)數(shù)字化建設(shè)時(shí)配套編寫(xiě)的輸油模式。特點(diǎn)：依據(jù)人工設(shè)定的低停液位和高啟液位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸油，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，也不影響輸油，人為設(shè)置一個(gè)輸油頻率。缺點(diǎn)：輸油頻繁啟停，導(dǎo)致輸送到下游站點(diǎn)的排量和壓力變化大，出現(xiàn)管線(xiàn)泄漏不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，下游聯(lián)合站三相分離器接收到的原油，排量和溫度變化大，導(dǎo)致三相分離器運(yùn)行不平穩(wěn)（圖1、2）。

圖1 高啟低停輸油界面

圖2 高啟低停輸油流量曲線(xiàn)

3.2 遠(yuǎn)程手動(dòng)模式

遠(yuǎn)程手動(dòng)模式是最早配套也是最原始的輸油模式。特點(diǎn)：操作員工根據(jù)儲(chǔ)油罐的液位，人工調(diào)整和設(shè)置排量。缺點(diǎn)：需要操作經(jīng)驗(yàn)豐富，否則，需要頻繁調(diào)整變頻器頻率，輸油不平穩(wěn)，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，只能依據(jù)前期設(shè)置的輸油排量運(yùn)行，需要駐輸油站點(diǎn)員工在本地手動(dòng)操作，出現(xiàn)管線(xiàn)泄漏不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，下游聯(lián)合站三相運(yùn)行受到上游操作員工的操作水平影響比較大。主要用于臨時(shí)輸油站點(diǎn)變化大或需要人為設(shè)定排量輸油（圖3～6）。

圖3 遠(yuǎn)程手動(dòng)輸油界面（離心泵）

圖4 遠(yuǎn)程手動(dòng)輸油流量曲線(xiàn)（離心泵）

圖5 遠(yuǎn)程手動(dòng)輸油界面（柱塞泵）

圖6 遠(yuǎn)程手動(dòng)輸油流量曲線(xiàn)（柱塞泵）

3.3 連續(xù)輸油模式

連續(xù)輸油模式有兩種方式。第一種是恒液位連續(xù)輸油。特點(diǎn)：輸油依據(jù)設(shè)定的液位值，實(shí)現(xiàn)不停泵連續(xù)輸油，缺點(diǎn)：上游來(lái)油排量變化大及頻繁時(shí)，輸油排量變化大，導(dǎo)致下游三相分離器運(yùn)行不平穩(wěn)，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障不影響正常輸油，因液位變化小，每天上游站點(diǎn)或油井產(chǎn)量計(jì)量準(zhǔn)確，出現(xiàn)產(chǎn)量變化時(shí)，很容易就能分析出不出油的油井，主要用于輸油平穩(wěn)和排量低站點(diǎn)。第二種是恒排量連續(xù)輸油，特點(diǎn)：輸油排量恒定，方便上下游站點(diǎn)監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)上下游輸差大時(shí)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。缺點(diǎn)：上游來(lái)液產(chǎn)量變化大時(shí)，需要人為經(jīng)常調(diào)整輸油排量，否則，就會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)停泵。主要用于輸油管線(xiàn)使用年限長(zhǎng)或易發(fā)生管線(xiàn)泄漏的輸油站點(diǎn)（圖7～10）。

圖7 恒液位連續(xù)輸油界面

圖8 恒液位連續(xù)輸油流量曲線(xiàn)

圖9 恒排量連續(xù)輸油界面

圖10 恒排量連續(xù)輸油流量曲線(xiàn)

3.4 五段控制輸油模式

五段控制輸油模式是將儲(chǔ)油罐的液位分成五段，每段對(duì)應(yīng)一個(gè)輸油頻率。特點(diǎn)：依據(jù)儲(chǔ)油罐液位區(qū)間，設(shè)置輸油頻率，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸油，在每段液位區(qū)間，能實(shí)現(xiàn)恒排量輸油（離心泵輸油除外）。缺點(diǎn)：排量變化大時(shí)，需要每天調(diào)整每段的輸油頻率。適合各類(lèi)站點(diǎn)輸油（圖11～12）。

圖11 五段輸油頻率設(shè)置界面

圖12 五段輸油流量曲線(xiàn)

3.5 AI智能輸油模式

AI智能輸油模式是保持一個(gè)相對(duì)恒定液位且在液位變化不大時(shí)保持恒排量輸油方式。特點(diǎn)：每天液量變化不大時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)定液位下的連續(xù)恒排量輸油，方便監(jiān)控，排量平穩(wěn)。缺點(diǎn)：每天液位變化大時(shí)，排量變化大。不適合安裝離心泵的輸油站（圖13～14）。

圖13 AI智能輸油模式設(shè)置界面

4 數(shù)字化站點(diǎn)輸油控制模式選擇建議及后期改進(jìn)建議

圖14 AI智能輸油模式流量曲線(xiàn)

上述六種輸油模式，除恒排量輸油模式外，都能適應(yīng)柱塞泵或螺桿泵輸油，排量能夠按照設(shè)定值運(yùn)行。由于每個(gè)輸油站點(diǎn)安裝的輸油泵類(lèi)型不同，排量不同，導(dǎo)致現(xiàn)有六種輸油模式，沒(méi)有一種模式能夠適合不同輸油站的輸油需求。鑒于集中監(jiān)控和管理后，結(jié)合不同站點(diǎn)及運(yùn)行模式特點(diǎn)，輸油模式建議。

離心泵，離心泵輸油存在最大的問(wèn)題是，輸油壓力和溫度對(duì)排量影響變化大，多用于聯(lián)合站或排量較大的接轉(zhuǎn)站，輸油一般對(duì)排量要求嚴(yán)格，推薦使用五段輸油模式，上述所說(shuō)的五段輸油模式中每段設(shè)定頻率輸油，改為定排量輸油，依據(jù)儲(chǔ)油罐的液位，人為設(shè)定每段的輸油排量，就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)多段恒排量自動(dòng)輸油，且上下游流量計(jì)對(duì)比監(jiān)控排量變化也方便和準(zhǔn)確。

柱塞泵和螺桿泵，輸油最大的優(yōu)點(diǎn)是排量隨頻率等比例變化，輸油壓力和溫度對(duì)排量幾乎沒(méi)有影響，多用于排量小的增壓站或接轉(zhuǎn)站。推薦使用AI智能輸油和五段控制輸油模式。

高啟低停模式，因輸油不平穩(wěn)，輸油泵頻繁啟停，對(duì)輸油泵、管線(xiàn)使用壽命影響較大，不建議推廣使用。

遠(yuǎn)程手動(dòng)模式，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)油管來(lái)油大或倒改流程，短時(shí)間內(nèi)排量變化大時(shí)，臨時(shí)手動(dòng)控制輸油用。

恒液位連續(xù)輸油模式，因油田生產(chǎn)輸油站點(diǎn)來(lái)油變化大，且對(duì)液位變化無(wú)要求，實(shí)際輸油時(shí)排量變化大，無(wú)規(guī)律，不方便監(jiān)控排量變化，不建議推廣使用，

恒排量連續(xù)輸油，因輸油排量恒定，方便監(jiān)控，但液位變化時(shí)，需要人工調(diào)整排量，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸油，推薦其控制程序與五段控制輸油程序進(jìn)行合并，專(zhuān)門(mén)用于排量和液位都有要求的站點(diǎn)進(jìn)行輸油。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析，輸油站正常選用設(shè)置三種輸油模式，遠(yuǎn)程手動(dòng)模式、五段控制輸油模式、AI智能輸油模式。遠(yuǎn)程手動(dòng)模式主要用于臨時(shí)人工手動(dòng)遠(yuǎn)程控制輸油，五段控制輸油模式主要用于安裝離心泵、柱塞泵、螺桿泵的站點(diǎn)輸油，AI智能輸油模式主要用于安裝柱塞泵、螺桿泵的站點(diǎn)輸油。五段控制輸油模式或AI智能輸油模式后，都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輸油，且輸油排量基本穩(wěn)定且能連續(xù)不停泵輸送，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，一個(gè)人就能實(shí)現(xiàn)20～30個(gè)輸油站的監(jiān)控和管理。