分析油田仪表自动化中的仪表选择

2022-05-06曲涛

仪器仪表用户 2022年5期

曲涛

（中海石油（中国）有限公司深圳分公司，广东深圳 518000）

在国内油田开发技术不断改造以及更新的过程，全面引进了数字化以及自动化的先进技术，使得油田开发工作更加信息化、自动化。其中在开采的过程中，充分地使用了自动化仪表，传感技术、图形控制技术以及网络自动化技术等。这些技术的应用，对油田的实时运行状态、压力温度等进行了实时监控测量，并利用网络技术和自动化仪表数据的分析等，对油田的实际生产状态进行全面的了解，采集相应的数据，全面实现了安全有序的自动化管理[1]。

1 仪器仪表的范围及其作用

当前中国的工业化经济特征非常明显，在这样的环境下，生产过程中使用的仪器仪表是非常关键的设备之一，对其的选择以及设计要具有较高的经济价值以及技术价值。特别是在油气水井的生产监视中，对其处理过程的监控有益于确保油田作业的安全生产，并提升产品的质量，是不可或缺的重要设备。因此，在对仪器仪表进行选型的过程当中，要对仪表的不同工作原理进行明确的分析，知道其工作的范围以及仪表之间的误差，这样可使仪表的可靠度以及精确度有所提升。

由于仪器仪表有着不同的性能以及工作方式，所以使用的范围有很大的区别。要对其型号以及原理进行详细的分析，以便能够选择范围和精确度高的设备，其中仪器仪表的工作范围是在实际生产过程中能够承受的最小强度以及最大强度。测量的范围是指仪器仪表等最大上限和最大下限之间的绝对值，仪器仪表有在这个空间范围内产生的幅度变化，才能保证精确程度。

面对数字化、网络化和智能化融合的发展，关键技术的安全和控制已成为其行业迈向高水平全球价值链的必要条件。中国石化行业正进入一个新阶段，转型升级要求不断提高自主能力，优化资源和产业结构，提升企业核心竞争力，也要从后台布局和规划，包括控制芯片、操作系统、数据库、硬件中间件和应用软件等，需要通过数字网络上的智能生产，加快国内炼油业向世界领先产业的转型，改善国内的工业基础，提高生产链水平，设备必须进行智能化制造。

众所周知，加工行业的特点是环境复杂、设备复杂且危险，一旦出现异常情况，维修人员必须迅速干预。在智能系统控制下，将更有效地提高响应速度和服务效率，为客户创建一个服务平台（销售、服务、备件、专家、解决方案），提供高质量的产品和科学解决方案。面对来自ISR 2.0的日益紧迫的安全威胁和压力，中层控制部门应实施一个集成、自治和受控的安全系统，以确保全网络覆盖和数据加密。此外，中间控制应制定面向智能决策的智能工厂解决方案，实现自主可控的中央流程和设备，并在石化行业探索新的智能生产模式，继续开发全方位的产品、工业解决方案和运营服务。

2 油田仪器仪表自动化系统现况

由于国内油田生产作业的不断优化，已经全面迈向自动化及自动化的生产形式当中，其中对于仪器装备的购买，使得油气田生产的转接站、联合站和井组的测量精度进一步得到了提升，将人工的工作强度进行了缩减，完成了精细化管理的转变。通过网络传输对油田作业生产的相关数据收集以及控制，促进了工作方式的改革，使得工作人员不需要走出工作室，便可对现场实际的工作情况有明确的了解。

在仪表自动化系统当中，包括信号和测量系统调节与联锁保护系统。在对这些系统的使用当中，都是应用DCS系统实现的。将该系统与网络系统进行结合，可实现远程监控控制，对实际生产下达调控的指令，并对生产进行安全指导。其中，具体的步骤为：将油田作业生产线当中的联合站以及转接站的流量、实际温度和压力液位等相关的数据通过自动化仪表实施准确地测量，并将测量的数据传输到网络监控系统当中，利用数字化对其中的数据进行读取，可转换，这样便可对相关的操作进行指挥。在这个控制系统当中，可以对管道的泄漏以及异常情况进行判断和分析，并对其中的泄漏点给予确定，及时通知工作人员给予处理，最大程度地减少了安全事故的发生，并促进了前端自动化仪表的高精度测量，是PS与DCS系统进行结合的成果。

仪表通信接入站场中央控制室的SCADA系统和VFM系统后，运行维护人员可以方便地实时查看各井场的数据，并根据预先编程的程序通过计算机计算和处理实现各种功能，这使得整个生产过程更容易检测和控制，确保安全可靠地石油开采、储存和运输。计量站的水表瞬时流量波动很大，取下芯和杂质后，流量计恢复正常。信息系统投入使用后，传统的电表被最新的智能电表取代。面对陌生的新仪器，最初技术人员不敢触摸，后续随着技术水平的提升，逐渐不再依赖制造商，能够独立自主使用，这种智能化系统的引进确保了安全性和成本节约。技术人员应及时总结安全检查中发现的问题，进行拉网检查，及时通报问题，落实整改责任人和整改目标；工厂应加强与相关单位的协调或配合油田服务技术人员进行现场校准。调试工作时间紧迫，任务繁重，且当前受疫情影响，多个项目的仪器通讯调试全部积压在一起。项目应在最初便开始协调资源配置，科学部署。同时，填充井工程项目部应精心组织施工，全体参与施工人员也要努力配合，确保安全、优质、高效地完成仪表通讯的安装调试任务，赢得甲方和监理的一致肯定和好评。

在工作中，自动化机房除了制定日常管理制度外，还应结合自身维修性质和技能需求，明确“应急维修制度”和“学习培训制度”，使系统更贴近实际生产和发展的需要。电动阀维修室应根据452《设备维修保养办法》，电动执行机构是电动阀的执行部分，广泛应用于油田污水站、注水站、制备站等站场的储存。控制柜维修间实行“三查三清”的工作方法，通过“普查、精检、精检”，确定故障原因，完成维修，确保维修过程的节点和流程清晰。变频器维修室不断提高变频器的维修水平，总结“六步法”，为变频器从维修报告到维修完成提供线索，在实现维修节点控制的同时提高效率。油田应集中智能化，井间少人管理数字化，井间运行管理专业化这3个方面的变化，在掌握仪器维修技术的基础上，自主研发全站式PLC技术，使核心技术牢牢掌握在自己手中，紧跟形势，大胆创新，研发能力不断前进。技术工人要掌握常用的组态软件开发技术，熟悉油田工业控制研发领域的通用软件，具备单机、分布式网络和冗余系统的组网能力，可独立开发“集中监控”系统，这4种能力也创造了油田新的发展愿景。以测控系统为重点，不断深化研发能力、管理能力、训练能力和规划能力。建设油田一流的仪器团队，做智慧油田的守护者。以工厂高质量的发展步伐，提出“引领行业发展，智慧油田服务”的工作方向，攻克全电动阀门、变频器，UPS技术壁垒，实现自动控制系统的自主维护，自主研发全厂各站PLC技术，实现以测控系统为核心，进而辐射到整个仪表系统的“大维护”网络。

3 油田仪表自动化过程中的仪表选择分析

3.1 压力测量仪表

在对压力测量仪表进行选择的过程中，是十分关键的一项工作，如果有任何的疏忽，便会造成很大的错误。对于压力测量仪表选择，要结合不同压力的实际介质。例如，在选择压力表的过程中，对于粘度比较高的原油测量工作，需要依照实际的规定选择隔膜式压力表，或者应用膜片式的测量仪表，当然也可应用灌隔离液等弹簧管压力测量仪表，其中分为1.5级以及2.5级的精确程度，并且一般刻录盘直径为100mm～150mm[2]。在选用远传压力测量仪表（图1）的过程中，需要结合具体的标准来进行选择。如针对将信号输出作为标准的仪表，需要应用压力变送设备；针对粘度较高，为固体颗粒状的介质，并具有一定腐蚀性的需要应用法兰膜片式的压力变送设备（图2）。在对其进行选择的过程中，实际温度不能高于200℃，如在实际操作中应用了隔离措施，便需要应用压力变送设备给予辅助。此外，在具有震动强烈的场合介质当中，对压力测量仪表的选择要应用数字压力变送器。总的来说，在对压力测量仪表进行选择的过程中，一定要结合实际情况以及条件进行选择。

图1 远传压力表Fig.1 Remote pressure gauge

图2 双法兰压力变送器Fig.2 Double flange pressure transmitter

3.2 温度测量仪表

从实际理论上进行分析，在自动化进程当中，温度和压力是非常关键的两个方面。因此，在对温度测量仪表的选择上，要非常的谨慎，例如：就地指示的温度仪表，金属温度计为最为合理的选择，要将实际温度控制在-80℃～+500℃之间，其精度要控制在1.0级～1.5级之间，刻度盘的实际直径需要在100mm左右。要将观察距离安装在远一点儿的地方时，需要使用直径为150mm的刻录盘，在-8℃以下的低温介质当中，或者说具有振动情况以及不能近距离接触对数据进行读取的情况下，并没有较高的精度要求，所以在压力温度计进行选择时要按照显示仪表对相应的型号进行选取，针对要求比较严格的信号输出的温度仪表选择，需要对一体化温度变送设备进行考虑。

3.3 计量及流量测量仪表

对于计量及流量测量仪表的选择，会对生产过程中的数据准确性造成直接的影响，所以在选择上要十分的严谨和慎重。一般情况下，要结合油井单井计量方式的实际情况，应用分离器对玻璃管进行计量的相关操作。分离设备，动玻璃管计量。简单来说，就是应用液位进行计量，之后用可编程的控制设备，对计算数据实施计算和控制，便实现了自动化计量。此外，也可应用人工对玻璃管实施计量，其具体的方式为利用自立式差压的调节阀进行实现，主要的原理为对集油汇管以及分离器之间的压差进行控制。对于手动页面的控制，需要应用秒表进行计时，以便测量出实际的计量数据。此外，针对原油流量测量仪表的选择需要注意的是，如果原油以及杂油粘度较高，这样的井采流量测量，需要应用容积式流量计。针对粘度比较小的，不超过5mps的轻质原油，可使用涡轮流量计[3]。

3.4 液位测量仪表

通常情况下，对于就地液位测量仪表的选择，可结合被测介质的实际性，实施相应的选择，这与被测介质的压力以及不同方面的性质有着较大的关联。如果为轻质油，便可应用玻璃板液位计，也可结合实际情况，应用磁翻板液位计。如果被测介质为原油，可应用浮球液位计。在对地下水池的液位进行测量的过程中，可以考虑应用顶装式浮球液位计，但根据实际情况，也可应用深度计；针对污水污油池的实际液位测量情况，可选择应用电容物位计；针对具有水油的卧式压力容器液位，可应用连续测量，通常情况下会使用插入法差压液位变送设备；针对冷凝液大析出的情况，可应用正插负平双法兰当中的法兰差压液位变送设备。