单干井拉油远程值守系统应用研究

2022-07-13李兴陈敏陈聪颖张晓峰

石油化工自动化 2022年3期

李兴，陈敏，陈聪颖，张晓峰

(中国石化股份有限公司江苏油田分公司采油一厂，江苏江都 225265)

中国石化股份有限公司江苏油田是典型的水乡油田，河道水网密布，部分油井地处水网中的孤岛，地理位置偏远，孤立于整装区块的生产系统，形成独特的单干井生产系统[1]。单干井长期实行人员轮换倒班、驻守值班的生产管理模式，综合管理难度大。全油田单干井点多，劳动用工量大，驻守人员工作量不大、但工作时间长，劳动用工效率低；人均管井数少，人工驻井成本高。

近年来，大数据、人工智能技术与油田生产深度融合，在油气田勘探、开发等多个环节发挥重要作用[2]，油田信息化建设向“自动化监控、无人值守”模式快速发展[3-4]，中国部分油田已实现整装区块油井、井站、集输站库的无人值守[5-6]。但对于单干井生产系统信息化研究没有得到重视，为实现油田信息化全覆盖、降低劳动用工，开展相关内容的研究十分必要。

1 单干井远程值守技术需求分析

单干井日常管理的“无人值守”模式取代“人员倒班值守”的生产模式必须从单干井生产管理需求出发，实现单干井资料录取、监测、操作的“无人化”。油田单干井的日常管理主要包括：油井生产资料的录取，井口设备、流程及抽油机等的巡回检查；单井生产储罐液位、温度、压力录取；生产流程倒换操作、罐车装油操作与计量等三个方面的内容。前两个方面主要是生产参数的录取与监测，现场实现信息化难度较小，后者涉及的操作节点多、工艺控制复杂程度高、现场处于野外较为恶劣环境，因此是需要解决的关键难点。

2 单干井拉油远程值守系统开发

某采油厂根据单干井拉油点无人远程值守技术需求，开展了现场硬件设计与改造；依据操作工艺过程和生产管理要求，设计出远程值守系统控制逻辑，开发配套系统控制模块，形成单干井拉油远程值守系统。

2.1 现场硬件设计与改造

对现有的单干井车拉油生产工艺进行改造达到无人值守的技术条件，现场主要硬件改造工作包括：生产全流程压力监测点改造；储罐液位、压力监测改造；生产全流程阀组控制改造；视频音频及电气控制改造。选用硬件的技术参数根据实际生产需求进行优选和确定，主要硬件技术参数见表1所列。

表1 主要硬件技术参数

2.2 系统控制逻辑设计

依据罐车装油操作工艺过程，单干井车拉油装车操作主要分四个阶段控制：

1)车拉油前准备工作。该系统根据设定的油温远程启停电加热装置，预热罐内原油准备车拉油。

2)拉油罐车进场就位及准备。中心控制室人员通过对话系统及视频系统远程检查核实车辆信息、接地装置、防火罩等情况。

3)远程控制原油装车。与承运人员核实现场安全等条件后，中心控制室人员在系统中设定放油量，发出装油指令，外输油罐出口、输油泵出口电动阀打开，输油泵启动，开始装油，当放油量达到设定值时，输油泵出口电动阀自动关闭，停输油泵。

4)生成报表，完成输油任务。

2.3 系统结构设计

单干井拉油远程值守系统的结构设计包括：生产流程自动切换模块和控制单元的设计。

1)生产流程自动切换模块设计。生产流程自动切换模块由液位检测、控制器、执行机构3个单元组成。该模块首先实现生产储罐的倒换罐生产控制：控制器根据参数设置，判断储罐油位高低，当生产油罐液位到达预定液位，控制器发出指令，打开另一储罐的进油阀，并关闭原储罐进油阀，实现进油流程远程切换；其次是接受中心控制室远程装油指令，以实现拉油点生产流程与车装油自动切换。拉油点工艺流程及装油过程控制如图1所示。

图1 拉油点工艺流程及装油过程控制示意

2)控制单元设计。控制单元的选择需满足对拉油点远程控制要求，从技术性能、使用性能、安全可靠性、环境适应性和经济性五个方面综合考虑。此次改造优选了非常适合复杂过程顺序控制的NJ300 PLC[7-8]，单干井所有设备都可通过该PLC扩展相应的DI，DO，AI，AO，串口通信模块等，通过设计PLC底层逻辑[9]，完成对设备的数据采集和远程控制。

控制单元可实现的功能包括：储油罐液位、温度、压力实时监测，参数高、低位报警，低液位联锁停止输油泵、停电加热装置；储油罐与输油泵进、出口电动球阀远程开关，状态、阀开度反馈；电加热装置远程启动、停止；流程自动倒换、启、停输油泵；储油罐实时油量、拉油量及历史数据查询；高清视频实时监控、与中心控制室语音对讲、拉油点区域入侵报警等。

2.4 单干井拉油远程值守管理系统开发

基于油田生产信息，开发了单干井拉油远程值守管理系统，实现拉油四联单的电子化，同时对现场设备改造配套刷卡识别系统，通过线上实现车拉油信息共享与管理。

该系统软件基于VS.NET 2008开发环境和mysql5.5.8数据库构建[10]，由PLC组态模块、OPC读取组态数据模块、中心控制室监控模块、过磅称重台模块、卸油台模块和系统管理查询模块组成。

PLC组态模块完成读取及显示各个单干井拉油点PLC的数据；OPC读取组态数据模块完成读取组态软件数据并保存到数据库；中心控制室监控模块自动从数据库中读取该拉油点的实时库存量，并计算此次拉油量；过磅称重台模块监控称重台智能卡数据程序和称重台工人操作程序；卸油台模块监控卸油台智能卡数据程序和卸油台工人操作程序；系统管理查询模块实现查询显示指定拉油点、指定车辆、指定司机的指定时间内拉油明细、称重台指定时间内称重、卸油明细，生成指定报表及完成系统设置。