基于数字化油田生产中自动化仪表的选择应用分析

隋 溢

（大庆油田自动化仪表有限公司，黑龙江大庆 163000）

1 数字化油田与自动化仪表概述

1.1 数字化油田

要将石油企业的生产过程进行数字化，必须将数据库与信息系统整合起来，充分利用其作用，提高石油企业的经营水平。与此同时，采用自动化系统实现对油田的实时监测，提高巡视检查的频率，使油田生产中出现的安全问题可以得到及时检测，实现设备的安全、稳定、高效运行。在数字化油田生产管理中，实现对石油企业的集中控制和管理，统一和协调了石油企业的生产计划，在此基础上，进一步完善了系统的数字化管理系统，提高了系统的自动化程度，实现了系统的平稳运行。数字化管理中的数据采集阶段，是指在生产现场，通过与之相关的数据采集设备来进行，要做好对设备的维护工作，做到能够对数据进行及时有效收集。在此基础上，利用计算机技术将现场的各项信息及现场的监控信息传送到中央控制平台，由中央控制平台完成整个过程的监控与管理。利用该软件来对油田的运行状况进行综合评价，以便于对油田的安全进行实时监测和监控[1]。

1.2 自动化仪表

自动化仪表由多个自动化部件构成，它最大的优点就是可以对其进行准确的测量和记录，当出现突发事件时，还能自动发送警报，通知相关人员。自动化仪表可以看作是一个信息传输设备，其初始形式是一个工业仪表，随着自动化技术的发展，其与工业仪表的融合，最终形成了今天的自动化仪表。除此之外，该仪表自身的抗干扰能力也很强，不会受到其他数据组的影响，该项发出后，就可以进行下一项数据的记录，精度也相对较高。油田数字化的建设过程，有着严格的石油产量的计算要求，可以反映出建设质量的高低，通过自动化仪器可以准确地计算出输出，满足使用的需要。在采油设备中应用了自动化仪表，实现了采油设备的自动化，减少了采油人员的数量，提高了采油效率，从而更好地进行了精细化管理，对油田业务生产参数进行了采集与控制，使工作人员可以对油田现场的生产状况进行及时了解。

在仪表自动化系统中，测量系统、信号系统、互锁保护系统、调整系统等都是不可或缺的环节，它们都要经过DCS 系统来运行，DCS 系统与网络技术相结合，能够对生产指令进行控制，并对工作进行指导。在油田操作流水线中，使用自动化仪表精确地对转换站和联合站的温度、流量、压力等参数进行检测，并通过网络技术将采集到的数据进行二次转换，对管道的渗漏状况进行判断，从而确定渗漏的位置，确保了作业的安全性。当前，自动化系统主要是由 DCS 控制系统构成的，DCS 控制系统拥有显著的应用优点，它的技术成熟、可快速运行，并可以与现代网络融合，最终实现对整个生产过程的掌控。

2 油田生产中自动化仪表的选用原则

在油田生产过程中，所使用的仪器仪表自身也是有误差的，但是一般情况下，它们以绝对误差、相对误差和传导误差为代表。因为油田的生产环境不同，它除了受到外界环境的干扰之外，还受到其自身因素的限制，这些因素都会对仪器仪表工作的稳定性产生影响，从而导致其难免会产生一些偏差。因此，为了解决以上所出现的问题，就必须在对仪器仪表的选择上慎重考虑，并按照有关的原理和方法进行合理的选择[2]。

2.1 精确性和经济性兼顾原则

就油田的生产来说，它的整体流程都是相当复杂的，需要对油田的存储、开采和生产运行情况有一个全面的认识，并对其进行有效的分析，从而制定出最适合的开发计划，并且需要对生产工艺进行持续的优化，并对装备的操作参数进行调整，就会影响到油田的产量和生产的安全。所以，在进行自动化仪器选择时，要将其精确度作为首要的考量因素，并将其与油田生产自身情况、计量的环境、介质特性及精度需求等因素相结合，进而选择出能够在此条件下准确计量仪表的方法。然而，当所选择的仪器都具有相同的精度级别时，就要对它们的经济成本进行考量，然后从中挑选出既能兼顾到经济性又能兼顾到技术要求的仪器，将成本高、功能丰富且不满足油田生产和管理需要的仪器排除。

2.2 安全性和可靠性兼顾原则

加强安全生产是国家在努力推动的一种措施，也是所有企业在进行生产经营时都要严格遵循的一条原则，包括油田的安全。因此，在选用自动控制仪器时，不仅要看它的优良性能，而且要看它的安全性。总的来说，有些新开发的仪器和装置，因为没有经过长时间的实践检验，对它们的应用仍有一定的安全隐患。随着信息技术的迅速发展，老的自动化仪器仪表设备逐渐被淘汰，新的仪器仪表设备不断出现，但是在选择自动化仪表时，如果所采用的技术可以达到对特定参数的测量要求，在这些仪表中，应优先选取经过长期验证的、安全耐用的仪表，并且按照仪表安装说明和规定进行适当的安装，并对管道内有无异物和焊渣进行并清理，以为仪表的正常测量奠定基础。

3 数字化油田中自动化仪表应用

3.1 常用自动化仪表

压力仪表。石油作为日常的一种重要能源，由于其开发具有一定的风险性，所以在建立数字油田时，若不留意压力的变动，极易引发安全事故。压力仪表的使用应该是按次序进行的，这就要求操作者必须对整个次序的过程非常了解，并且要严格遵守次序，以免发生安全事故，造成人身和财产的损害。在应用时，首先要测定应用周围的温度，以免应用的温度太高而影响到它的正常运行。压力计要经常保养，并要对故障进行及时排除和维修。用压力计准确地测定出水压，当水压超标时及时发出警报。有关单位要根据它们的应用规定，配备专业的操作员，对他们进行严格的训练。

温度仪表。在数字化油田的建设中，具备自动化温度测量仪表的应用是必不可少的，对所采集的原油进行实时的测量，对油的采集有非常准确的温度需求，通常需要在300～1 800℃，如果不能很好地进行有效的控制，就会导致一些安全事故发生。为了达到精确测定的目的，必须利用温度计来确保采矿过程中的温度变化。对运行过程中的温度变化进行了详细记录，以便对运行过程中发生的意外情况进行防范。

3.2 DCS控制系统的应用

（1）现场数据收集与监控系统部分。在油田生产中，对现场进行大量的数据资料和信息资料的搜集，并利用监控系统的功能对这些资料进行综合，从而达到对整个油田开采过程中资料的把握，从而提高油田开采的品质和效率。

（2）监控中心。在DCS 系统中，监控中心是最重要的一环，它的监控信息主要包括流量、液位、采油温度等。在采集了这些数据之后，将它们进行了后续的整合，并传输到中控服务器，服务器会对这些信息展开分析和归类，根据这些信息的内容和分类，再将它们发送到相应的工作人员手中，从而提高采油质量、效率和安全性。油田生产中由于各种因素的作用，常会造成系统中的信息丢失。因此，在控制系统的布设作过程中，技术人员要对采油分解有一个完整的认识，并对其进行计算，并在此基础上建立一个传输服务器，以此来实现对每个管道内真实状况的掌控，以便及时发现问题并解决问题，最终实现安全稳定输油。传统的人工仪器存在着操作不稳定、受各种制约等问题，与数字油田的发展格格不入。为此，需要大力发展和普及自动测量技术。但是，在某些边远的油田，由于生产过程中存在着不能适时完善和改进的问题，需要加强生产过程中的各种仪器设备的应用[3]。

3.3 中央控制室与子站接入

3.3.1 中央控制室

在运行时，中央控制室与站间的通信，需要用传送讯号来建立。在中心控制室内，DCS 可以设定对应的分台，对各分台进行数据录入，并对各分台的工作情况用图表形式进行汇总。DCS 采用视窗控制，工程师可以对DCS 进行升级和优化。在得到许可后，根据现场的具体状况，及时地对该系统进行升级，确保其应用的有效性。

3.3.2 DCS系统的具体功能

DCS 系统包括4个功能：①实现对油田的动态监测；②对收集到的资料进行综合分析，并将综合分析的结果用一张曲线图表示出来；③各种类型的报告都能根据需要进行时间设置并产生；④在生产过程中，能够在生产过程中实时监测到各项指标，当超过设定值时会有预警，便于读取、打印分析结果。DCS 具体功能如下：在第一种功能中，DCS 能够对各种复杂的资料进行分类辨识，并且能够根据具体的工作情况进行实时监控与评价。一旦室外的设备发生异常，工作人员就能及时准确地找到设备的位置，并针对具体的条件进行维修。第二种功能确保了DCS 系统的正常运转，使数据的处理变得更加简单，可以用一种详细的形式来展示重要的数据，让工作人员能够对每个工作环节中所生成的有关数据进行实时监测，同时也可以将收集到的资料进行汇总，帮助工作人员更快更准地做出判断。第三个功能就是能够精确地完成工作，产生多种说明，员工能够透过其自身的资讯科技设备来查阅资料，并得出所需说明。在日常自动化作业中，很难完成这样的输出宣告，工人们需要手工联系打印机进行打印，这样既浪费了大量的人力，又浪费了大量的生产成本。第四种功能是实时监视系统，遇到突发状况，可以将其和预警功能直接联系起来，由工作人员来判定是否出现了问题。与以往的报警系统比较，它的功能更加强大，速度更快，能够保证各个程序的安全性和平顺性。

4 自动化仪表应用中维护与故障处理

4.1 强化仪表设备检修

在使用自动仪表时，经常会遇到各种问题，严重影响到油田的正常生产。所以，要对这些问题进行周期性的检修，找出问题所在，减少这些问题的发生。维修人员要承担起自己的职责，对油田中的自动化仪表定期展开全面检测，确保在发生故障时可以及时解决，减少对油田工作的干扰，使仪表能够在正常的工作状态下保持良好的灵敏度和准确性，以达到数字化油田的生产效率。

4.2 制定排污处理方案

在使用自动仪表时，应充分掌握仪表的基础状况及工作条件，以免因使用错误的方式而引起仪器的失效。另外，当仪表工作结束后，操作人员应立即执行污水处理，并应制定详尽的污水处理计划。当采用自动仪表测量时，由于油污和灰尘等杂质的存在，会使计量的准确性受到很大的影响，有时还会引起重大的事故。因此，要严格按照排污计划表对自动化仪表进行排污，在制定排污方案时，要按照仪表的工作条件和工作环境来进行，制定后要确保执行，并保持仪表的运行能力。

4.3 定期检修仪表

为了减少仪表在运行中的失效概率，确保仪表的正常运行，提高仪表使用能效。在对仪表进行维修保养时，要注意对一次部件进行检修，要对其具体的保温伴热状况等进行详细的了解，特别是在低温的环境下，这是一个需要进行的主要维修的项目，可防止在较低温度的条件下，因部件结冰而使仪表不能正常工作。

5 油田数字化建设愿景

5.1 数字化阶段

在此期间，一套新的系统被应用于有线与无线的技术，可以控制与维护来自传感器的部分数据。这个系统可以跟一个专业的数据库和平台连接起来，利用底层传感器层的仪器，来收集各种数据指标，包括指标图、电流图等信息，之后再由网络传输到数据平台上，对其进行组织和存储，并结合各油井、场址的过去生产资料和目前生产状况加以分析。维护工作资料，方便员工查阅资料，资料分析等。整合了大量的基础数据，将各应用数据连接起来，形成一个完整的资料整合平台，逐步改进这个进阶的资料，逐步提高它的品质和范围，方便使用者使用，对所掌握的资料进行判断和分析，达到精确的运作[4]。

5.2 可视化程度

在此阶段，技术人员已完成了数位化和高级资料整合，并形成了良好的技术支撑基础。运用先进可视化技术，可以对油田视频数据和警报的周边进行实时监测。之后，运用智能化的人脸识别等图像分析技术，并与语音报警功能及呼叫语音报警功能相结合，极大降低了油井现场偷盗事件及安全事故的发生。

5.3 智能化建设

在这个时代，数字油田的发展已超越了物联网技术的范畴，它与智能化技术的有机融合，实现了对海量信息的分析与处理。举例来说，采集指数表能知道有没有足够的液体，在皮带发生断裂后，配置平台还能发出警告，让有关人员能及时进行远程操控。进而实现油田的智能开采、生产和经营的智能化建设。

6 结束语

随着我国石油行业的发展，油田生产的自动化程度不断提高，对各种自动仪表的选择与应用也提出更高的要求。遵循精度与经济性兼顾、安全性与可靠性兼顾等两个方面的原则，科学合理地选择自动化仪表，既可以使油田生产工作的效率得到明显提高，又可以减少由于仪表选用错误而造成的不必要的损失，从而使油田企业的经济效益得到更大的提高。因此，在构建数字化油田时，要根据油田的实际情况，对仪器仪表设备进行更新，而不是一味地去采用新的技术，只有这样，才能在石油开采的各个环节达到精确的测量效果，从而达到自动化生产的要求。