無人值守集氣站油氣計(jì)量方法優(yōu)化

謝堯 劉武 劉黎明 趙軍 中國石油塔里木油田分公司

無人值守集氣站油氣計(jì)量方法優(yōu)化

謝堯 劉武 劉黎明 趙軍 中國石油塔里木油田分公司

某氣田群6座集氣站設(shè)有計(jì)量分離器對單井油氣進(jìn)行輪換計(jì)量，計(jì)量分離器氣相和液相分別通過PID調(diào)節(jié)操作電動調(diào)節(jié)閥，控制分離器的壓力和液位。由于單井來液波動大及RTU處理運(yùn)算能力較弱，液位調(diào)節(jié)輸出波動較大，導(dǎo)致液相調(diào)節(jié)閥頻繁動作，調(diào)節(jié)閥閥桿和止推軸承磨損嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了計(jì)量分離器安全運(yùn)行。由PID調(diào)節(jié)改為分段調(diào)節(jié)后，有效控制了分離器液位，確保了單井計(jì)量正常，計(jì)量數(shù)據(jù)錄取準(zhǔn)確、可靠；節(jié)省了操作成本，年節(jié)約維護(hù)費(fèi)用50余萬元；降低了維修人員勞動強(qiáng)度，每年可以節(jié)約人工1 400工時(shí)；為延長電動閥等磨損及故障率較高的設(shè)備使用周期提供了一個(gè)較好的解決思路。

計(jì)量分離器；液位；PID調(diào)節(jié)；分段調(diào)節(jié)；計(jì)量

1 問題的提出

某氣田群6座集氣站設(shè)有計(jì)量分離器對單井油氣進(jìn)行輪換計(jì)量，計(jì)量分離器氣相和液相分別通過PID調(diào)節(jié)操作電動調(diào)節(jié)閥，控制分離器的壓力（工作壓力13～14 MPa）和液位[1]。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，單井來液造成分離器液位波動較大，RTU系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)性能較弱，調(diào)節(jié)輸出波動大，液相調(diào)節(jié)動作頻繁，調(diào)節(jié)閥止推軸承和閥桿磨損嚴(yán)重。調(diào)節(jié)閥經(jīng)常出現(xiàn)動作不靈、卡阻情況，并出現(xiàn)計(jì)量分離器液相串氣、氣相帶液較多、分離器壓力超高等問題，集氣站距離作業(yè)區(qū)較遠(yuǎn)且為無人值守站場，嚴(yán)重影響了安全運(yùn)行。

針對上述情況，對計(jì)量分離器液位控制方式進(jìn)行優(yōu)化。

2 方案討論與實(shí)施

2.1 分段調(diào)節(jié)、PID調(diào)節(jié)比較

分段調(diào)節(jié)相比PID調(diào)節(jié)各有優(yōu)勢與不足：優(yōu)勢主要體現(xiàn)在PID調(diào)節(jié)根據(jù)液位變化實(shí)時(shí)調(diào)整輸出[2]，實(shí)現(xiàn)液位平穩(wěn)控制；但電動調(diào)節(jié)閥根據(jù)PID調(diào)節(jié)輸出實(shí)時(shí)動作，動作幅度較大，動作頻次較高，閥門磨損較大。分段調(diào)節(jié)可使輸出保持穩(wěn)定，電動調(diào)節(jié)閥一段時(shí)間內(nèi)維持固定開度，可顯著減少閥門磨損。由于液位分段調(diào)節(jié)非實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，液位波動略大，而合理設(shè)定液位分段值及閥門開度值可實(shí)現(xiàn)液位相對穩(wěn)定。

2.2 液位分段

集氣站計(jì)量分離器為氣液兩相分離，單井來凝析氣通過計(jì)量分離器分離成氣、液兩相，經(jīng)計(jì)量后氣、液兩相匯在一起進(jìn)行混輸。由此可以看出，計(jì)量分離器對液位控制要求不高，結(jié)合分離器實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，初步確定液位控制在30%～50%之間，每5%設(shè)為一控制段，共分5段控制。液位高高為50%，高為45%，正常為40%，低為35%，低低為30%，相應(yīng)的電動調(diào)節(jié)閥開度值由分段液位值和調(diào)節(jié)閥開度值對照表給出，見表1。

分離器液位液位＞50% 44%＜液位＜46% 39%＜液位＜41% 34%＜液位＜36% 30%＜液位調(diào)節(jié)閥開度/% 100 40 15 5 0

考慮到單井產(chǎn)量差異影響，調(diào)節(jié)閥開度與分段液位值不能完全對應(yīng)，為確保液位控制滿足要求以及盡可能減小調(diào)節(jié)閥動作頻次，分段液位值及調(diào)節(jié)閥開度值均可根據(jù)需要實(shí)時(shí)調(diào)整。

2.3 RTU程序組態(tài)

為保留計(jì)量分離器精準(zhǔn)控制液位的功能，RTU程序組態(tài)時(shí)保留PID調(diào)節(jié)模塊[3]，增加分段調(diào)節(jié)模塊，并增設(shè)選擇模塊實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)和分段調(diào)節(jié)的選擇切換。另外在編寫調(diào)節(jié)閥開度與分段液位值對應(yīng)程序時(shí)，考慮到液位可能在某一設(shè)定值來回波動，造成電動調(diào)節(jié)閥隨之頻繁動作的情況，采用液位設(shè)定值上下各1%的區(qū)間液位進(jìn)行選擇判斷。

2.4 操作面板組態(tài)

為方便、快捷選擇液位調(diào)節(jié)方式，調(diào)整液位設(shè)定值及閥門開度值，根據(jù)RTU程序組態(tài)功能，在主控室操作站的操作畫面增加相應(yīng)的操作面板。操作面板有自動、手動選擇功能（自動代表PID調(diào)節(jié)，手動代表分段調(diào)節(jié)），液位設(shè)定值及閥門開度值修改調(diào)整功能，確保模式切換及參數(shù)調(diào)整靈活、方便、簡單、快捷。

3 效果評價(jià)

3.1 液位及閥門動作頻次對比

通過在某集氣站進(jìn)行液位控制優(yōu)化試驗(yàn)，計(jì)量分離器液位控制方式改為分段調(diào)節(jié)后，相比之前的PID調(diào)節(jié)，在8 h內(nèi)閥門動作幅度及頻次顯著減少。系統(tǒng)動作幅度由之前的0～100%減少為20%～40%，動作頻次由之前的100多次減少為10次左右，雖然液位波動略有增加，但液位控制滿足現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行要求。

3.2 閥門故障率對比

計(jì)量分離器液位采用PID調(diào)節(jié)方式時(shí)，6個(gè)集氣站液相電動調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)動作不靈、卡阻等故障大約為2次/周，每季度約為24次；改為分段調(diào)節(jié)后,從4月至今超過3個(gè)季度時(shí)間電動調(diào)節(jié)閥未出現(xiàn)卡阻故障，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖1。

圖1 閥門故障統(tǒng)計(jì)

3.3 計(jì)量精度影響

同一口單井通過PID調(diào)節(jié)計(jì)量與通過分段式調(diào)節(jié)計(jì)量比較，基本沒有誤差，見表2。

表2 PID調(diào)節(jié)與分段調(diào)節(jié)計(jì)量結(jié)果比較

3.4 不足與改進(jìn)

在多井選井計(jì)量過程中，大部分單井計(jì)量時(shí)液位控制及電動調(diào)節(jié)閥動作幅度及頻次均滿足要求，但個(gè)別產(chǎn)液量較少的單井計(jì)量時(shí)出現(xiàn)閥門開大、關(guān)小較為頻繁現(xiàn)象，如圖2左側(cè)所示。通過觀察閥門動作曲線得知，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因?yàn)殚y門開度值設(shè)定不合理，在調(diào)整閥門開度設(shè)定值后動作頻次滿足要求，如圖2右側(cè)所示。因此在選擇計(jì)量產(chǎn)量差異較大的單井時(shí)，需相應(yīng)修改閥門開度設(shè)定值。

4 結(jié)論

計(jì)量分離器液位分段調(diào)節(jié)在某集氣站成功應(yīng)用后，作業(yè)區(qū)已將液位分段調(diào)節(jié)推廣應(yīng)用到其他5個(gè)集氣站，且效果良好。由PID調(diào)節(jié)改為分段調(diào)節(jié)后，一是有效控制了分離器液位，確保了分離器及集氣站安全運(yùn)行，若需更精確控制分離器液位，可增加液位分段值；二是確保了單井計(jì)量正常，計(jì)量數(shù)據(jù)錄取準(zhǔn)確、可靠；三是節(jié)省了操作成本，初步估算，年節(jié)約維護(hù)費(fèi)用50余萬元；四是降低了維修人員勞動強(qiáng)度，每年可以節(jié)約人工1 400工時(shí)；五是為延長電動閥等磨損及故障率較高的設(shè)備的使用周期提供了一個(gè)較好的解決思路，可推廣應(yīng)用到類似油氣計(jì)量場合，同時(shí)可為類似裝置的方案設(shè)計(jì)提供參考。

圖2 個(gè)別產(chǎn)液量較少單井計(jì)量時(shí)閥門動作曲線

[1]楊功偉，白波，楊士偉．單井產(chǎn)氣量計(jì)量方法探討[J]．油氣田地面工程，2001，20（3）：31-33.

[2]陶永華，尹怡欣，葛蘆生．新型PID控制及其應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[3]王洪舉．控制系統(tǒng)在油田計(jì)量站的應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2008，27（11）：1-4.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.038