電氣自動(dòng)化技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院

電氣自動(dòng)化技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

徐健重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院

電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用主要集中在對(duì)設(shè)備和工藝的監(jiān)控方面，依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、電氣設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控和操作，主要包括現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控、集中監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控。把現(xiàn)場(chǎng)總線中的智能儀表等儀器設(shè)備與DSC連接，完善自動(dòng)化的控制功能，通過(guò)軟件和硬件操作帶動(dòng)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用。現(xiàn)場(chǎng)總線通過(guò)DSC/PLC網(wǎng)絡(luò)集成，或DSC和PLC相互結(jié)合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、診斷故障、維修等自動(dòng)化應(yīng)用操作，完成油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的可控制化運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)現(xiàn)有油田生產(chǎn)電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的電氣自動(dòng)化應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)總線的監(jiān)控是油田生產(chǎn)全面自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。

電氣；自動(dòng)化；油田生產(chǎn)；應(yīng)用

隨著油田開(kāi)采的深入和快速發(fā)展，許多老油田開(kāi)發(fā)生產(chǎn)越來(lái)越困難，生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上企業(yè)發(fā)展和社會(huì)的需求。油井分布廣泛、交通不便、生產(chǎn)工具設(shè)備和工藝落后、管理成本過(guò)高的問(wèn)題嚴(yán)重影響了油田企業(yè)的發(fā)展，這就迫切需要一套自動(dòng)化監(jiān)控、管理、操作的系統(tǒng)，來(lái)對(duì)油田整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備、工藝流程、人員進(jìn)行管理，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中油井載荷、液位、溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化控制，以達(dá)到成本低、效率高的目的[1]。

電氣自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展迅速且應(yīng)用成熟的核心技術(shù)，是集采油生產(chǎn)控制、監(jiān)測(cè)與生產(chǎn)管理、地面地下于一體的綜合信息控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、數(shù)據(jù)通信、電氣設(shè)備控制等科技手段，在油田勘探開(kāi)采、鉆井、采油工藝、地面管理、油氣集輸?shù)壬a(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行自動(dòng)化控制和操作，極大地提高了油田生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益。

1 電氣自動(dòng)化技術(shù)概述

1.1電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用原則

電氣自動(dòng)化技術(shù)是指通過(guò)電氣設(shè)備控制生產(chǎn)工藝設(shè)備和流程進(jìn)行自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)的技術(shù)，電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、方便、安全、可靠，應(yīng)從生產(chǎn)成本、設(shè)備安裝、工藝要求、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、管理維護(hù)綜合考慮[2]。

1.2電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容

電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用主要集中在對(duì)設(shè)備和工藝的監(jiān)控方面，依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、電氣設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控和操作，主要包括現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控、集中監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（1）現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控?，F(xiàn)場(chǎng)總線主要在油田變配電站、地面生產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，應(yīng)用效果較好，自動(dòng)化設(shè)備的功能相對(duì)獨(dú)立、組態(tài)靈活，使整個(gè)系統(tǒng)可靠性高、易于控制。

（2）集中監(jiān)控。集中監(jiān)控利于油田生產(chǎn)的系統(tǒng)化管理，通過(guò)一個(gè)處理器全部集中控制油田生產(chǎn)的所有功能，方便監(jiān)控和管理，但是會(huì)影響到自動(dòng)化控制處理速度。

（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過(guò)信號(hào)傳輸對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，在中央控制室或調(diào)度室控制油田現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的狀態(tài)，促使其能夠自動(dòng)化調(diào)節(jié)、運(yùn)轉(zhuǎn)、啟停等。

2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

當(dāng)前，電氣自動(dòng)化技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用已十分普遍，其應(yīng)用編程及接通開(kāi)口已基本形成標(biāo)準(zhǔn)化。針對(duì)油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)地面工程管理、油氣開(kāi)采系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)等，自動(dòng)化技術(shù)已全面覆蓋，其主要應(yīng)用過(guò)程如圖1所示。

圖1 油田電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用主要是為了達(dá)到提高工作效率，減少工作量的目的，通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，油田生產(chǎn)管理實(shí)現(xiàn)了一系列優(yōu)化，取得了應(yīng)有的優(yōu)勢(shì)和作用，如表1所示。

表1 電氣自動(dòng)化技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3 在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1現(xiàn)場(chǎng)總線

油田企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線是指通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)連接自動(dòng)化控制系統(tǒng)和智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，將生產(chǎn)儀器儀表等設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)連接進(jìn)行有機(jī)整合，是電氣自動(dòng)化應(yīng)用的體現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)油田企業(yè)具有十分重要的作用，它通過(guò)多點(diǎn)通信、控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)且具有開(kāi)放性和互操作性，是現(xiàn)代油田企業(yè)電氣自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)。

通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與DSC技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用到油田控制系統(tǒng)當(dāng)中，把現(xiàn)場(chǎng)總線中的智能儀表等儀器設(shè)備與DSC連接，完善自動(dòng)化控制功能，通過(guò)軟件和硬件操作帶動(dòng)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)總線通過(guò)DSC/PLC網(wǎng)絡(luò)集成，或DSC和PLC相互結(jié)合實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、診斷故障、維修等自動(dòng)化應(yīng)用操作，完成油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的可控制化運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2分布式控制

分布式控制是指對(duì)油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行劃分，將開(kāi)采系統(tǒng)、集輸系統(tǒng)、轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)等按照功能或工藝進(jìn)行劃分，對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)連接單獨(dú)的智能設(shè)備和自動(dòng)化控制系統(tǒng)，使每個(gè)子系統(tǒng)單獨(dú)完成數(shù)據(jù)采集、處理、分析和操作。通過(guò)各個(gè)單元的獨(dú)立控制和獨(dú)立自動(dòng)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

分布式控制可確保電氣自動(dòng)化應(yīng)用具有良好的可控性，便于操作和維修保養(yǎng)，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字監(jiān)控、人機(jī)交互等，也可以使微處理機(jī)器和控制器、測(cè)量設(shè)備、儀器儀表等結(jié)合使用，便于自動(dòng)化操作。

3.3油田變配電系統(tǒng)

變配電站是油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要部門，運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)變配電的自動(dòng)化控制是油田生產(chǎn)的重要技術(shù)手段，它是一個(gè)集成的控制系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的自動(dòng)控制，促使油田變配電網(wǎng)按照既定程序運(yùn)行，保證油田電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。

電氣自動(dòng)化技術(shù)在油田變配電中的應(yīng)用主要采取三種方式：一是柱上設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)，充分考慮分段器、重合器、故障檢測(cè)器等元器件的協(xié)調(diào)，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)自動(dòng)隔離，自動(dòng)恢復(fù)供電。二是通過(guò)遙控、遙感自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，人工遠(yuǎn)距離遙控、調(diào)節(jié)、通信，控制電網(wǎng)負(fù)荷和切換。三是通過(guò)FTU、通信網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用軟件等輔助技術(shù)實(shí)現(xiàn)人工智能和油田電網(wǎng)自動(dòng)化管理。

4 應(yīng)用趨勢(shì)

4.1實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的電氣自動(dòng)化應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)

油田企業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步必不可少的重要支柱，大力推動(dòng)油田企業(yè)發(fā)展，加強(qiáng)電氣自動(dòng)化的應(yīng)用是發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)油田企業(yè)必將加強(qiáng)電氣自動(dòng)化技術(shù)創(chuàng)新，對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)控制采用統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺(tái)，把網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)具有油田企業(yè)生產(chǎn)管理實(shí)際特色和針對(duì)性功能的系統(tǒng)，對(duì)油田生產(chǎn)電氣自動(dòng)化應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“統(tǒng)一監(jiān)控、分散管理”的控制模式，以更好的對(duì)油田企業(yè)生產(chǎn)整個(gè)流程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化系統(tǒng)順利運(yùn)行。

4.2實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線的監(jiān)控

電氣自動(dòng)化技術(shù)作為一門新型技術(shù)和人機(jī)轉(zhuǎn)換技術(shù)，要使其應(yīng)用于油田生產(chǎn)當(dāng)中，就需要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)。對(duì)油田生產(chǎn)系統(tǒng)電氣構(gòu)成進(jìn)行普遍性設(shè)計(jì)，確保企業(yè)管理系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、遠(yuǎn)程調(diào)控等系統(tǒng)之間信息順暢傳輸，確保管理人員、操作人員能夠在辦公室全面掌握油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況并進(jìn)行設(shè)備操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施各個(gè)方面的傳輸總線進(jìn)行監(jiān)控，確保電氣自動(dòng)化技術(shù)的可靠性。通過(guò)強(qiáng)化系統(tǒng)總線對(duì)各個(gè)分線進(jìn)行監(jiān)控，能夠方便的對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行操控，不但提高生產(chǎn)效率，同時(shí)還降低了成本。

4.3實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)全面自動(dòng)化

通過(guò)開(kāi)發(fā)油田電氣自動(dòng)化操控系統(tǒng)、運(yùn)行軟件和編碼程序，使得不斷創(chuàng)新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)應(yīng)用到自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中，油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)運(yùn)行步驟、故障判斷、故障處理、參數(shù)設(shè)置和調(diào)解、操作切換等信息數(shù)據(jù)得到及時(shí)準(zhǔn)確的傳輸，并實(shí)現(xiàn)機(jī)器設(shè)備自動(dòng)操作，進(jìn)一步降低油田生產(chǎn)人工作業(yè)量。通過(guò)軟件應(yīng)用和系統(tǒng)操作將電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)“橫向到邊、縱向到底”，全面覆蓋整個(gè)油田生產(chǎn)系統(tǒng)。

[1]姜桂林．油田電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)[J]．油氣田地面工程，2013，32（11）：92-93.

[2]湯明偉．電氣自動(dòng)化在油田企業(yè)的應(yīng)用[J]．硅谷，2012（21）：115．

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.014