吐哈油田油氣集輸系統(tǒng)的自動(dòng)化控制

廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院

吐哈油田油氣集輸系統(tǒng)的自動(dòng)化控制

莫兵廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院

油氣集輸系統(tǒng)是一個(gè)涵蓋石油天然氣收集、儲(chǔ)存、粗加工等工藝的復(fù)雜綜合系統(tǒng)。油氣集輸需根據(jù)設(shè)備原始參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，確定最終的流程。信號(hào)采集系統(tǒng)通過(guò)在油田井場(chǎng)、集輸管線等位置安裝傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，全天候監(jiān)控目的井、計(jì)量設(shè)備、中轉(zhuǎn)聯(lián)合集輸管網(wǎng)等，并及時(shí)對(duì)所收集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、編輯，上載至數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有綜合分析實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)、及時(shí)調(diào)控、危險(xiǎn)行為報(bào)警等諸多功能。為進(jìn)一步減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，需要在研究現(xiàn)有油氣集輸系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的自動(dòng)化工藝，主要包括研究原油初步處理工藝，提高處理速率和純度；研究混相分離技術(shù)，簡(jiǎn)化流程，提高效率；研究混相運(yùn)輸技術(shù)，減少分離次數(shù)和管線鋪設(shè)；優(yōu)化管道參數(shù)，提高使用壽命。

吐哈油田；油氣集輸；原油處理；自動(dòng)化控制；流程

1 油氣集輸工藝

油氣集輸系統(tǒng)是一個(gè)涵蓋石油天然氣收集、儲(chǔ)存、粗加工等工藝的復(fù)雜綜合系統(tǒng)。油氣集輸系統(tǒng)對(duì)油氣田開(kāi)發(fā)具有重要影響，具有所經(jīng)路線長(zhǎng)、面積分布廣、易燃易爆等特點(diǎn)[1]。

1.1高黏原油處理工藝

電加熱技術(shù)是一種適用于高黏、低產(chǎn)液、低油氣比油田的集油工藝。對(duì)于高含蠟油田，電加熱技術(shù)是國(guó)內(nèi)外各個(gè)油田的首選，利用單管電加熱技術(shù)先進(jìn)行集油，通過(guò)各個(gè)場(chǎng)站，將原油集中到處理站統(tǒng)一處理。目前此技術(shù)在吐哈油田已應(yīng)用成熟。此外，在歐美國(guó)家也利用添加化學(xué)劑等方法，將原油黏度降低后再進(jìn)行集輸。

1.2多相混輸工藝

從20世紀(jì)80年代以來(lái)，多相混輸技術(shù)在國(guó)際上得到了廣泛重視，研究和應(yīng)用步伐不斷加快，實(shí)現(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)性階段逐漸到工業(yè)化應(yīng)用的跨越式發(fā)展。多相混輸技術(shù)是一種將油井所產(chǎn)流體直接加壓輸送到聯(lián)合站的技術(shù)，與傳統(tǒng)工藝相比，多相混輸技術(shù)減少了油氣分離設(shè)備的投入，可以節(jié)約一條輸氣管線。將多相混輸技術(shù)與電熱技術(shù)相互配合，可有效簡(jiǎn)化工藝流程，降低成本，提高油田經(jīng)濟(jì)效益。此項(xiàng)工藝技術(shù)采用臥式結(jié)構(gòu)，加熱桶上部安裝火筒罩，應(yīng)用可調(diào)結(jié)構(gòu)控制油水界面，在多相分離包中安裝波紋板，在吐哈油田的實(shí)際應(yīng)用中，分離效果較傳統(tǒng)技術(shù)有很大程度的提高[2]。

1.3高含水原油處理工藝

從井中采出的原油一般都含有一定比例的水，而原油含水多將會(huì)在儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)造成浪費(fèi)，增加設(shè)備，多耗能；原油中的水多數(shù)含有鹽類，加速了設(shè)備、容器和管線的腐蝕；在石油煉制過(guò)程中，水和原油一起被加熱，水會(huì)急速汽化膨脹，壓力上升，影響煉廠正常操作和產(chǎn)品質(zhì)量，甚至?xí)l(fā)生爆炸。因此外輸原油前需進(jìn)行脫水，使含水率不超過(guò)0.5%。原油脫水成為油田開(kāi)發(fā)過(guò)程中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，一直受到人們的重視。

原油脫水過(guò)程分為兩個(gè)階段。第一階段主要是利用物理脫水，在含水原油中加入破乳劑，應(yīng)用沉降和聚結(jié)原理等待其自行脫水。第二階段是電化學(xué)脫水，引入水平和垂直電極，在立式脫水器中進(jìn)行脫水，在高壓電場(chǎng)的作用下油水實(shí)現(xiàn)分離，達(dá)到油田對(duì)原油含水率的要求。此外，對(duì)于低黏原油，通常應(yīng)用熱化學(xué)脫水技術(shù)實(shí)現(xiàn)原油脫水。

2 自動(dòng)化控制技術(shù)

油氣集輸系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的連續(xù)的工作系統(tǒng)，油氣集輸需根據(jù)設(shè)備原始參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，確定最終的流程。例如，沉降罐的操作，需要工作人員定期測(cè)量，定量放水，當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)波動(dòng)或工作人員操作失誤造成過(guò)量放水或放水不足，直接影響外輸原油質(zhì)量。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式運(yùn)行狀況見(jiàn)表1。

表1 傳統(tǒng)生產(chǎn)方式運(yùn)行狀況

吐哈油田自動(dòng)化控制技術(shù)的引進(jìn)，不僅實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制生產(chǎn)作業(yè)，而且使所有可監(jiān)控項(xiàng)目長(zhǎng)期、穩(wěn)定保持在最佳運(yùn)行狀態(tài)，減少了人工勞動(dòng)和人為操作失誤，降低了事故風(fēng)險(xiǎn)。

2.1信號(hào)采集

隨著科技的高速發(fā)展，各種高精度高敏感的信號(hào)采集儀器進(jìn)入油田實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，獲得廣泛應(yīng)用和好評(píng)。信號(hào)采集系統(tǒng)通過(guò)在油田井場(chǎng)、集輸管線等位置安裝傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，全天候監(jiān)控目的井、計(jì)量設(shè)備、中轉(zhuǎn)聯(lián)合集輸管網(wǎng)等并及時(shí)對(duì)所收集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、編輯，上載至數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有綜合分析實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)、及時(shí)調(diào)控、危險(xiǎn)行為報(bào)警等諸多功能。

吐哈油田目前大力引進(jìn)信號(hào)采集設(shè)備以輔助生產(chǎn)，主要包括壓力溫度變送器、電磁流量計(jì)、熱電阻熱電偶、危險(xiǎn)氣體警報(bào)器等。這些高性能的變送器及傳感器等適應(yīng)性很強(qiáng)，經(jīng)過(guò)改裝可很好地適應(yīng)吐哈油田的自然及油田生產(chǎn)環(huán)境，為生產(chǎn)開(kāi)發(fā)提供安全保障。

2.2信號(hào)傳輸

為了滿足油田自動(dòng)化控制的需求，根據(jù)油田實(shí)際，信號(hào)傳輸系統(tǒng)采用有線、無(wú)線傳輸方式相結(jié)合的方法，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)線路鋪設(shè)較完善的區(qū)域，采用傳統(tǒng)的有線傳輸模式，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定完整的傳輸；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)線路鋪設(shè)欠完備、分散存在的單井等設(shè)備，采用無(wú)線傳輸模式，以實(shí)現(xiàn)最大范圍的數(shù)據(jù)收集。

2.3信號(hào)分析處理

信號(hào)分析系統(tǒng)是自動(dòng)化控制技術(shù)的核心。在油田現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的審核、處理、上載等工作，這些數(shù)據(jù)主要包括油氣井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及每項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)制度參數(shù)等。數(shù)據(jù)處理的精確性直接關(guān)系到后續(xù)綜合分析的可靠性。在完成數(shù)據(jù)上載之后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)并發(fā)出指令進(jìn)行調(diào)整，使生產(chǎn)作業(yè)長(zhǎng)期保持安全穩(wěn)定和最優(yōu)狀態(tài)。另外，各個(gè)生產(chǎn)管理部門(mén)還可根據(jù)自己的需要，對(duì)中樞計(jì)算機(jī)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總，生成生產(chǎn)報(bào)表，輔助油田管理者掌握即時(shí)生產(chǎn)信息，方便對(duì)油田各個(gè)部門(mén)做出最優(yōu)決策[3]。

油氣集輸自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，從勝利油田開(kāi)始采用DCS自動(dòng)化控制技術(shù)之后，短短幾年時(shí)間，DCS、PLC等優(yōu)秀的自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)遍布全國(guó)各大油田。自動(dòng)化系統(tǒng)在吐哈油田的實(shí)際使用中表現(xiàn)優(yōu)異，使油田工作人員可以通過(guò)該系統(tǒng)的流程面板提高自己的業(yè)務(wù)操作水平，及時(shí)掌握開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)。

3 發(fā)展前景

為進(jìn)一步減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，需要在現(xiàn)有油氣集輸系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的自動(dòng)化工藝，主要包括以下幾方面：①原油初步處理工藝，提高處理速率和純度；②混相分離技術(shù)，簡(jiǎn)化流程，提高效率；③混相運(yùn)輸技術(shù)，減少分離次數(shù)和管線鋪設(shè)；④優(yōu)化管道參數(shù)，提高使用壽命。

首先，組建一支技術(shù)過(guò)硬的專業(yè)化隊(duì)伍必不可少，這是成功實(shí)施油田自動(dòng)化控制的基石。其次，要簡(jiǎn)化油田各項(xiàng)工藝流程，將每個(gè)環(huán)節(jié)、每道工序都進(jìn)行數(shù)字化編碼，使其可直接上載數(shù)字信號(hào)給中樞計(jì)算機(jī)，供其分析處理[4]。最后，優(yōu)化自動(dòng)化控制系統(tǒng)程序，使普通的技術(shù)人員都可以輕松操作和控制。

[1]鮑秀華．油田集輸、注水泵聲場(chǎng)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D]．杭州：浙江大學(xué)，2006.

[2]張建立．油氣集輸工藝和自控系統(tǒng)[J]．中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012（7）：298.

[3]田軍慶，高輝．淺談“數(shù)字油田”的建立[J]．油氣田地面工程，2002，21（4）：133-134.

[4]孫建平．自動(dòng)化控制系統(tǒng)在油氣集輸系統(tǒng)的應(yīng)用[J]．?dāng)?shù)字石油和化工，2007（9）：55-57.

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.015