伊拉克某油田站外集輸系統(tǒng)控制原理

陳沛沛+鄧凱夫+朱德聞+王軍

摘要： 本論文僅討論伊拉克某油田站外集輸系統(tǒng)的控制和操作原理，主要目的包括：①簡單介紹集輸系統(tǒng)以及主要設備；②確定集輸系統(tǒng)及主要設備的基本操作控制原理；③明確設備的自控等級。

關鍵詞： 站外集輸系統(tǒng)；控制原理；設備

中圖分類號：TE97 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）09-0087-03

0 引言

伊拉克境內(nèi)原油和天然氣資源豐富，僅次于沙特阿拉伯和伊朗，位居世界第三。伊拉克某油田位于伊拉克南部，油田地貌以荒地和沼澤為主，零星散布著農(nóng)田和村落。本論文僅討論伊拉克該油田站外集輸系統(tǒng)的控制和操作原理。

1 集輸系統(tǒng)簡介

伊拉克某油田和國內(nèi)油田相比，單井產(chǎn)量大，含硫酸性井占的比例較大，集輸半徑較長。為了充分利用地層壓力并簡化設計節(jié)約能源，集輸方式采用單井自流至OGM（Oil Gathering Manifold，計量站），之后再自流至CPF（Central Processing Facility，中心處理站，即聯(lián)合站）的方式，即國內(nèi)所說的二級布站方式。[3]伊拉克某油田站外集輸系統(tǒng)雖然控制原理比較簡單，但是能保證集輸系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，系統(tǒng)效率較高，參數(shù)簡單，實用性強。尤其是通過RTU（遠程終端設備）以及SCADA（監(jiān)測控制和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)，在中控室就能第一時間監(jiān)測到集輸系統(tǒng)的自動報警，大大縮短了事故處理的反應時間，做到能及時發(fā)現(xiàn)并通知操作人員解決集輸系統(tǒng)上的各種控制管理問題。

雖然在設計和控制的方案制定過程中充分考慮環(huán)保和節(jié)能問題，但是在集輸系統(tǒng)中不可避免地會造成能量損失和浪費，主要損失就是放空管燃燒的氣體。

本論文僅討論伊拉克某油田站外集輸系統(tǒng)的控制和操作原理，簡單介紹集輸系統(tǒng)以及主要設備，確定集輸系統(tǒng)及主要設備的基本操作控制原理，明確設備的自控等級，為編制操作維修手冊提供簡單指導。伊拉克某油田站外集輸系統(tǒng)是非常典型的二級布站方式，控制系統(tǒng)也利用非常典型和高效的RTU和SCADA系統(tǒng)。[1]

2 集輸設施描述

2.1 工藝系統(tǒng) 工藝系統(tǒng)主要介紹叢式井平臺和OGM兩處集輸設施。由于CPF燃料氣的需求，對酸性和非酸性原油分開輸送至CPF進行處理。

2.1.1 叢式井平臺 每個叢式井平臺有2～6個單井，從每個單井建一條單井管線輸送至附近的OGM進行計量匯集。每個單井有一條單井管線，也就實現(xiàn)了酸性井和非酸性井流體的分別匯集。叢式井平臺單井流程圖見附圖1。

2.1.2 OGM （Oil Gathering Manifold，計量站） OGM （Oil Gathering Manifold），也就是國內(nèi)油田常說的計量站。OGM用于收集本平臺以及附近叢式井平臺上井口的原油，并且分酸性和非酸性進行計量。每一個OGM設置酸性和非酸性的多通閥（Multiport Flow Selector Valve），以便分別酸性和非酸性的原油。原油經(jīng)過多通閥之后匯集到兩條集輸干線，一條酸性集輸干線一條非酸性集輸干線分別輸送至CPF進行處理。每個OGM設置一個計量分離器（test separator），用于計量單口油井的產(chǎn)量。

另外，每個OGM還設置一個閉排罐（Closed Drain Drum）和一個放空管（Vent Stack）。從多通閥、閉排罐以及測試分離器安全閥排出的帶壓流體進入閉排罐匯管最終進入閉排罐。閉排罐分離出的氣體進入放空管進行燃燒，分離出的液體由閉排泵打入酸性集輸干線進行后續(xù)處理。OGM流程圖見附圖2。

2.2 公用系統(tǒng) 公用系統(tǒng)主要介紹柴油供給系統(tǒng)，水供給及消防水系統(tǒng)。

2.2.1 Diesel Storage System（柴油供給系統(tǒng)） 叢式井平臺和OGM都設置柴油供給系統(tǒng)用于提供能量。柴油通過重力從柴油儲罐自流至柴油發(fā)電機。柴油罐的液位通過液位變送器進行監(jiān)控，液位高低報警通過RTU傳送至SCADA系統(tǒng)。柴油供給系統(tǒng)流程圖見附圖3。

2.2.2 水供給及消防水系統(tǒng) 叢式井平臺和OGM都設置值班室和操作間，并為其提供新鮮水。污水靠重力自流至地下的污水罐，污水罐內(nèi)的污水由卡車運走。叢式井平臺和OGM都設置滅火器。新鮮水供給流程圖見附圖4。

3 操作控制原理

3.1 放空原則 所有容器都設置可以放空的閥門，用于維修前的放空。在維修時，通過放空閥充惰性氣體用于吹掃。所有的PSV（Pressure Safety Valve，安全閥）的旁通線都設置調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)氣體流量。在正常和手動放空的時候，可以通過調(diào)節(jié)閥使容器壓力接近大氣壓力。根據(jù)管線布置圖，所有管線設置高點放空和低點排污。

3.2 操作控制原理 控制系統(tǒng)通過輸入單元采集外圍儀表（或傳感器） 輸出的模擬、數(shù)字或開關信號，用預先編好的程序自動計算采集來的信號，轉(zhuǎn)換成相應的壓力、溫度、液位、流量等物理量數(shù)值，進行顯示或記錄；需要對參數(shù)進行控制或調(diào)節(jié)時，通過輸出單元給出電信號來控制調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機構，完成各種超限報警、歷史數(shù)據(jù)存儲等功能。[2]伊拉克某油田站外集輸系統(tǒng)的儀表信號通過RTU經(jīng)由冗余的串行通信“MODBUS TCP/IP”協(xié)議傳遞到SCADA系統(tǒng)，這樣實時檢測數(shù)據(jù)就能在CPF的中控室監(jiān)測到。所有的工藝參數(shù)可以在CPF中控室的SCADA顯示屏在線監(jiān)測。

3.2.1 井口 流體通過單井管線從井口流至多通閥。單井管線的操作壓力是1.2～2.0MPaG，操作溫度是15～85℃。每個單井管線設置就地壓力表、就地溫度表以及壓力變送器和溫度變送器，這樣在現(xiàn)場和CPF的中控室都能監(jiān)測到每根管線的溫度壓力。壓力變送器設置的壓力高報警、高高報警、低報警和低低報警都能在CPF中控室顯示。在投產(chǎn)和維修前，單井管線內(nèi)雜質(zhì)排至閉排罐。單井管線預留破乳劑阻垢劑等加藥預留頭。

3.2.2 多通閥 每條單井管線連接至多通閥對應的入口連接頭。每條單井管線在連到多通閥前，在靠近多通閥的地方設置一個安全閥PSV。當PSV動作時，流體排到閉排罐內(nèi)。每條單井管線的排污也排到閉排罐。

多通閥可以選擇一條單井管線的流體進入測試分離器進行計量，其余單井管線的流體匯集到集輸干線輸送至CPF。每一個多通閥都有一個預留接頭用于維修，并且每個多通閥都有手動選擇模式。

3.2.3 測試分離器 每一個多通閥都連接到測試分離器的入口匯管，以保證每口井的流體能單獨計量。測試分離器是個兩相分離器，操作壓力是1.2～2.0MPaG，操作溫度是15～85℃。計量周期主要取決于井口和操作的要求。通常來說，每一口井在24小時內(nèi)要被計量一次。流體在測試分離器內(nèi)被分離為氣液兩相，氣體流量通過氣相出口的氣體流量計測量，液相（油+水）流量通過質(zhì)量流量計測量。測試分離器設置除砂裝置和就地壓力溫度儀表。液相流量計預留含水顯示儀接口。容器壓力通過氣相出口的壓力調(diào)節(jié)閥進行控制。通過RTU，在CPF中控室也能監(jiān)測到測試分離器的壓力、溫度、氣相流量、液相流量、液位，以及流量和液位的高低報警。測試分離器可以在需要維修之前通過底部的排污管線清空。

3.2.4 閉排系統(tǒng) OGM的閉排系統(tǒng)收集單井管線、多通閥和測試分離器的排液。閉排系統(tǒng)包括一個閉排罐和一個閉排泵。閉排罐內(nèi)的凝液通過閉排泵打到酸性集輸干線。

閉排罐設置就地液位、壓力和溫度儀表，液位在CPF中控室也能監(jiān)測到。閉排泵根據(jù)高＼低液位信號自動啟＼停，做到“高啟低?！?。

3.2.5 柴油系統(tǒng) 柴油被用作柴油發(fā)電機的燃料。柴油罐設置液位變送器以及液位低報警，可以通過RTU在中控室監(jiān)測到液位報警。低液位報警時，通過柴油罐車給柴油罐補給柴油。

3.2.6 有毒氣體測量儀表 OGM設置固定式半導體有毒氣體（H2S）探測器（stationary type semiconductor toxic gas （H2S） detectors）。固定式探測器傳遞信號給值班室里的壁式安裝報警器（wall mounting alarm system）。 壁式安裝報警系統(tǒng)可以給RTU傳送兩路無感繼電器觸點報警信號，即有毒氣體濃度高報警和高高報警，這樣在CPF中控室就可以檢測到有毒氣體濃度報警信號。另外，每個OGM還設置兩套便攜式有毒氣體探測器。

3.3 安全保護原理 ①超壓保護。設備和管線設置PSV用作超壓保護。PSV的尺寸由火災和堵塞兩種工況確定。井口、測試分離器、閉排罐均設置PSV。②溫度保護。不考慮由于溫度引起的設備失效。③液位保護。不考慮由于液位引起的設備失效。④火災保護。由于站外集輸系統(tǒng)沒有大型設備，所以設置滅火器即可滿足消防要求。設置滅火器的地點有操作室、井口、測試分離器和閉排罐。柴油罐設置火災探測器，探測器信號通過RTU傳送到CPF中控室。

4 注意事項

為了適應以后改造及擴建的需求，在設計控制系統(tǒng)時，要留有一定的余量并且設置足夠的預留接頭。每個油田每個項目甚至每個階段集輸系統(tǒng)的控制程度要求都不盡相同，在設計控制系統(tǒng)時要充分考慮項目實情，適當提高或降低設計等級及自控程度。

參考文獻：

[1]沈中華.原油集輸自動化系統(tǒng)優(yōu)化改造[J].油氣田地面工程，2014，33（5）：51-52.

[2]劉珊珊.油田控制系統(tǒng)測試及工作原理[J].油氣田地面工程，2012，31（9）：65.

[3]馮叔初，郭揆常，等.油氣集輸與礦場加工[M].中國石油大學出版社，2006：5-7.