高度自動化油田的工程設(shè)計及應(yīng)用探究

姚洪達(dá)

[摘 要]高度自動化油田自控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集輸自動化和工藝同步投產(chǎn)，大大降低了人力成本，從而能夠有效提高油田的經(jīng)濟效益和社會效益。本文主要對高度自動化油田自控組成、功能、類型、設(shè)計和應(yīng)用效果等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究與分析，希望能夠為油田自動化建設(shè)提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]油田；自動化；自控系統(tǒng)；設(shè)計

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.12.026

[中圖分類號]TE934.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1673-0194（2018）12-00-02

1 高度自動化油田自控系統(tǒng)的組成和功能

1.1 工藝自控系統(tǒng)

油田的自控主系統(tǒng)主要是工藝自控系統(tǒng)，核心主要以集散型計算機控制系統(tǒng)為主，其中監(jiān)控井口系統(tǒng)、采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)和緊急關(guān)斷系統(tǒng)等都是其主要的內(nèi)容。在中心控制室的DCS系統(tǒng)將兩個現(xiàn)實操作站聯(lián)系起來，而且每個顯示操作站都可以對全油田的工藝設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和操控，同時需要將兩臺打印機配備給DCS系統(tǒng)，記錄和打印報警事件以及對生產(chǎn)運行參數(shù)報表進(jìn)行打印是這兩臺打印機的主要功能。FSS系統(tǒng)主要用于安全報警和緊急停車，該過程是通過DCS和PLC網(wǎng)絡(luò)通訊接口來實現(xiàn)的，通過該系統(tǒng)可以充分發(fā)揮PLC的優(yōu)點，從而不斷提升安全系統(tǒng)的可靠性。遙控終端設(shè)備（RTU）一般設(shè)置在油井和注水井的井口，其主要作用是對井口的參數(shù)進(jìn)行采集和控制，同時傳輸?shù)郊刑幚碚竞投嗦吠ㄓ嵖刂破鳌?/p>

工藝自控系統(tǒng)的主要功能主要包括以下幾點：一是通過遙控和遙測等設(shè)置，對生產(chǎn)油井井口的油壓、回壓以及過載的電機電流等進(jìn)行測量，同時向中控室傳遞，并及時發(fā)出警報；二是自動選井，主要是對單井的油、氣和水的參數(shù)進(jìn)行計量，同時保護(hù)計量分離器等；三是設(shè)置三箱生產(chǎn)分離器，主要是控制生產(chǎn)的參數(shù)。

1.2 變配電自控系統(tǒng)

變配電自控系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)主要是以ABB公司的SCSS 100為主，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要以分布式多CPU為主，其組成內(nèi)容包括較高的站級監(jiān)控微機和較低的階段控制和保護(hù)終端，其基本功能主要是測量電量、遙控投切線路開關(guān)、保護(hù)自動連鎖和通訊等。其中10 000 kVA變壓器兩臺、10 kV的二十回出線、35 kV的四回出線等為其主要的監(jiān)控對象，同時其也具有保護(hù)和測量馬達(dá)控制中心配出線的作用。SCS 100系統(tǒng)的最前端直接連接被保護(hù)和控制的對象，其是主要的數(shù)字繼電器，基礎(chǔ)主要以微機處理器為主，這些繼電器可以由一定預(yù)定功能的單元模塊獨立完成，其中RS232和RS485口為這些繼電器所帶有的，其通訊功能是通過RS485連接站級計算機來實現(xiàn)的，程序的編寫以及整定等是RS232的主要功能。

PC機是站級計算機的主要屬性，智能多口板是通訊管理計算機的主要屬性，每個通訊單元的異步通訊口由8個RS454串行組成，光纖是主要的通信介質(zhì)，其抗干擾性非常強。人機接口和窗口技術(shù)是SCS100系統(tǒng)所具有的，全部的信息都會在彩色的CRT上顯示，而且顯示的形式都是單線圖的，開關(guān)的狀態(tài)以及設(shè)定值等都是動態(tài)顯示的，開關(guān)的離合可以通過數(shù)字化儀和CRT上的單線圖進(jìn)行遙控，這樣可以對所有配電系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控。

1.3 消防自控系統(tǒng)

某油田由于處于非常偏僻的位置，具有較差的社會依托性，所以全自動固定式消防系統(tǒng)是該油田集中處理站主要使用的，同時將不同的消防系統(tǒng)根據(jù)不同的保護(hù)對象和區(qū)域進(jìn)行了組建，主要包括干管水噴淋系統(tǒng)、室內(nèi)火警系統(tǒng)、消防泵控制系統(tǒng)和濕管水噴淋系統(tǒng)等。這些消防系統(tǒng)的控制盤都是不同的，從而可以將自動報警、操作和監(jiān)控等功能自主完成，而且消防主控制盤會設(shè)置在中控室，其能夠及時接收各地消防系統(tǒng)發(fā)出的信號，將消防系統(tǒng)的全部工作情況顯示在控制盤上，從而就能實現(xiàn)分散控制和集中管理全站消防系統(tǒng)的目標(biāo)。

CRT顯示器、消防系統(tǒng)模擬圖和打印機是消防主控制盤的主要組成部分。操作人員可以通過CRT顯示器和打印機上的打印結(jié)果得知火災(zāi)報警、系統(tǒng)故障的地點和時間等，同時可以在消防系統(tǒng)模擬圖上快速找到系統(tǒng)故障。另外控制按鈕也是主控制盤上設(shè)置的，其主要目的是直接操作重要區(qū)域的消防設(shè)備。

2 自控系統(tǒng)的種類

2.1 DCS系統(tǒng)選型

為了根據(jù)用途合理地選擇DCS系統(tǒng)，需要不斷地調(diào)查和比較多家廠商的機型，某油田最后選擇了美國某公司推出的新一代產(chǎn)品，即選擇了DCI System Six，并應(yīng)用在了實際生產(chǎn)中。其設(shè)計選型的原則主要有以下幾點：一是開放式為軟硬件的主要結(jié)構(gòu)；二是例外管理是系統(tǒng)主要使用的；三是可以直接進(jìn)行節(jié)點間的通訊；四是數(shù)據(jù)庫的通道和系統(tǒng)組態(tài)具有全球性；五是通過聯(lián)網(wǎng)可以與多個廠家的PLC和PC機取得聯(lián)系；六是密封性比較好，而且具有較強的抗風(fēng)沙能力等。

2.2 關(guān)鍵儀表選型

首先，氣動執(zhí)行機構(gòu)是首要考慮的因素，其主要目的是提高可靠性和可維修性，而且氣動執(zhí)行機構(gòu)是所有調(diào)節(jié)閥和切斷閥等自動閥門必須采用的。其次，對渦輪流量計量的方式進(jìn)行選擇和應(yīng)用，在外輸流量計中不僅要對可靠性和精度進(jìn)行考慮，同時需要充分考慮其體積大小等方面。最后，在油水界面測量中主要對外浮筒界面變送器進(jìn)行選擇，這主要是由于油水具有較大的密度差造成的。

3 自控系統(tǒng)可靠性的設(shè)計及應(yīng)用效果

3.1 設(shè)計

由于某油田具有極高的自動化程度和較少的管理人員，這就將提升自控系統(tǒng)可靠性的重要性體現(xiàn)出來了。相應(yīng)的設(shè)計人員在具體的設(shè)計工作中可以將系統(tǒng)的可靠性從以下幾方面進(jìn)行提升：一是選擇的自動化設(shè)備要具有很強的抗惡劣環(huán)境的功能；二是要獨立設(shè)置FSS系統(tǒng)；三是冗余設(shè)計是DCS系統(tǒng)和FSS系統(tǒng)必須采用的。

目前，在國際上普遍應(yīng)用的就是冗余的設(shè)計DCS系統(tǒng)，這也將該系統(tǒng)的特點展現(xiàn)出來，所以也將冗余設(shè)計的DCS系統(tǒng)應(yīng)用在油田中，兩臺互為熱備份操作的顯示中心是操作站的主要設(shè)計。這種設(shè)計有以下幾種優(yōu)點：一是在油田的實際運行中具有很大的信息量，通過這種小設(shè)計可以將系統(tǒng)的運行情況顯示出現(xiàn)；二是冗余設(shè)計可以一對一，從而可以提升可靠性；三是在過程控制和監(jiān)視不間斷的情況下，可以對系統(tǒng)的組態(tài)進(jìn)行修改，而且在油田的二期工程投產(chǎn)中該功能是非常重要的。

3.2 應(yīng)用效果

3.2.1 經(jīng)濟效益大大提升

經(jīng)濟效益大大提升主要體現(xiàn)在兩個方面：一是通過減少操作人員，從而能夠降低人工成本，間接地提高了經(jīng)濟效益；二是為工藝系統(tǒng)安全和平穩(wěn)運行以及產(chǎn)品的質(zhì)量提供保障，對于油田生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)作用，從而能夠提高經(jīng)濟效益。另外，在節(jié)能降耗方面也發(fā)揮了重要的作用，主要有以下幾點：一是自動化大大簡化了油氣處理工藝，而且具有全部封閉的生產(chǎn)過程，這樣可以最大程度地降低油氣蒸發(fā)的損耗情況；二是將變頻調(diào)速器應(yīng)用到大罐的油氣裝置中，可以大幅降低電耗和能耗；而且在過濾污水的整個過程中通過使用程序控制，可以大大減少地下水的消耗量。

3.2.2 社會效益大大提升

某油田自動控制系統(tǒng)為了提升生產(chǎn)的安全性，對緊急關(guān)斷系統(tǒng)的FSS進(jìn)行了設(shè)計，該系統(tǒng)獨立于DCS系統(tǒng)之外，為工作設(shè)備的安全和可靠運行提供了有力的保障。另外在環(huán)境保護(hù)方面，自動控制系統(tǒng)通過程序控制污水多級過濾和處理的過程，而且由DCS系統(tǒng)來完成這些具有頻繁性而且具有較大勞動強度的工作，不但有利于保障過濾質(zhì)量，同時使過濾后的污水與回注和外排的標(biāo)準(zhǔn)相符合。另外，由DCS系統(tǒng)負(fù)責(zé)所有的操作和控制工作，操作人員的操作切換不需要到現(xiàn)場就可以完成，從而可以大大減輕操作人員的工作壓力和勞動強度，同時也可以提升管理水平。

4 結(jié) 語

高度自動化技術(shù)不但為油田的安全和可靠運行提供了有力的保障，而且可以大大提升經(jīng)濟效益和社會效益，同時可以提升管理的水平。針對這種狀況，各個油田應(yīng)該不斷提升自動化的水平，為油田的開發(fā)和運行提供有力的保障。

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