分析油田儀表自動化中的儀表選擇

曲 濤

（中海石油（中國）有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518000）

在國內(nèi)油田開發(fā)技術(shù)不斷改造以及更新的過程，全面引進(jìn)了數(shù)字化以及自動化的先進(jìn)技術(shù)，使得油田開發(fā)工作更加信息化、自動化。其中在開采的過程中，充分地使用了自動化儀表，傳感技術(shù)、圖形控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)自動化技術(shù)等。這些技術(shù)的應(yīng)用，對油田的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)、壓力溫度等進(jìn)行了實(shí)時監(jiān)控測量，并利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動化儀表數(shù)據(jù)的分析等，對油田的實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行全面的了解，采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，全面實(shí)現(xiàn)了安全有序的自動化管理[1]。

1 儀器儀表的范圍及其作用

當(dāng)前中國的工業(yè)化經(jīng)濟(jì)特征非常明顯，在這樣的環(huán)境下，生產(chǎn)過程中使用的儀器儀表是非常關(guān)鍵的設(shè)備之一，對其的選擇以及設(shè)計(jì)要具有較高的經(jīng)濟(jì)價值以及技術(shù)價值。特別是在油氣水井的生產(chǎn)監(jiān)視中，對其處理過程的監(jiān)控有益于確保油田作業(yè)的安全生產(chǎn)，并提升產(chǎn)品的質(zhì)量，是不可或缺的重要設(shè)備。因此，在對儀器儀表進(jìn)行選型的過程當(dāng)中，要對儀表的不同工作原理進(jìn)行明確的分析，知道其工作的范圍以及儀表之間的誤差，這樣可使儀表的可靠度以及精確度有所提升。

由于儀器儀表有著不同的性能以及工作方式，所以使用的范圍有很大的區(qū)別。要對其型號以及原理進(jìn)行詳細(xì)的分析，以便能夠選擇范圍和精確度高的設(shè)備，其中儀器儀表的工作范圍是在實(shí)際生產(chǎn)過程中能夠承受的最小強(qiáng)度以及最大強(qiáng)度。測量的范圍是指儀器儀表等最大上限和最大下限之間的絕對值，儀器儀表有在這個空間范圍內(nèi)產(chǎn)生的幅度變化，才能保證精確程度。

面對數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化融合的發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)的安全和控制已成為其行業(yè)邁向高水平全球價值鏈的必要條件。中國石化行業(yè)正進(jìn)入一個新階段，轉(zhuǎn)型升級要求不斷提高自主能力，優(yōu)化資源和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提升企業(yè)核心競爭力，也要從后臺布局和規(guī)劃，包括控制芯片、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、硬件中間件和應(yīng)用軟件等，需要通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)上的智能生產(chǎn)，加快國內(nèi)煉油業(yè)向世界領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型，改善國內(nèi)的工業(yè)基礎(chǔ)，提高生產(chǎn)鏈水平，設(shè)備必須進(jìn)行智能化制造。

眾所周知，加工行業(yè)的特點(diǎn)是環(huán)境復(fù)雜、設(shè)備復(fù)雜且危險，一旦出現(xiàn)異常情況，維修人員必須迅速干預(yù)。在智能系統(tǒng)控制下，將更有效地提高響應(yīng)速度和服務(wù)效率，為客戶創(chuàng)建一個服務(wù)平臺（銷售、服務(wù)、備件、專家、解決方案），提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和科學(xué)解決方案。面對來自ISR 2.0的日益緊迫的安全威脅和壓力，中層控制部門應(yīng)實(shí)施一個集成、自治和受控的安全系統(tǒng)，以確保全網(wǎng)絡(luò)覆蓋和數(shù)據(jù)加密。此外，中間控制應(yīng)制定面向智能決策的智能工廠解決方案，實(shí)現(xiàn)自主可控的中央流程和設(shè)備，并在石化行業(yè)探索新的智能生產(chǎn)模式，繼續(xù)開發(fā)全方位的產(chǎn)品、工業(yè)解決方案和運(yùn)營服務(wù)。

2 油田儀器儀表自動化系統(tǒng)現(xiàn)況

由于國內(nèi)油田生產(chǎn)作業(yè)的不斷優(yōu)化，已經(jīng)全面邁向自動化及自動化的生產(chǎn)形式當(dāng)中，其中對于儀器裝備的購買，使得油氣田生產(chǎn)的轉(zhuǎn)接站、聯(lián)合站和井組的測量精度進(jìn)一步得到了提升，將人工的工作強(qiáng)度進(jìn)行了縮減，完成了精細(xì)化管理的轉(zhuǎn)變。通過網(wǎng)絡(luò)傳輸對油田作業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)收集以及控制，促進(jìn)了工作方式的改革，使得工作人員不需要走出工作室，便可對現(xiàn)場實(shí)際的工作情況有明確的了解。

在儀表自動化系統(tǒng)當(dāng)中，包括信號和測量系統(tǒng)調(diào)節(jié)與聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。在對這些系統(tǒng)的使用當(dāng)中，都是應(yīng)用DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。將該系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控控制，對實(shí)際生產(chǎn)下達(dá)調(diào)控的指令，并對生產(chǎn)進(jìn)行安全指導(dǎo)。其中，具體的步驟為：將油田作業(yè)生產(chǎn)線當(dāng)中的聯(lián)合站以及轉(zhuǎn)接站的流量、實(shí)際溫度和壓力液位等相關(guān)的數(shù)據(jù)通過自動化儀表實(shí)施準(zhǔn)確地測量，并將測量的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，利用數(shù)字化對其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，可轉(zhuǎn)換，這樣便可對相關(guān)的操作進(jìn)行指揮。在這個控制系統(tǒng)當(dāng)中，可以對管道的泄漏以及異常情況進(jìn)行判斷和分析，并對其中的泄漏點(diǎn)給予確定，及時通知工作人員給予處理，最大程度地減少了安全事故的發(fā)生，并促進(jìn)了前端自動化儀表的高精度測量，是PS與DCS系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合的成果。

儀表通信接入站場中央控制室的SCADA系統(tǒng)和VFM系統(tǒng)后，運(yùn)行維護(hù)人員可以方便地實(shí)時查看各井場的數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)先編程的程序通過計(jì)算機(jī)計(jì)算和處理實(shí)現(xiàn)各種功能，這使得整個生產(chǎn)過程更容易檢測和控制，確保安全可靠地石油開采、儲存和運(yùn)輸。計(jì)量站的水表瞬時流量波動很大，取下芯和雜質(zhì)后，流量計(jì)恢復(fù)正常。信息系統(tǒng)投入使用后，傳統(tǒng)的電表被最新的智能電表取代。面對陌生的新儀器，最初技術(shù)人員不敢觸摸，后續(xù)隨著技術(shù)水平的提升，逐漸不再依賴制造商，能夠獨(dú)立自主使用，這種智能化系統(tǒng)的引進(jìn)確保了安全性和成本節(jié)約。技術(shù)人員應(yīng)及時總結(jié)安全檢查中發(fā)現(xiàn)的問題，進(jìn)行拉網(wǎng)檢查，及時通報(bào)問題，落實(shí)整改責(zé)任人和整改目標(biāo)；工廠應(yīng)加強(qiáng)與相關(guān)單位的協(xié)調(diào)或配合油田服務(wù)技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)。調(diào)試工作時間緊迫，任務(wù)繁重，且當(dāng)前受疫情影響，多個項(xiàng)目的儀器通訊調(diào)試全部積壓在一起。項(xiàng)目應(yīng)在最初便開始協(xié)調(diào)資源配置，科學(xué)部署。同時，填充井工程項(xiàng)目部應(yīng)精心組織施工，全體參與施工人員也要努力配合，確保安全、優(yōu)質(zhì)、高效地完成儀表通訊的安裝調(diào)試任務(wù)，贏得甲方和監(jiān)理的一致肯定和好評。

在工作中，自動化機(jī)房除了制定日常管理制度外，還應(yīng)結(jié)合自身維修性質(zhì)和技能需求，明確“應(yīng)急維修制度”和“學(xué)習(xí)培訓(xùn)制度”，使系統(tǒng)更貼近實(shí)際生產(chǎn)和發(fā)展的需要。電動閥維修室應(yīng)根據(jù)452《設(shè)備維修保養(yǎng)辦法》，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電動閥的執(zhí)行部分，廣泛應(yīng)用于油田污水站、注水站、制備站等站場的儲存?？刂乒窬S修間實(shí)行“三查三清”的工作方法，通過“普查、精檢、精檢”，確定故障原因，完成維修，確保維修過程的節(jié)點(diǎn)和流程清晰。變頻器維修室不斷提高變頻器的維修水平，總結(jié)“六步法”，為變頻器從維修報(bào)告到維修完成提供線索，在實(shí)現(xiàn)維修節(jié)點(diǎn)控制的同時提高效率。油田應(yīng)集中智能化，井間少人管理數(shù)字化，井間運(yùn)行管理專業(yè)化這3個方面的變化，在掌握儀器維修技術(shù)的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)全站式PLC技術(shù)，使核心技術(shù)牢牢掌握在自己手中，緊跟形勢，大膽創(chuàng)新，研發(fā)能力不斷前進(jìn)。技術(shù)工人要掌握常用的組態(tài)軟件開發(fā)技術(shù)，熟悉油田工業(yè)控制研發(fā)領(lǐng)域的通用軟件，具備單機(jī)、分布式網(wǎng)絡(luò)和冗余系統(tǒng)的組網(wǎng)能力，可獨(dú)立開發(fā)“集中監(jiān)控”系統(tǒng)，這4種能力也創(chuàng)造了油田新的發(fā)展愿景。以測控系統(tǒng)為重點(diǎn)，不斷深化研發(fā)能力、管理能力、訓(xùn)練能力和規(guī)劃能力。建設(shè)油田一流的儀器團(tuán)隊(duì)，做智慧油田的守護(hù)者。以工廠高質(zhì)量的發(fā)展步伐，提出“引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，智慧油田服務(wù)”的工作方向，攻克全電動閥門、變頻器，UPS技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的自主維護(hù)，自主研發(fā)全廠各站PLC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以測控系統(tǒng)為核心，進(jìn)而輻射到整個儀表系統(tǒng)的“大維護(hù)”網(wǎng)絡(luò)。

3 油田儀表自動化過程中的儀表選擇分析

3.1 壓力測量儀表

在對壓力測量儀表進(jìn)行選擇的過程中，是十分關(guān)鍵的一項(xiàng)工作，如果有任何的疏忽，便會造成很大的錯誤。對于壓力測量儀表選擇，要結(jié)合不同壓力的實(shí)際介質(zhì)。例如，在選擇壓力表的過程中，對于粘度比較高的原油測量工作，需要依照實(shí)際的規(guī)定選擇隔膜式壓力表，或者應(yīng)用膜片式的測量儀表，當(dāng)然也可應(yīng)用灌隔離液等彈簧管壓力測量儀表，其中分為1.5級以及2.5級的精確程度，并且一般刻錄盤直徑為100mm～150mm[2]。在選用遠(yuǎn)傳壓力測量儀表（圖1）的過程中，需要結(jié)合具體的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行選擇。如針對將信號輸出作為標(biāo)準(zhǔn)的儀表，需要應(yīng)用壓力變送設(shè)備；針對粘度較高，為固體顆粒狀的介質(zhì)，并具有一定腐蝕性的需要應(yīng)用法蘭膜片式的壓力變送設(shè)備（圖2）。在對其進(jìn)行選擇的過程中，實(shí)際溫度不能高于200℃，如在實(shí)際操作中應(yīng)用了隔離措施，便需要應(yīng)用壓力變送設(shè)備給予輔助。此外，在具有震動強(qiáng)烈的場合介質(zhì)當(dāng)中，對壓力測量儀表的選擇要應(yīng)用數(shù)字壓力變送器?？偟膩碚f，在對壓力測量儀表進(jìn)行選擇的過程中，一定要結(jié)合實(shí)際情況以及條件進(jìn)行選擇。

圖1 遠(yuǎn)傳壓力表Fig.1 Remote pressure gauge

圖2 雙法蘭壓力變送器Fig.2 Double flange pressure transmitter

3.2 溫度測量儀表

從實(shí)際理論上進(jìn)行分析，在自動化進(jìn)程當(dāng)中，溫度和壓力是非常關(guān)鍵的兩個方面。因此，在對溫度測量儀表的選擇上，要非常的謹(jǐn)慎，例如：就地指示的溫度儀表，金屬溫度計(jì)為最為合理的選擇，要將實(shí)際溫度控制在-80℃～+500℃之間，其精度要控制在1.0級～1.5級之間，刻度盤的實(shí)際直徑需要在100mm左右。要將觀察距離安裝在遠(yuǎn)一點(diǎn)兒的地方時，需要使用直徑為150mm的刻錄盤，在-8℃以下的低溫介質(zhì)當(dāng)中，或者說具有振動情況以及不能近距離接觸對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取的情況下，并沒有較高的精度要求，所以在壓力溫度計(jì)進(jìn)行選擇時要按照顯示儀表對相應(yīng)的型號進(jìn)行選取，針對要求比較嚴(yán)格的信號輸出的溫度儀表選擇，需要對一體化溫度變送設(shè)備進(jìn)行考慮。

3.3 計(jì)量及流量測量儀表

對于計(jì)量及流量測量儀表的選擇，會對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性造成直接的影響，所以在選擇上要十分的嚴(yán)謹(jǐn)和慎重。一般情況下，要結(jié)合油井單井計(jì)量方式的實(shí)際情況，應(yīng)用分離器對玻璃管進(jìn)行計(jì)量的相關(guān)操作。分離設(shè)備，動玻璃管計(jì)量。簡單來說，就是應(yīng)用液位進(jìn)行計(jì)量，之后用可編程的控制設(shè)備，對計(jì)算數(shù)據(jù)實(shí)施計(jì)算和控制，便實(shí)現(xiàn)了自動化計(jì)量。此外，也可應(yīng)用人工對玻璃管實(shí)施計(jì)量，其具體的方式為利用自立式差壓的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，主要的原理為對集油匯管以及分離器之間的壓差進(jìn)行控制。對于手動頁面的控制，需要應(yīng)用秒表進(jìn)行計(jì)時，以便測量出實(shí)際的計(jì)量數(shù)據(jù)。此外，針對原油流量測量儀表的選擇需要注意的是，如果原油以及雜油粘度較高，這樣的井采流量測量，需要應(yīng)用容積式流量計(jì)。針對粘度比較小的，不超過5mps的輕質(zhì)原油，可使用渦輪流量計(jì)[3]。

3.4 液位測量儀表

通常情況下，對于就地液位測量儀表的選擇，可結(jié)合被測介質(zhì)的實(shí)際性，實(shí)施相應(yīng)的選擇，這與被測介質(zhì)的壓力以及不同方面的性質(zhì)有著較大的關(guān)聯(lián)。如果為輕質(zhì)油，便可應(yīng)用玻璃板液位計(jì)，也可結(jié)合實(shí)際情況，應(yīng)用磁翻板液位計(jì)。如果被測介質(zhì)為原油，可應(yīng)用浮球液位計(jì)。在對地下水池的液位進(jìn)行測量的過程中，可以考慮應(yīng)用頂裝式浮球液位計(jì)，但根據(jù)實(shí)際情況，也可應(yīng)用深度計(jì)；針對污水污油池的實(shí)際液位測量情況，可選擇應(yīng)用電容物位計(jì)；針對具有水油的臥式壓力容器液位，可應(yīng)用連續(xù)測量，通常情況下會使用插入法差壓液位變送設(shè)備；針對冷凝液大析出的情況，可應(yīng)用正插負(fù)平雙法蘭當(dāng)中的法蘭差壓液位變送設(shè)備。

4 結(jié)語

在經(jīng)濟(jì)以及科技不斷發(fā)展的今天，油田開采技術(shù)有了全新的突破和更新。對于自動化儀表的選擇也更加合理和科學(xué)，實(shí)現(xiàn)了自動化以及數(shù)字化的應(yīng)用。最為關(guān)鍵的是，對于儀表的選擇，可將油田的生產(chǎn)效率和實(shí)際管理水平進(jìn)行提升，確保油田穩(wěn)定有序安全地生產(chǎn)。