集油間智能摻水管理的探索與實(shí)踐

曲勝龍

摘要：為解決前線崗位缺員的問(wèn)題，大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠正在大力推進(jìn)數(shù)字化建設(shè)進(jìn)程。在集油間的數(shù)字化建設(shè)方面，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集、參數(shù)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)等數(shù)字化功能，如何在數(shù)字化基礎(chǔ)上進(jìn)行智能化升級(jí)是一項(xiàng)亟待解決的問(wèn)題。文章提出了基于RTU的二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)智能摻水管理的建設(shè)思路，主要從控制周期、調(diào)節(jié)幅度等關(guān)鍵因素上對(duì)智能摻水調(diào)節(jié)規(guī)則進(jìn)行分析和討論，提出一套可行的智能摻水建設(shè)方案。通過(guò)智能摻水的應(yīng)用，對(duì)集油間無(wú)人值守的推進(jìn)具有重大意義。

關(guān)鍵詞：智能摻水;RTU二次開發(fā);無(wú)人值守

中圖分類號(hào)：TP3? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）08-0074-02

1研究背景

1.1 整體趨勢(shì)

近年來(lái)國(guó)際油價(jià)持續(xù)走低，對(duì)石油企業(yè)的發(fā)展造成了巨大沖擊，資源型企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力顯著下降。同時(shí)，油田每年新入職人員數(shù)量有限，外圍油田人員補(bǔ)充數(shù)量少之又少，全廠員工總量逐年減少，崗位缺員現(xiàn)象日益凸顯。在這樣的背景下，應(yīng)積極探索油田管理低成本運(yùn)行的現(xiàn)代化管理模式和運(yùn)行體系，通過(guò)數(shù)字油田、智能油田的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)油田管理的提質(zhì)增效的低成本運(yùn)行戰(zhàn)略。

1.2 目前集油間數(shù)字化建設(shè)進(jìn)展

目前，大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠在集油間的數(shù)字化建設(shè)上進(jìn)展迅速，大部分集油間已完成了數(shù)字化建設(shè)。集油間數(shù)字化建設(shè)完成在即，智能化研究亦需未雨綢繆。做好集油間的智能化升級(jí)，將極大地減小摻水管理的工作量，為集油間無(wú)人值守提供技術(shù)保障。

2智能摻水的概念

要想了解智能摻水，應(yīng)先了解集油間摻水的數(shù)字化改造。每個(gè)集油間由數(shù)個(gè)集油環(huán)組成。每個(gè)集油環(huán)都有一個(gè)安全生產(chǎn)的溫度范圍。在數(shù)字化改造前，每個(gè)集油間在白天都有班井長(zhǎng)或資料員駐扎，晚上由夜班人員進(jìn)行周期性的巡檢。按照要求，巡檢人員每2個(gè)小時(shí)需要查看一次各個(gè)環(huán)的生產(chǎn)情況，操作人員根據(jù)需要在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)旋轉(zhuǎn)手輪調(diào)節(jié)摻水閥，使摻水環(huán)的回油溫度保持在安全生產(chǎn)溫度范圍內(nèi)。

集油間的數(shù)字化建設(shè)就是通過(guò)引進(jìn)數(shù)字化設(shè)備對(duì)集油間進(jìn)行改造，將集油環(huán)的回油溫度、摻水壓力、瞬時(shí)水量等數(shù)據(jù)采集并存儲(chǔ)，再通過(guò)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)將生產(chǎn)數(shù)據(jù)在網(wǎng)頁(yè)中展示和遠(yuǎn)程設(shè)定。在數(shù)字化改造后，集油間的管理方式由現(xiàn)場(chǎng)駐扎轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程集中管理。在這種管理方式下，中控室人員主要通過(guò)周期性的電子巡檢來(lái)主動(dòng)發(fā)現(xiàn)溫度、壓力、流量等參數(shù)的異常情況，然后根據(jù)需要對(duì)異常的摻水環(huán)的設(shè)定流量進(jìn)行遠(yuǎn)程重新設(shè)定，使摻水量增大或減小，進(jìn)而使溫度達(dá)到安全生產(chǎn)溫度范圍內(nèi)。隨著集油間管理的集中化，現(xiàn)場(chǎng)巡檢工作后移至中控室，人員配置也由從前的一個(gè)間由一個(gè)班組管理改革成為一個(gè)隊(duì)由一個(gè)班組管理，改革后中控班組的工作量較大。智能摻水的目的就是要通過(guò)技術(shù)手段有效減輕中控班組的工作強(qiáng)度，這對(duì)于數(shù)字化改革具有重要的意義。

在生產(chǎn)中，回油溫度是集油管理的核心，集油環(huán)管理的目的就是要把回油溫度控制在安全生產(chǎn)溫度范圍內(nèi)。而調(diào)節(jié)回油溫度的手段則是通過(guò)調(diào)節(jié)摻水閥門的開度來(lái)控制管線內(nèi)通過(guò)的熱水的流量，閥門的開度直接影響回油溫度的高低。因此，現(xiàn)階段的智能摻水管理就是在集油間數(shù)字化建設(shè)的基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展，讓數(shù)字化設(shè)備代替人來(lái)自動(dòng)分析當(dāng)前的生產(chǎn)情況并根據(jù)需要自動(dòng)調(diào)節(jié)水量，使回油溫度保持在安全生產(chǎn)范圍內(nèi)的一種管理方式。

3智能摻水實(shí)踐

3.1 制定合理的智能調(diào)節(jié)算法

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于每個(gè)環(huán)的摻水都需要經(jīng)過(guò)熱水由間到井、油水混合、由井到間幾個(gè)溫降過(guò)程，因此在每次調(diào)節(jié)閥門開度后，都需要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延時(shí)才能真正體現(xiàn)出溫度變化結(jié)果。經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，這個(gè)時(shí)間一般需要0.5小時(shí)～2小時(shí)，不同的環(huán)，情況各異，在程序中應(yīng)該考慮什么時(shí)候調(diào)、多久調(diào)一次、一次調(diào)多少這三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

1）什么時(shí)候調(diào)

研究智能摻水主要是為了減小人為分析和調(diào)節(jié)的工作量，對(duì)于一個(gè)管理者來(lái)說(shuō)，在人為管理的時(shí)候要知道哪些情況需要調(diào)節(jié)。目前集油環(huán)摻水主要根據(jù)溫度來(lái)管理，一般來(lái)說(shuō)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)就應(yīng)該開大，而高于設(shè)定溫度時(shí)就應(yīng)該關(guān)小。為避免在溫度接近目標(biāo)溫度時(shí)依然不斷調(diào)節(jié)，可以為其設(shè)定一個(gè)合理區(qū)間，當(dāng)溫度處于這個(gè)區(qū)間內(nèi)時(shí)就不再調(diào)節(jié)。

2）多久調(diào)一次

因?yàn)槊總€(gè)環(huán)的溫度延時(shí)時(shí)長(zhǎng)不同，所以應(yīng)該根據(jù)不同環(huán)各自的延時(shí)周期設(shè)定不同的調(diào)節(jié)頻率，需要解決以下兩個(gè)問(wèn)題：

（1）確定單環(huán)的延時(shí)周期。在數(shù)字化正式運(yùn)行后，就能夠遠(yuǎn)程采集和查看歷史數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^(guò)手動(dòng)修改設(shè)定流量值，再通過(guò)觀察溫度變化情況確定一個(gè)大概的延時(shí)周期。

（2）確定調(diào)節(jié)頻率。由于溫度變化的延時(shí)周期較長(zhǎng)，如果以延時(shí)周期為調(diào)節(jié)頻率，那么在這個(gè)延時(shí)期間內(nèi)存在太多的不確定性，隱患較大?？梢詫⒀訒r(shí)周期三等分，以延時(shí)周期的1/3為調(diào)節(jié)頻率。這樣保證了不會(huì)因?yàn)檎{(diào)節(jié)過(guò)于頻繁導(dǎo)致的過(guò)度調(diào)節(jié)，同時(shí)1/3的調(diào)節(jié)頻率也能初步體現(xiàn)出溫度的變化，在溫度變化的過(guò)程中能夠分析當(dāng)前調(diào)節(jié)的效果，適時(shí)地進(jìn)行微調(diào)。

3）一次調(diào)多少

一次調(diào)多少，即是調(diào)節(jié)的幅度，是決定系統(tǒng)運(yùn)行效果的主要因素。調(diào)節(jié)得小了，達(dá)不到想要的效果;調(diào)節(jié)得大了，又會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，需要考慮在每個(gè)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)究竟需要調(diào)多大。從影響調(diào)節(jié)幅度的主要因素入手，對(duì)以下兩個(gè)方面進(jìn)行分析：

（1）由于各個(gè)摻水環(huán)內(nèi)的流體狀態(tài)有區(qū)別，如果對(duì)不同的環(huán)增大或減小相同的瞬時(shí)水量，帶來(lái)的溫度變化不同。因此，需要設(shè)立一個(gè)變量ε，根據(jù)不同環(huán)的情況人為設(shè)定該變量的值。水量變化時(shí)溫度變化越敏感，則ε的值越大，反之則ε的值越小。

（2）對(duì)于同一個(gè)摻水環(huán)，其每個(gè)調(diào)節(jié)周期的調(diào)節(jié)幅度，應(yīng)該和當(dāng)前溫度（t當(dāng)前）與目標(biāo)溫度（t目標(biāo)）之間的差距呈正相關(guān)。溫度相差越多，調(diào)節(jié)幅度就應(yīng)該越大。

基于上述分析，對(duì)于調(diào)節(jié)的幅度，可以先定義一個(gè)基數(shù)0.05，根據(jù)影響幅度的因素，擬用以下公式用來(lái)計(jì)算流量增幅：

△q=0.05*ε*（T目標(biāo)-T當(dāng)前）

式中：△q --設(shè)定水量增量;?--為用戶輸入的調(diào)整系數(shù);T目標(biāo)--設(shè)定的目標(biāo)溫度;T當(dāng)前--從溫度表中讀取的當(dāng)前溫度。

3.2 RTU二次開發(fā)

近年來(lái)，隨著數(shù)字化設(shè)備的更新?lián)Q代，邊緣設(shè)備具有越來(lái)越強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力。RTU作為數(shù)字化設(shè)備中重要的組成部分，它不僅能夠?qū)鞲衅髦械臄?shù)據(jù)進(jìn)行采集和上傳充當(dāng)著數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕巧?，還能進(jìn)行擴(kuò)展和二次開發(fā)充當(dāng)集油間的大腦。目前，集油間所使用的RTU均為智能RTU，具有一定的可擴(kuò)展性，可進(jìn)行二次開發(fā)。此處需要同RTU廠家溝通，獲取與RTU相匹配的二次開發(fā)工具、學(xué)習(xí)工具的使用及與工具相匹配的開發(fā)語(yǔ)言，最后將自動(dòng)控制流程編寫為代碼，寫入RTU設(shè)備中。

3.3 取得的階段性成果

目前，摻水自動(dòng)控制程序已經(jīng)在第二油礦部分集油間投入使用。在運(yùn)行過(guò)程中，RTU設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，與程序應(yīng)用前相比未見明顯異常;各摻水環(huán)的摻水流量能夠按照制定的規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，將各集油環(huán)的目標(biāo)溫度設(shè)置為35℃。以X集油間2環(huán)為例，初始時(shí)溫度為39℃上下，超出設(shè)定目標(biāo)溫度。程序根據(jù)既定規(guī)則減小了2環(huán)的設(shè)定流量，使得回油溫度降低。程序按照一定的周期執(zhí)行調(diào)節(jié)操作，最終平穩(wěn)地將回油溫度控制在35℃上下，達(dá)到合理的溫度范圍內(nèi)。

通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)程序的應(yīng)用使RTU具備了智能調(diào)節(jié)的功能，能夠自動(dòng)分析當(dāng)前摻水情況，并代替管理人員對(duì)摻水流量進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，極大地減小了集油間摻水管理工作量，進(jìn)一步推進(jìn)了集油間無(wú)人值守進(jìn)程。

4總結(jié)

目前，我廠數(shù)字化進(jìn)展迅速，如何理論聯(lián)系實(shí)際從實(shí)際出發(fā)做好智能化研究，更好地輔助管理人員工作非常重要。本文首先介紹了智能摻水的建設(shè)背景，提出了智能摻水的概念，又針對(duì)智能摻水的什么時(shí)候調(diào)、調(diào)節(jié)頻率、調(diào)節(jié)幅度幾方面關(guān)鍵問(wèn)題提出了自己的觀點(diǎn)和論述。在實(shí)際應(yīng)用中，達(dá)到了較理想的控制效果，具備一定的可推廣性，對(duì)于集油間摻水智能化建設(shè)具有一定的借鑒意義。

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