基于數(shù)字化油田生產(chǎn)中自動化儀表的選擇應(yīng)用分析

隋 溢

（大慶油田自動化儀表有限公司，黑龍江大慶 163000）

1 數(shù)字化油田與自動化儀表概述

1.1 數(shù)字化油田

要將石油企業(yè)的生產(chǎn)過程進(jìn)行數(shù)字化，必須將數(shù)據(jù)庫與信息系統(tǒng)整合起來，充分利用其作用，提高石油企業(yè)的經(jīng)營水平。與此同時，采用自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對油田的實(shí)時監(jiān)測，提高巡視檢查的頻率，使油田生產(chǎn)中出現(xiàn)的安全問題可以得到及時檢測，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。在數(shù)字化油田生產(chǎn)管理中，實(shí)現(xiàn)對石油企業(yè)的集中控制和管理，統(tǒng)一和協(xié)調(diào)了石油企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善了系統(tǒng)的數(shù)字化管理系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的自動化程度，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。數(shù)字化管理中的數(shù)據(jù)采集階段，是指在生產(chǎn)現(xiàn)場，通過與之相關(guān)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備來進(jìn)行，要做好對設(shè)備的維護(hù)工作，做到能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行及時有效收集。在此基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將現(xiàn)場的各項(xiàng)信息及現(xiàn)場的監(jiān)控信息傳送到中央控制平臺，由中央控制平臺完成整個過程的監(jiān)控與管理。利用該軟件來對油田的運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合評價，以便于對油田的安全進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和監(jiān)控[1]。

1.2 自動化儀表

自動化儀表由多個自動化部件構(gòu)成，它最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以對其進(jìn)行準(zhǔn)確的測量和記錄，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)事件時，還能自動發(fā)送警報(bào)，通知相關(guān)人員。自動化儀表可以看作是一個信息傳輸設(shè)備，其初始形式是一個工業(yè)儀表，隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，其與工業(yè)儀表的融合，最終形成了今天的自動化儀表。除此之外，該儀表自身的抗干擾能力也很強(qiáng)，不會受到其他數(shù)據(jù)組的影響，該項(xiàng)發(fā)出后，就可以進(jìn)行下一項(xiàng)數(shù)據(jù)的記錄，精度也相對較高。油田數(shù)字化的建設(shè)過程，有著嚴(yán)格的石油產(chǎn)量的計(jì)算要求，可以反映出建設(shè)質(zhì)量的高低，通過自動化儀器可以準(zhǔn)確地計(jì)算出輸出，滿足使用的需要。在采油設(shè)備中應(yīng)用了自動化儀表，實(shí)現(xiàn)了采油設(shè)備的自動化，減少了采油人員的數(shù)量，提高了采油效率，從而更好地進(jìn)行了精細(xì)化管理，對油田業(yè)務(wù)生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行了采集與控制，使工作人員可以對油田現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況進(jìn)行及時了解。

在儀表自動化系統(tǒng)中，測量系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、互鎖保護(hù)系統(tǒng)、調(diào)整系統(tǒng)等都是不可或缺的環(huán)節(jié)，它們都要經(jīng)過DCS 系統(tǒng)來運(yùn)行，DCS 系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，能夠?qū)ιa(chǎn)指令進(jìn)行控制，并對工作進(jìn)行指導(dǎo)。在油田操作流水線中，使用自動化儀表精確地對轉(zhuǎn)換站和聯(lián)合站的溫度、流量、壓力等參數(shù)進(jìn)行檢測，并通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次轉(zhuǎn)換，對管道的滲漏狀況進(jìn)行判斷，從而確定滲漏的位置，確保了作業(yè)的安全性。當(dāng)前，自動化系統(tǒng)主要是由 DCS 控制系統(tǒng)構(gòu)成的，DCS 控制系統(tǒng)擁有顯著的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)，它的技術(shù)成熟、可快速運(yùn)行，并可以與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)融合，最終實(shí)現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的掌控。

2 油田生產(chǎn)中自動化儀表的選用原則

在油田生產(chǎn)過程中，所使用的儀器儀表自身也是有誤差的，但是一般情況下，它們以絕對誤差、相對誤差和傳導(dǎo)誤差為代表。因?yàn)橛吞锏纳a(chǎn)環(huán)境不同，它除了受到外界環(huán)境的干擾之外，還受到其自身因素的限制，這些因素都會對儀器儀表工作的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致其難免會產(chǎn)生一些偏差。因此，為了解決以上所出現(xiàn)的問題，就必須在對儀器儀表的選擇上慎重考慮，并按照有關(guān)的原理和方法進(jìn)行合理的選擇[2]。

2.1 精確性和經(jīng)濟(jì)性兼顧原則

就油田的生產(chǎn)來說，它的整體流程都是相當(dāng)復(fù)雜的，需要對油田的存儲、開采和生產(chǎn)運(yùn)行情況有一個全面的認(rèn)識，并對其進(jìn)行有效的分析，從而制定出最適合的開發(fā)計(jì)劃，并且需要對生產(chǎn)工藝進(jìn)行持續(xù)的優(yōu)化，并對裝備的操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，就會影響到油田的產(chǎn)量和生產(chǎn)的安全。所以，在進(jìn)行自動化儀器選擇時，要將其精確度作為首要的考量因素，并將其與油田生產(chǎn)自身情況、計(jì)量的環(huán)境、介質(zhì)特性及精度需求等因素相結(jié)合，進(jìn)而選擇出能夠在此條件下準(zhǔn)確計(jì)量儀表的方法。然而，當(dāng)所選擇的儀器都具有相同的精度級別時，就要對它們的經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行考量，然后從中挑選出既能兼顧到經(jīng)濟(jì)性又能兼顧到技術(shù)要求的儀器，將成本高、功能豐富且不滿足油田生產(chǎn)和管理需要的儀器排除。

2.2 安全性和可靠性兼顧原則

加強(qiáng)安全生產(chǎn)是國家在努力推動的一種措施，也是所有企業(yè)在進(jìn)行生產(chǎn)經(jīng)營時都要嚴(yán)格遵循的一條原則，包括油田的安全。因此，在選用自動控制儀器時，不僅要看它的優(yōu)良性能，而且要看它的安全性?？偟膩碚f，有些新開發(fā)的儀器和裝置，因?yàn)闆]有經(jīng)過長時間的實(shí)踐檢驗(yàn)，對它們的應(yīng)用仍有一定的安全隱患。隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，老的自動化儀器儀表設(shè)備逐漸被淘汰，新的儀器儀表設(shè)備不斷出現(xiàn)，但是在選擇自動化儀表時，如果所采用的技術(shù)可以達(dá)到對特定參數(shù)的測量要求，在這些儀表中，應(yīng)優(yōu)先選取經(jīng)過長期驗(yàn)證的、安全耐用的儀表，并且按照儀表安裝說明和規(guī)定進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌惭b，并對管道內(nèi)有無異物和焊渣進(jìn)行并清理，以為儀表的正常測量奠定基礎(chǔ)。

3 數(shù)字化油田中自動化儀表應(yīng)用

3.1 常用自動化儀表

壓力儀表。石油作為日常的一種重要能源，由于其開發(fā)具有一定的風(fēng)險性，所以在建立數(shù)字油田時，若不留意壓力的變動，極易引發(fā)安全事故。壓力儀表的使用應(yīng)該是按次序進(jìn)行的，這就要求操作者必須對整個次序的過程非常了解，并且要嚴(yán)格遵守次序，以免發(fā)生安全事故，造成人身和財(cái)產(chǎn)的損害。在應(yīng)用時，首先要測定應(yīng)用周圍的溫度，以免應(yīng)用的溫度太高而影響到它的正常運(yùn)行。壓力計(jì)要經(jīng)常保養(yǎng)，并要對故障進(jìn)行及時排除和維修。用壓力計(jì)準(zhǔn)確地測定出水壓，當(dāng)水壓超標(biāo)時及時發(fā)出警報(bào)。有關(guān)單位要根據(jù)它們的應(yīng)用規(guī)定，配備專業(yè)的操作員，對他們進(jìn)行嚴(yán)格的訓(xùn)練。

溫度儀表。在數(shù)字化油田的建設(shè)中，具備自動化溫度測量儀表的應(yīng)用是必不可少的，對所采集的原油進(jìn)行實(shí)時的測量，對油的采集有非常準(zhǔn)確的溫度需求，通常需要在300～1 800℃，如果不能很好地進(jìn)行有效的控制，就會導(dǎo)致一些安全事故發(fā)生。為了達(dá)到精確測定的目的，必須利用溫度計(jì)來確保采礦過程中的溫度變化。對運(yùn)行過程中的溫度變化進(jìn)行了詳細(xì)記錄，以便對運(yùn)行過程中發(fā)生的意外情況進(jìn)行防范。

3.2 DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用

（1）現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集與監(jiān)控系統(tǒng)部分。在油田生產(chǎn)中，對現(xiàn)場進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)資料和信息資料的搜集，并利用監(jiān)控系統(tǒng)的功能對這些資料進(jìn)行綜合，從而達(dá)到對整個油田開采過程中資料的把握，從而提高油田開采的品質(zhì)和效率。

（2）監(jiān)控中心。在DCS 系統(tǒng)中，監(jiān)控中心是最重要的一環(huán)，它的監(jiān)控信息主要包括流量、液位、采油溫度等。在采集了這些數(shù)據(jù)之后，將它們進(jìn)行了后續(xù)的整合，并傳輸?shù)街锌胤?wù)器，服務(wù)器會對這些信息展開分析和歸類，根據(jù)這些信息的內(nèi)容和分類，再將它們發(fā)送到相應(yīng)的工作人員手中，從而提高采油質(zhì)量、效率和安全性。油田生產(chǎn)中由于各種因素的作用，常會造成系統(tǒng)中的信息丟失。因此，在控制系統(tǒng)的布設(shè)作過程中，技術(shù)人員要對采油分解有一個完整的認(rèn)識，并對其進(jìn)行計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上建立一個傳輸服務(wù)器，以此來實(shí)現(xiàn)對每個管道內(nèi)真實(shí)狀況的掌控，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，最終實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定輸油。傳統(tǒng)的人工儀器存在著操作不穩(wěn)定、受各種制約等問題，與數(shù)字油田的發(fā)展格格不入。為此，需要大力發(fā)展和普及自動測量技術(shù)。但是，在某些邊遠(yuǎn)的油田，由于生產(chǎn)過程中存在著不能適時完善和改進(jìn)的問題，需要加強(qiáng)生產(chǎn)過程中的各種儀器設(shè)備的應(yīng)用[3]。

3.3 中央控制室與子站接入

3.3.1 中央控制室

在運(yùn)行時，中央控制室與站間的通信，需要用傳送訊號來建立。在中心控制室內(nèi)，DCS 可以設(shè)定對應(yīng)的分臺，對各分臺進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，并對各分臺的工作情況用圖表形式進(jìn)行匯總。DCS 采用視窗控制，工程師可以對DCS 進(jìn)行升級和優(yōu)化。在得到許可后，根據(jù)現(xiàn)場的具體狀況，及時地對該系統(tǒng)進(jìn)行升級，確保其應(yīng)用的有效性。

3.3.2 DCS系統(tǒng)的具體功能

DCS 系統(tǒng)包括4個功能：①實(shí)現(xiàn)對油田的動態(tài)監(jiān)測；②對收集到的資料進(jìn)行綜合分析，并將綜合分析的結(jié)果用一張曲線圖表示出來；③各種類型的報(bào)告都能根據(jù)需要進(jìn)行時間設(shè)置并產(chǎn)生；④在生產(chǎn)過程中，能夠在生產(chǎn)過程中實(shí)時監(jiān)測到各項(xiàng)指標(biāo)，當(dāng)超過設(shè)定值時會有預(yù)警，便于讀取、打印分析結(jié)果。DCS 具體功能如下：在第一種功能中，DCS 能夠?qū)Ω鞣N復(fù)雜的資料進(jìn)行分類辨識，并且能夠根據(jù)具體的工作情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控與評價。一旦室外的設(shè)備發(fā)生異常，工作人員就能及時準(zhǔn)確地找到設(shè)備的位置，并針對具體的條件進(jìn)行維修。第二種功能確保了DCS 系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使數(shù)據(jù)的處理變得更加簡單，可以用一種詳細(xì)的形式來展示重要的數(shù)據(jù)，讓工作人員能夠?qū)γ總€工作環(huán)節(jié)中所生成的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，同時也可以將收集到的資料進(jìn)行匯總，幫助工作人員更快更準(zhǔn)地做出判斷。第三個功能就是能夠精確地完成工作，產(chǎn)生多種說明，員工能夠透過其自身的資訊科技設(shè)備來查閱資料，并得出所需說明。在日常自動化作業(yè)中，很難完成這樣的輸出宣告，工人們需要手工聯(lián)系打印機(jī)進(jìn)行打印，這樣既浪費(fèi)了大量的人力，又浪費(fèi)了大量的生產(chǎn)成本。第四種功能是實(shí)時監(jiān)視系統(tǒng)，遇到突發(fā)狀況，可以將其和預(yù)警功能直接聯(lián)系起來，由工作人員來判定是否出現(xiàn)了問題。與以往的報(bào)警系統(tǒng)比較，它的功能更加強(qiáng)大，速度更快，能夠保證各個程序的安全性和平順性。

4 自動化儀表應(yīng)用中維護(hù)與故障處理

4.1 強(qiáng)化儀表設(shè)備檢修

在使用自動儀表時，經(jīng)常會遇到各種問題，嚴(yán)重影響到油田的正常生產(chǎn)。所以，要對這些問題進(jìn)行周期性的檢修，找出問題所在，減少這些問題的發(fā)生。維修人員要承擔(dān)起自己的職責(zé)，對油田中的自動化儀表定期展開全面檢測，確保在發(fā)生故障時可以及時解決，減少對油田工作的干擾，使儀表能夠在正常的工作狀態(tài)下保持良好的靈敏度和準(zhǔn)確性，以達(dá)到數(shù)字化油田的生產(chǎn)效率。

4.2 制定排污處理方案

在使用自動儀表時，應(yīng)充分掌握儀表的基礎(chǔ)狀況及工作條件，以免因使用錯誤的方式而引起儀器的失效。另外，當(dāng)儀表工作結(jié)束后，操作人員應(yīng)立即執(zhí)行污水處理，并應(yīng)制定詳盡的污水處理計(jì)劃。當(dāng)采用自動儀表測量時，由于油污和灰塵等雜質(zhì)的存在，會使計(jì)量的準(zhǔn)確性受到很大的影響，有時還會引起重大的事故。因此，要嚴(yán)格按照排污計(jì)劃表對自動化儀表進(jìn)行排污，在制定排污方案時，要按照儀表的工作條件和工作環(huán)境來進(jìn)行，制定后要確保執(zhí)行，并保持儀表的運(yùn)行能力。

4.3 定期檢修儀表

為了減少儀表在運(yùn)行中的失效概率，確保儀表的正常運(yùn)行，提高儀表使用能效。在對儀表進(jìn)行維修保養(yǎng)時，要注意對一次部件進(jìn)行檢修，要對其具體的保溫伴熱狀況等進(jìn)行詳細(xì)的了解，特別是在低溫的環(huán)境下，這是一個需要進(jìn)行的主要維修的項(xiàng)目，可防止在較低溫度的條件下，因部件結(jié)冰而使儀表不能正常工作。

5 油田數(shù)字化建設(shè)愿景

5.1 數(shù)字化階段

在此期間，一套新的系統(tǒng)被應(yīng)用于有線與無線的技術(shù)，可以控制與維護(hù)來自傳感器的部分?jǐn)?shù)據(jù)。這個系統(tǒng)可以跟一個專業(yè)的數(shù)據(jù)庫和平臺連接起來，利用底層傳感器層的儀器，來收集各種數(shù)據(jù)指標(biāo)，包括指標(biāo)圖、電流圖等信息，之后再由網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)平臺上，對其進(jìn)行組織和存儲，并結(jié)合各油井、場址的過去生產(chǎn)資料和目前生產(chǎn)狀況加以分析。維護(hù)工作資料，方便員工查閱資料，資料分析等。整合了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將各應(yīng)用數(shù)據(jù)連接起來，形成一個完整的資料整合平臺，逐步改進(jìn)這個進(jìn)階的資料，逐步提高它的品質(zhì)和范圍，方便使用者使用，對所掌握的資料進(jìn)行判斷和分析，達(dá)到精確的運(yùn)作[4]。

5.2 可視化程度

在此階段，技術(shù)人員已完成了數(shù)位化和高級資料整合，并形成了良好的技術(shù)支撐基礎(chǔ)。運(yùn)用先進(jìn)可視化技術(shù)，可以對油田視頻數(shù)據(jù)和警報(bào)的周邊進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。之后，運(yùn)用智能化的人臉識別等圖像分析技術(shù)，并與語音報(bào)警功能及呼叫語音報(bào)警功能相結(jié)合，極大降低了油井現(xiàn)場偷盜事件及安全事故的發(fā)生。

5.3 智能化建設(shè)

在這個時代，數(shù)字油田的發(fā)展已超越了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的范疇，它與智能化技術(shù)的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)了對海量信息的分析與處理。舉例來說，采集指數(shù)表能知道有沒有足夠的液體，在皮帶發(fā)生斷裂后，配置平臺還能發(fā)出警告，讓有關(guān)人員能及時進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油田的智能開采、生產(chǎn)和經(jīng)營的智能化建設(shè)。

6 結(jié)束語

隨著我國石油行業(yè)的發(fā)展，油田生產(chǎn)的自動化程度不斷提高，對各種自動儀表的選擇與應(yīng)用也提出更高的要求。遵循精度與經(jīng)濟(jì)性兼顧、安全性與可靠性兼顧等兩個方面的原則，科學(xué)合理地選擇自動化儀表，既可以使油田生產(chǎn)工作的效率得到明顯提高，又可以減少由于儀表選用錯誤而造成的不必要的損失，從而使油田企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到更大的提高。因此，在構(gòu)建數(shù)字化油田時，要根據(jù)油田的實(shí)際情況，對儀器儀表設(shè)備進(jìn)行更新，而不是一味地去采用新的技術(shù)，只有這樣，才能在石油開采的各個環(huán)節(jié)達(dá)到精確的測量效果，從而達(dá)到自動化生產(chǎn)的要求。