低能油井自動計量控制系統設計

摘 要:低能油井產量的計量是油田生產管理中一項重要的工作，其準確、及時的計量，有利于制定生產方案、評估開發價值和掌握油藏狀況。現有的低能油井計量中，雖使用了一些先進的儀器儀表，但仍需大量人工參與，費時費力，已無法滿足生產的需要。所以采用當前工業控制中比較先進的控制器PLC進行現場實時控制，并使用組態軟件作為上位機的顯示，真正實現了計量的全自動化控制，使得系統控制精確、直觀和可靠。

關鍵詞:油氣計量 控制器 系統控制

中圖分類號:TB47文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)11(c)-0074-01

1 引言

在油田開發生產進程中， 油、氣、水三相產量較低的油井相對增多，實時掌握其生產動態，提供準確的科學數據，對油井進一步開發更有必要。過去，一直采用最繁瑣、勞動強度較大的人工計量。其間歇性大，計量次數少、時間短，錄取的數據代表性差。隨著技術的進步，油田雖采用了一些自動計量設備以提高勞動生產率和管理水平。但實時在線性都差，仍需人工去現場操作、抄錄數據等，自動化程度不高。在此基礎上，現將較為先進的控制器PLC應用于低能油井的油、氣、水三相計量裝置控制系統中，實現全自動化實時在線準確計量。而且PLC可與上位機通信進行遠程控制，在PC機上顯示畫面和計量數據，并進行數據記錄。

2 計量系統工作流程

低能油井計量工作流程見圖1所示，從油井甲輸入原油(油、水、氣三相混合液)至分離罐1，經離心式分離器2分離出氣體和液體。氣體處于裝置內上部，當系統內壓力大于壓力變送器3設定壓力時，電動閥1開啟，排出氣體，氣體流量計5計量流量;當系統內壓力降低，電動閥1關閉。下部的液體則進入測量罐4，由差壓變送器7測量罐內液位，當液面上升到最高液位時，電動閥2開啟，排出液體，質量流量計8計量流量并測量液體含水率;當液面下降到最低液位時，電動閥2關閉。最后，經過計量的油井甲原油再輸入油井乙。整個計量工作由PLC和PC機上的組態軟件控制而循環進行。

3 控制系統軟硬件和外圍設備選擇

3.1 控制系統軟硬件選擇

在生產企業中，一般使用PLC作為下位機進行控制，同時使用組態軟件作為上位機軟件進行監控。將組態軟件強大的顯示能力與PLC的現場控制功能相結合，兩者的優點使控制系統既直觀又精確。目前市場上PLC種類很多，本著油田廣泛的應用同時考慮到控制系統的穩定性與以后的可擴展性，本系統選用了西門子300系列PLC ，上位機軟件采用西門子組態軟件WINCC來編程，兩者使用MPI通訊方式。

3.2 外圍儀器儀表選擇

測量壓力的壓力變送器選用測量范圍P:0～2.5MPa，轉換輸出電流I范圍:4～20 mA，則電流與壓力之間的關系式為:I=6.4P+4。

測量液體差壓的差壓變送器選用測量范圍△P:-2～10 MPa，轉換輸出電流I范圍:4～20 mA，則電流與差壓之間的關系式為:I=(4△P+20)/3。

氣體的測量選用漩渦旋進流量計，液體流量和含水率的測量選用質量流量計，都采用RS485通訊。

氣體和液體的輸出PID控制的執行機構采用電動調節閥來實現。

4 控制系統硬件構成

在控制系統中，硬件主要采用CPU313C-2ptp、8x12bit的模擬量輸入模塊SM331、4x12bit的模擬量輸出模塊SM332以及通信模塊CP340和外圍設備來實現。

5 控制系統軟件設計

5.1 壓力調節軟件流程

壓力變送器檢測系統壓力，并控制電動閥1工作，通過排氣泄壓，使系統內壓力狀態趨于設定值;并在裝置中保持部分壓力，使計量后的原油在無其他動力作用下，以自身系統壓差排出。

5.2 液位控制軟件流程

測量罐中液位高低通過差壓變送器測量的差壓值來反比確定，若差壓值大于等于最大設定值時電磁閥2關，液位上升;若差壓值小于等于最小設定值時電磁閥2開，液位下降。

5.3 流量控制軟件流程

當氣體和液體排出裝置時，分別通過氣體流量計和液體流量計來計量產量。但流量計的瞬時流量有一定計量范圍，若瞬時值超出此范圍，不但計量誤差增大，而且高流量下會使流量計損壞。所以采用PID控制電動閥1和2，使流量計正常、準確的工作。

5.4 組態軟件設計

在控制系統中組態軟件主要任務是數據的計算和歸檔，就是將PLC采集和計算完成的數據，如壓力和液位值、氣體和液體的流量、液體含水率，通過MPI通訊按地址傳遞給Wincc軟件所設的對應變量，用Sql語言Script VBS腳本進一步計算并以報表的形式寫入數據庫Access保存。

6 結語

本文所論述的以PLC作為下位機，計算機作為上位機，所形成的優勢互補的控制系統，從根本上解決了油井氣液計量控制方面所存在的問題，真正實現了“集中管理，分散控制”，無人值守的功能。該技術先進可靠、計量準確，即加速了計量的自動化進程，又提升了油田的管理能力，已在油田地面建設中得到了應用。

參考文獻

[1]西門子(中國)有限公司自動化與驅動集團.深入淺出西門子S7-300PLC.北京:北京航空航天大學出版社，2004:33～36.

[2]西門子(中國)有限公司自動化與驅動集團.深入淺出西門子WINCC V6.北京:北京航空航天大學出版社，2004:128～130.