油田數(shù)字化計量站控制簡介

北京安控科技股份有限公司 劉靜波

1 油田量油的概念

在油田生產(chǎn)中，對油井進行單獨計量的過程叫做量油。通過量油可以計算出單口油井的產(chǎn)油量。

油田在量油后，通常產(chǎn)生三種結果：日產(chǎn)液量、日產(chǎn)油量、日產(chǎn)氣量。

油田通過量油結果的歷史數(shù)據(jù)可以分析出油井的生命周期，產(chǎn)能，并相應地采取注水等措施來增加產(chǎn)量。

2 油田量油的傳統(tǒng)方式

傳統(tǒng)的計量站內(nèi)設備有：出油閥（排油閥、兩通閥），若干個三通閥（接入每口油井），氣液分離器，可視液位計等，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)計量站示意圖

油田量油傳統(tǒng)的為人工手動操作量油，量油過程如圖2所示。

圖2 量油過程示意圖

每個油井管匯上均安裝兩個兩通球閥。一個在計量位進入計量設備，另一個在生產(chǎn)位則不經(jīng)過計量設備，直接向集中處理站方向傳輸。

需要計量時，手動打開計量位球閥，關閉生產(chǎn)位球閥將油井的來油改入分離器進行氣、液兩相分離再將分離器兩通閥手動關閉，使分離器液位上升。

觀察可視液位計，當上升到某一液位時，按下手中秒表開始有效計量時間的計時，觀察含水分析儀當前的含水率和進入分離器端的氣體流量計的氣體總量。當液位上升到液位計一定高度時，停止有效計量時間的計時，并觀察氣體流量計此時的氣體總量。進入壓油過程，將分離器的兩通閥打開，油水混合液通過油井產(chǎn)氣將分離器內(nèi)壓力升高壓出，或通過排油泵將混合液抽出，分離器液位下降。

當油水混合液從分離器中排出后，壓油結束，將當前計量井的計量位球閥關閉，生產(chǎn)位球閥打開，讓原油直接輸出。

操作人員根據(jù)分離器容積和計時時間，可以計算出該油井日產(chǎn)液量，結合含水率或原油密度，可計算出該油井的日產(chǎn)油量；氣體通過氣體流量計計時時間所產(chǎn)生的氣體總量折算出該井的日產(chǎn)氣量。

3 自動計量系統(tǒng)的總體結構

油田數(shù)字化建設的目的是通過數(shù)字化建設進一步降低廣大員工的勞動強度，對于突發(fā)性事件能及時響應報警，并能迅速指出問題原因，提高現(xiàn)場人員和設備的安全性。在傳統(tǒng)的計量站操作過程中，由于閥門過多，人工操作過程繁瑣，為此提出了自動化計量系統(tǒng)，來解決操作難這一問題。

3.1 自動計量系統(tǒng)的設計

自動化計量控制系統(tǒng)應該具有以下功能：

數(shù)據(jù)采集功能

包括計量工藝流程溫度、壓力、液位、天然氣濃度、含水率、注水流量等。

倒井控制根據(jù)中控室的操作指令，通過現(xiàn)場機柜自動控制兩通閥的打開和關閉或三通閥的計量位、生產(chǎn)位。

計量控制

某一個油井切換到計量位后，根據(jù)液位計遠傳的液位信號自動控制壓油閥的開、關，完成一定時間或一定罐次的計量。

計量計算

計量過程結束后，自動計算出液、油、氣的日產(chǎn)量。

3.2 自動計量系統(tǒng)的構成

自動計量系統(tǒng)主要由：控制器、被控對象、執(zhí)行機構和變送器四個環(huán)節(jié)組成。

其中以北京安控科技發(fā)展有限公司開發(fā)的Super E50主控制器和I/O模塊為代表，組成了自動化系統(tǒng)的核心。Super E50 系列RTU 是安控科技集多年的控制系統(tǒng)開發(fā)、工程經(jīng)驗設計的新型模塊化RTU 產(chǎn)品，可實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場信號的采集和設備的控制。該產(chǎn)品采用了32 位處理器和高效的嵌入式操作系統(tǒng)，整個系統(tǒng)功能強大、操作方便、集成度高，不僅能完成數(shù)據(jù)采集、定時、計數(shù)、控制，還能完成復雜的計算、PID控制、通訊聯(lián)網(wǎng)等功能，其程序開發(fā)方便，可與上位機組成控制系統(tǒng)，實現(xiàn)集散控制。Super E50 系列RTU 產(chǎn)品具有多種配置和可選功能，可根據(jù)工程的實際需求，設計開發(fā)成各種控制系統(tǒng)。

改進現(xiàn)場計量工藝，選用先進可靠現(xiàn)場電氣設備，例如液位計和壓力表需要換成帶有傳感器的設備，安裝電動三通球閥，如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場設備圖

4 自動計量系統(tǒng)的特色

自動計量系統(tǒng)將傳統(tǒng)的手動控制變?yōu)樽詣涌刂疲绮僮魅藛T不需要手動開關閥門、掐表計時、人工計算等，一切都在系統(tǒng)中完美執(zhí)行。

4.1 基本功能

自動化計量系統(tǒng)可以通過人機界面操作現(xiàn)場設備，只需輕點一下鼠標，就可以實現(xiàn)現(xiàn)場開關閥門操作。

實時觀察現(xiàn)場管道的壓力溫度等參數(shù)，一目了然，隨時掌握現(xiàn)場情況。

4.2 自動量油

自動量油系統(tǒng)計量過程與人工計量相比，手動改自動，人算改機算。

4.2.1自動排序

自動排序可以設置將需要計量的所有油井進行大排序。通過排序，系統(tǒng)自動按照排序優(yōu)先級進行量油，當一口井計量完成后，自動尋找排序設置中的下一口井進行量油，整個過程無需人工干預操作即可完成。

有些油井屬于間出井，用傳統(tǒng)的方式計量并不準確，針對這種情況，在自動排序設置中可以針對間出井設置計量罐數(shù)，通過在不同的時間計量若干罐數(shù)取出產(chǎn)液量的平均值，可以接近這種間出井的實際日產(chǎn)量。

4.2.2系統(tǒng)兼容

雖然各個計量站的基本工藝相同，但是油井數(shù)、注水井數(shù)、采集點數(shù)往往有很大的差別。因此一個完善的計量系統(tǒng)可以根據(jù)不同情況做相應的設置。

系統(tǒng)可以設置三種壓油方式，一般情況下用平衡罐自然排油，但是對于產(chǎn)氣量小的油井，僅靠自然排油往往無法完成壓油。因此在壓油階段將天然氣出口電動閥關閉，從而使分離器內(nèi)壓力升高，將分離器中的液體向下壓出去。對于產(chǎn)氣量特別小甚至無氣的油井，靠憋壓排油往往也無法完成壓油。因此在壓油階段打開壓油兩通閥的同時，啟動管道泵，強制將分離器中的液體排出去。

油田上有些油井開采過程中伴有向管道中摻水，以達到稀釋加熱油品的工藝，此計量系統(tǒng)設置有自動計算摻水量的功能。系統(tǒng)將提供一個摻水對照表，用戶只需將每個摻水流量計與油井的管道對應起來，當計量油井時，系統(tǒng)自動根據(jù)表中設置的摻水流量計進行累計求和，計量完成時根據(jù)計量時間折算出一天的摻水量，進而算出更加精確的油井產(chǎn)液量。

根據(jù)不同地區(qū)的不同計量站，系統(tǒng)提供豐富簡潔的配置窗口來設置是否有進氣閥，是否有出氣閥，計量結束時是否關閉出油閥、氣閥，設置壓油壓到下液位時是否延時壓油時間防止罐內(nèi)壓力不平衡以致反液的情況發(fā)生。

4.2.3精確計算

在油井開采過程中，開采出來的往往不是純油，其中含有一些氣體和水，要想精確地算出油井一天的產(chǎn)量，就要設法檢測出油井含有的水量和氣量。在上油階段，當單井原油流經(jīng)氣體流量計時，系統(tǒng)開始檢測氣體的瞬時流量并加以累計，上油結束時，自動計算在上油過程中的產(chǎn)氣量，在壓油階段，當分離器原油流經(jīng)含水儀和出油閥時，系統(tǒng)根據(jù)含水儀輸出信號變化在每一秒鐘進行自動求和與計算平均值，當壓油結束后，根據(jù)計算出來的平均含水率和產(chǎn)氣量來算出單口油井一天實際的產(chǎn)液量、產(chǎn)油量和產(chǎn)氣量。

4.4 報警處理

在計量站進行油井生產(chǎn)計量過程中，往往伴有一定的危險性。

由于全程管道為密閉性，并且經(jīng)常性的操作閥門，容易導致壓力不均衡，尤其在上油階段，容易造成“冒罐”，因此，系統(tǒng)提供強大的故障處理和事故預警系統(tǒng)，在計量過程中，實時檢測管道內(nèi)、分離器內(nèi)的壓力是否超大，分離器的液位是否超高，兩通閥和三通閥是否在轉動過程中出現(xiàn)故障，檢測在計量過程中是否停電，ups是否報警，如有一條上述條件，系統(tǒng)將終止自動計量，并發(fā)出報警，提醒監(jiān)控人員進行處理措施。

由于地下情況復雜，油井開采過程中往往將一些有毒物質一起輸送到管道，如硫化氫。計量站屬于一個無人值守的封閉室，如有管道泄露遇到明火隨即會引發(fā)爆炸事故或站場人員在不知情的情況下進入計量站將會立即中毒，因此，系統(tǒng)要實時檢測站內(nèi)的可燃性氣體，一旦發(fā)現(xiàn)有可燃性氣體，系統(tǒng)會自動打開站內(nèi)的風機等通風裝置并報警提醒監(jiān)控人員遇到的情況。

5 自動計量系統(tǒng)實現(xiàn)的意義

自動化系統(tǒng)的可靠運行，實現(xiàn)了實時監(jiān)測油田生產(chǎn)動態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)故障、事故隱患和自動完成計量任務，進一步降低了廣大員工的勞動強度，從而使油田現(xiàn)場生產(chǎn)管理制度發(fā)生了根本性轉變，由之前油田常規(guī)的以站設班，井站值守步行巡檢制，變?yōu)榫緹o人值守故障巡檢制；由以調(diào)度為中心指揮生產(chǎn)，變?yōu)橐宰詣踊行目刂剖覟橹行闹笓]生產(chǎn)。大幅度減少現(xiàn)場工作人員的同時，由于生產(chǎn)資料幾乎全部計算機處理，提高了資料處理的質量和速度，減少了資料分析統(tǒng)計人員，極大地提高了勞動效率。