吐哈油田油氣集輸系統(tǒng)的自動化控制

廣西交通職業(yè)技術(shù)學院

吐哈油田油氣集輸系統(tǒng)的自動化控制

莫兵廣西交通職業(yè)技術(shù)學院

油氣集輸系統(tǒng)是一個涵蓋石油天然氣收集、儲存、粗加工等工藝的復雜綜合系統(tǒng)。油氣集輸需根據(jù)設備原始參數(shù)和經(jīng)驗進行，確定最終的流程。信號采集系統(tǒng)通過在油田井場、集輸管線等位置安裝傳感器等數(shù)據(jù)采集設備，全天候監(jiān)控目的井、計量設備、中轉(zhuǎn)聯(lián)合集輸管網(wǎng)等，并及時對所收集數(shù)據(jù)進行處理、編輯，上載至數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有綜合分析實際生產(chǎn)狀態(tài)、及時調(diào)控、危險行為報警等諸多功能。為進一步減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率，需要在研究現(xiàn)有油氣集輸系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，開發(fā)更先進的自動化工藝，主要包括研究原油初步處理工藝，提高處理速率和純度；研究混相分離技術(shù)，簡化流程，提高效率；研究混相運輸技術(shù)，減少分離次數(shù)和管線鋪設；優(yōu)化管道參數(shù)，提高使用壽命。

吐哈油田；油氣集輸；原油處理；自動化控制；流程

1 油氣集輸工藝

油氣集輸系統(tǒng)是一個涵蓋石油天然氣收集、儲存、粗加工等工藝的復雜綜合系統(tǒng)。油氣集輸系統(tǒng)對油氣田開發(fā)具有重要影響，具有所經(jīng)路線長、面積分布廣、易燃易爆等特點[1]。

1.1高黏原油處理工藝

電加熱技術(shù)是一種適用于高黏、低產(chǎn)液、低油氣比油田的集油工藝。對于高含蠟油田，電加熱技術(shù)是國內(nèi)外各個油田的首選，利用單管電加熱技術(shù)先進行集油，通過各個場站，將原油集中到處理站統(tǒng)一處理。目前此技術(shù)在吐哈油田已應用成熟。此外，在歐美國家也利用添加化學劑等方法，將原油黏度降低后再進行集輸。

1.2多相混輸工藝

從20世紀80年代以來，多相混輸技術(shù)在國際上得到了廣泛重視，研究和應用步伐不斷加快，實現(xiàn)了從實驗性階段逐漸到工業(yè)化應用的跨越式發(fā)展。多相混輸技術(shù)是一種將油井所產(chǎn)流體直接加壓輸送到聯(lián)合站的技術(shù)，與傳統(tǒng)工藝相比，多相混輸技術(shù)減少了油氣分離設備的投入，可以節(jié)約一條輸氣管線。將多相混輸技術(shù)與電熱技術(shù)相互配合，可有效簡化工藝流程，降低成本，提高油田經(jīng)濟效益。此項工藝技術(shù)采用臥式結(jié)構(gòu)，加熱桶上部安裝火筒罩，應用可調(diào)結(jié)構(gòu)控制油水界面，在多相分離包中安裝波紋板，在吐哈油田的實際應用中，分離效果較傳統(tǒng)技術(shù)有很大程度的提高[2]。

1.3高含水原油處理工藝

從井中采出的原油一般都含有一定比例的水，而原油含水多將會在儲運環(huán)節(jié)造成浪費，增加設備，多耗能；原油中的水多數(shù)含有鹽類，加速了設備、容器和管線的腐蝕；在石油煉制過程中，水和原油一起被加熱，水會急速汽化膨脹，壓力上升，影響煉廠正常操作和產(chǎn)品質(zhì)量，甚至會發(fā)生爆炸。因此外輸原油前需進行脫水，使含水率不超過0.5%。原油脫水成為油田開發(fā)過程中一個重要環(huán)節(jié)，一直受到人們的重視。

原油脫水過程分為兩個階段。第一階段主要是利用物理脫水，在含水原油中加入破乳劑，應用沉降和聚結(jié)原理等待其自行脫水。第二階段是電化學脫水，引入水平和垂直電極，在立式脫水器中進行脫水，在高壓電場的作用下油水實現(xiàn)分離，達到油田對原油含水率的要求。此外，對于低黏原油，通常應用熱化學脫水技術(shù)實現(xiàn)原油脫水。

2 自動化控制技術(shù)

油氣集輸系統(tǒng)是一個復雜的連續(xù)的工作系統(tǒng)，油氣集輸需根據(jù)設備原始參數(shù)和經(jīng)驗進行，確定最終的流程。例如，沉降罐的操作，需要工作人員定期測量，定量放水，當生產(chǎn)出現(xiàn)波動或工作人員操作失誤造成過量放水或放水不足，直接影響外輸原油質(zhì)量。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式運行狀況見表1。

表1 傳統(tǒng)生產(chǎn)方式運行狀況

吐哈油田自動化控制技術(shù)的引進，不僅實現(xiàn)了計算機自動控制生產(chǎn)作業(yè)，而且使所有可監(jiān)控項目長期、穩(wěn)定保持在最佳運行狀態(tài)，減少了人工勞動和人為操作失誤，降低了事故風險。

2.1信號采集

隨著科技的高速發(fā)展，各種高精度高敏感的信號采集儀器進入油田實際生產(chǎn)過程中，獲得廣泛應用和好評。信號采集系統(tǒng)通過在油田井場、集輸管線等位置安裝傳感器等數(shù)據(jù)采集設備，全天候監(jiān)控目的井、計量設備、中轉(zhuǎn)聯(lián)合集輸管網(wǎng)等并及時對所收集數(shù)據(jù)進行處理、編輯，上載至數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有綜合分析實際生產(chǎn)狀態(tài)、及時調(diào)控、危險行為報警等諸多功能。

吐哈油田目前大力引進信號采集設備以輔助生產(chǎn)，主要包括壓力溫度變送器、電磁流量計、熱電阻熱電偶、危險氣體警報器等。這些高性能的變送器及傳感器等適應性很強，經(jīng)過改裝可很好地適應吐哈油田的自然及油田生產(chǎn)環(huán)境，為生產(chǎn)開發(fā)提供安全保障。

2.2信號傳輸

為了滿足油田自動化控制的需求，根據(jù)油田實際，信號傳輸系統(tǒng)采用有線、無線傳輸方式相結(jié)合的方法，對于網(wǎng)絡線路鋪設較完善的區(qū)域，采用傳統(tǒng)的有線傳輸模式，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定完整的傳輸；對于網(wǎng)絡線路鋪設欠完備、分散存在的單井等設備，采用無線傳輸模式，以實現(xiàn)最大范圍的數(shù)據(jù)收集。

2.3信號分析處理

信號分析系統(tǒng)是自動化控制技術(shù)的核心。在油田現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，要對數(shù)據(jù)進行后續(xù)的審核、處理、上載等工作，這些數(shù)據(jù)主要包括油氣井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及每項生產(chǎn)數(shù)據(jù)對應的生產(chǎn)制度參數(shù)等。數(shù)據(jù)處理的精確性直接關(guān)系到后續(xù)綜合分析的可靠性。在完成數(shù)據(jù)上載之后，計算機系統(tǒng)自動對數(shù)據(jù)進行實時分析和處理，及時發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)并發(fā)出指令進行調(diào)整，使生產(chǎn)作業(yè)長期保持安全穩(wěn)定和最優(yōu)狀態(tài)。另外，各個生產(chǎn)管理部門還可根據(jù)自己的需要，對中樞計算機所獲得的數(shù)據(jù)進行分析匯總，生成生產(chǎn)報表，輔助油田管理者掌握即時生產(chǎn)信息，方便對油田各個部門做出最優(yōu)決策[3]。

油氣集輸自動化控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，從勝利油田開始采用DCS自動化控制技術(shù)之后，短短幾年時間，DCS、PLC等優(yōu)秀的自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)遍布全國各大油田。自動化系統(tǒng)在吐哈油田的實際使用中表現(xiàn)優(yōu)異，使油田工作人員可以通過該系統(tǒng)的流程面板提高自己的業(yè)務操作水平，及時掌握開發(fā)動態(tài)。

3 發(fā)展前景

為進一步減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率，需要在現(xiàn)有油氣集輸系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，開發(fā)更先進的自動化工藝，主要包括以下幾方面：①原油初步處理工藝，提高處理速率和純度；②混相分離技術(shù)，簡化流程，提高效率；③混相運輸技術(shù)，減少分離次數(shù)和管線鋪設；④優(yōu)化管道參數(shù)，提高使用壽命。

首先，組建一支技術(shù)過硬的專業(yè)化隊伍必不可少，這是成功實施油田自動化控制的基石。其次，要簡化油田各項工藝流程，將每個環(huán)節(jié)、每道工序都進行數(shù)字化編碼，使其可直接上載數(shù)字信號給中樞計算機，供其分析處理[4]。最后，優(yōu)化自動化控制系統(tǒng)程序，使普通的技術(shù)人員都可以輕松操作和控制。

[1]鮑秀華．油田集輸、注水泵聲場自動化監(jiān)控系統(tǒng)的應用研究[D]．杭州：浙江大學，2006.

[2]張建立．油氣集輸工藝和自控系統(tǒng)[J]．中國石油和化工標準與質(zhì)量，2012（7）：298.

[3]田軍慶，高輝．淺談“數(shù)字油田”的建立[J]．油氣田地面工程，2002，21（4）：133-134.

[4]孫建平．自動化控制系統(tǒng)在油氣集輸系統(tǒng)的應用[J]．數(shù)字石油和化工，2007（9）：55-57.

（欄目主持關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.2.015