勝利油田聯合站生產運行計算機仿真系統?

吳德明 重慶電子工程職業學院

勝利油田聯合站生產運行計算機仿真系統?

吳德明 重慶電子工程職業學院

勝利油田開發已進入中后期，針對聯合站原油脫水效果降低，穩定性、可靠性、安全性下降，以及運行、操作復雜等問題，設計了一套聯合站計算機仿真系統。運用系統識別和機理分析相結合的方式，對聯合站各子系統建立輸入輸出參數之間的相互關系，從油田現場采集數據井進行識別，替換相互關系式中相應的未知參數，最終建立聯合站整體模型。該套系統在勝利聯合站應用，能夠模擬油田聯合站生產運行過程，進行老舊設備改良和新工藝、新技術優選實驗等，動態模擬各個設備運行過程，確定安全、穩定運行的設備參數，不但可以降低實驗成本，而且還能滿足油田高效、安全的生產理念。

油田聯合站；流程；仿真系統；結構；模型功能

勝利油田開發初期建設的聯合站由于工藝技術比較落后，難以適應當前開發階段的技術要求；同時，早期聯合站運轉至今，歷經多年的連續工作，許多部件和功能難以維持設計初衷，各種設備逐漸老化，從而導致油田聯合站的原油脫水能力及效果大大減弱，穩定性、可靠性、安全性逐年下降，聯合站能耗不斷增加。因此，油田聯合站運行系統的工藝改進和技術升級刻不容緩。另外，油田聯合站各個系統之間聯系緊密，系統運行復雜、操作規則苛刻，需要相關作業人員具有相當高的業務水平和實際動手操作能力，相關人員的崗位培訓必須得到重視。

圖1 仿真系統主要功能部分工作流程

1 聯合站仿真系統設計

應用網格式結構對聯合站仿真系統進行設計，以達到多節點同時操作，多工位同時培訓的目的。該系統以具有實時多任務管理能力的Windows NT系統為平臺，結合Windows人機界面特點，最大限度簡化聯合站復雜的運行機理和人工培訓作業，使仿真系統易于操作，便于培訓[1]。仿真系統主要功能部分工作流程如圖1所示。

1.1 仿真系統構成

勝利油田聯合站仿真系統主要由互聯網、監控儀表和工控機構成。仿真系統采用基于Windows的局域網絡，將系統各個部件串聯在一起，基本可適應油田聯合站一般的仿真和培訓工作。監控儀表是仿真系統的信息收集者和命令執行者，在該系統中具有十分重要的地位。聯合站有些生產環節對相關的監控儀表要求很高，不僅要求其獲取并傳遞準確無誤的生產信息，而且還要求其具有滿足高危環境中穩定提供信息的能力。工控機部分由多臺工業控制計算機構成，以兩臺PC機和觸摸屏計算機作為上位機，實現信息的存儲、解析、呈現和輸出，多流程模型運算、網絡管理等功能。以PLC作為下位機，實現信息的采集、分析處理、診斷識別、輸出控制等功能。

1.2 仿真系統機理

聯合站仿真系統應用多模型并行運行方式，結合Windows多進程、多線程管理方法，將整個流程仿真模型作為一個大的進程，全流程中細分各個工區作為一個線程，存儲于單個模型進程中，實現多流程模型或單流程模型并行運行，使各模型進程具有自己相對封閉的數據區，避免彼此影響。

勝利油田聯合站仿真系統分為教練站、模型站、培訓站三部分[2]。教練站發布控制命令，實現上述仿真系統的運行，并作用于模型站和培訓站。模型站接收到教練站的控制命令后，可以及時開啟或關閉特定模型進程中特定的線程，將操作控制精確到點，使整個聯合站復雜系統的控制調整變得非常精準、靈活。培訓站接收到教練站的控制命令后，可以提供三種備選培訓方式供用戶選擇，每種培訓方式各具特點。比如，用戶選擇現場培訓方式，系統將自動取得相應模型進程和線程號，使受訓人員直接面對逼真的具體工區進行培訓工作，而此過程不會干擾其他模型的進程。

1.3 仿真培訓系統

仿真培訓系統主要由上位機和操作站構成。

（1）上位機。首先將聯合站作業培訓知識傳遞給仿真培訓系統的預處理模塊，接收到知識信息的預處理模塊依據知識數據進行分析推理，生成事物指令子系統。事務指令子系統結合操作站軟件系統，按照基本的邏輯關系，最終將知識信息整合到仿真系統上位機上，生成相應的培訓軟件。

（2）操作站。培訓系統通過交互設備獲取外部信息，結合用戶和環境特點，自動生成對應現場站的知識文件，輸送給上位機。上位機接收文件后經分析處理，將其分配給現場站和操作站作為其交互界面的數據資源。

2 仿真系統模型

2.1 模型建立

仿真系統模型的核心是數學模型[3]。聯合站數學模型是指從大量實踐中抽象出的能夠全面、系統、深刻反映聯合站本質的以數學語言表述的理論。聯合站主要分為油氣分離、沉降脫水、電加熱脫水、污水處理、原油外輸等子系統，對應的主要設備有三相分離器、沉降罐、脫水泵、電脫水器、加熱爐、凈化罐、外輸油泵等。聯合站仿真系統模型的開發，必須根據以上設備工作方式和特征，確定動態模型的建立方法，并且所建立模型要能夠詳盡地反映各個設備在各種工況下的生產運行方式及其內部關系。

建模中運用系統識別和機理分析相結合的方式，對聯合站各子系統建立輸入輸出參數之間的相互關系，從油田現場采集數據進行識別，替換相互關系式中相應的未知參數，最終建立聯合站整體模型。此外，運用模態分析方法對模型進行處理，獲得簡化的實用模型，以滿足聯合站仿真系統模型計算量小、運算速度快的要求。

勝利油田聯合站建模步驟如下：①根據設備機理建立系統的初步模型；②在設備工作狀況良好狀態下，獲取設備運行靜態參數；③根據設備運行過程中各個變量間的關系，獲得設備運行動態參數；④模型試運行檢測模型故障并排除，完成模型修正。

2.2 模型功能

（1）實現聯合站相關基礎工藝的數值模擬計算和動態仿真運行，為工藝設計提供借鑒，驗證已有設計方案的合理性。

（2）模擬油田聯合站生產運行過程，進行老舊設備改良和新工藝、新技術優選實驗等，不但可以降低實驗成本，而且能夠滿足油田高效、安全的生產理念。

（3）動態模擬各個設備運行過程，確定能夠滿足安全、穩定運行的設備參數。

（4）提供多種培訓方案，使受訓人員快速、高效學習并熟悉油田聯合站的工藝流程和操作規則。

3 結論

勝利油田聯合站是一個結構復雜、功能龐大的油氣處理系統。基于計算機技術的油田聯合站仿真系統，對聯合站生產參數及其各個設備運行情況進行分析，建立了仿真模型，并利用計算機進行模擬運行。聯合站計算機仿真系統能夠全面、系統地模擬聯合站的各項生產作業運行狀況，讓油田管理者能夠據此優選符合油田要求的生產方式，及時整改不良的生產環節。該系統很好得適應了當前油田開發的階段性要求，提高了聯合站的生產運行效率。

此外，聯合站仿真系統加入了員工培訓模塊，培訓模塊操作直觀、界面友好、功能全面，有效解決了因聯合站操作復雜而引起的操作培訓問題，提高了作業人員的技能素質。計算機仿真系統為勝利油田聯合站高效、安全運行提供了重要保障，對其他油田的自動化控制工作具有一定的借鑒意義。

[1]任長江．油田聯合站控制系統的設計與實現[J]．自動化技術與應用，2008，27（7）：99-100．

[2]孫玉華，董守平，石衛紅，等．油田聯合站計算機仿真系統[J]．油氣田地面工程，2002，21（2）：64-65．

[3]高汝維．油田聯合站動態仿真系統開發[D]．青島：中國石油大學（華東），2011．

（欄目主持關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.4.016

基金論文：重慶市教委科學技術研究資助項目“大型風電齒輪箱耦合非線性動態特性分析與可靠性穩健優化設計”（KJ132205）。