高度自動化油田的工程設計及應用探究

姚洪達

[摘 要]高度自動化油田自控系統能夠實現集輸自動化和工藝同步投產，大大降低了人力成本，從而能夠有效提高油田的經濟效益和社會效益。本文主要對高度自動化油田自控組成、功能、類型、設計和應用效果等方面進行了詳細的研究與分析，希望能夠為油田自動化建設提供借鑒。

[關鍵詞]油田；自動化；自控系統；設計

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.12.026

[中圖分類號]TE934.1 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2018）12-00-02

1 高度自動化油田自控系統的組成和功能

1.1 工藝自控系統

油田的自控主系統主要是工藝自控系統，核心主要以集散型計算機控制系統為主，其中監控井口系統、采集數據系統和緊急關斷系統等都是其主要的內容。在中心控制室的DCS系統將兩個現實操作站聯系起來，而且每個顯示操作站都可以對全油田的工藝設備進行監視和操控，同時需要將兩臺打印機配備給DCS系統，記錄和打印報警事件以及對生產運行參數報表進行打印是這兩臺打印機的主要功能。FSS系統主要用于安全報警和緊急停車，該過程是通過DCS和PLC網絡通訊接口來實現的，通過該系統可以充分發揮PLC的優點，從而不斷提升安全系統的可靠性。遙控終端設備（RTU）一般設置在油井和注水井的井口，其主要作用是對井口的參數進行采集和控制，同時傳輸到集中處理站和多路通訊控制器。

工藝自控系統的主要功能主要包括以下幾點：一是通過遙控和遙測等設置，對生產油井井口的油壓、回壓以及過載的電機電流等進行測量，同時向中控室傳遞，并及時發出警報；二是自動選井，主要是對單井的油、氣和水的參數進行計量，同時保護計量分離器等；三是設置三箱生產分離器，主要是控制生產的參數。

1.2 變配電自控系統

變配電自控系統的監控系統主要是以ABB公司的SCSS 100為主，該系統的結構主要以分布式多CPU為主，其組成內容包括較高的站級監控微機和較低的階段控制和保護終端，其基本功能主要是測量電量、遙控投切線路開關、保護自動連鎖和通訊等。其中10 000 kVA變壓器兩臺、10 kV的二十回出線、35 kV的四回出線等為其主要的監控對象，同時其也具有保護和測量馬達控制中心配出線的作用。SCS 100系統的最前端直接連接被保護和控制的對象，其是主要的數字繼電器，基礎主要以微機處理器為主，這些繼電器可以由一定預定功能的單元模塊獨立完成，其中RS232和RS485口為這些繼電器所帶有的，其通訊功能是通過RS485連接站級計算機來實現的，程序的編寫以及整定等是RS232的主要功能。

PC機是站級計算機的主要屬性，智能多口板是通訊管理計算機的主要屬性，每個通訊單元的異步通訊口由8個RS454串行組成，光纖是主要的通信介質，其抗干擾性非常強。人機接口和窗口技術是SCS100系統所具有的，全部的信息都會在彩色的CRT上顯示，而且顯示的形式都是單線圖的，開關的狀態以及設定值等都是動態顯示的，開關的離合可以通過數字化儀和CRT上的單線圖進行遙控，這樣可以對所有配電系統的狀態進行實時監控。

1.3 消防自控系統

某油田由于處于非常偏僻的位置，具有較差的社會依托性，所以全自動固定式消防系統是該油田集中處理站主要使用的，同時將不同的消防系統根據不同的保護對象和區域進行了組建，主要包括干管水噴淋系統、室內火警系統、消防泵控制系統和濕管水噴淋系統等。這些消防系統的控制盤都是不同的，從而可以將自動報警、操作和監控等功能自主完成，而且消防主控制盤會設置在中控室，其能夠及時接收各地消防系統發出的信號，將消防系統的全部工作情況顯示在控制盤上，從而就能實現分散控制和集中管理全站消防系統的目標。

CRT顯示器、消防系統模擬圖和打印機是消防主控制盤的主要組成部分。操作人員可以通過CRT顯示器和打印機上的打印結果得知火災報警、系統故障的地點和時間等，同時可以在消防系統模擬圖上快速找到系統故障。另外控制按鈕也是主控制盤上設置的，其主要目的是直接操作重要區域的消防設備。

2 自控系統的種類

2.1 DCS系統選型

為了根據用途合理地選擇DCS系統，需要不斷地調查和比較多家廠商的機型，某油田最后選擇了美國某公司推出的新一代產品，即選擇了DCI System Six，并應用在了實際生產中。其設計選型的原則主要有以下幾點：一是開放式為軟硬件的主要結構；二是例外管理是系統主要使用的；三是可以直接進行節點間的通訊；四是數據庫的通道和系統組態具有全球性；五是通過聯網可以與多個廠家的PLC和PC機取得聯系；六是密封性比較好，而且具有較強的抗風沙能力等。

2.2 關鍵儀表選型

首先，氣動執行機構是首要考慮的因素，其主要目的是提高可靠性和可維修性，而且氣動執行機構是所有調節閥和切斷閥等自動閥門必須采用的。其次，對渦輪流量計量的方式進行選擇和應用，在外輸流量計中不僅要對可靠性和精度進行考慮，同時需要充分考慮其體積大小等方面。最后，在油水界面測量中主要對外浮筒界面變送器進行選擇，這主要是由于油水具有較大的密度差造成的。

3 自控系統可靠性的設計及應用效果

3.1 設計

由于某油田具有極高的自動化程度和較少的管理人員，這就將提升自控系統可靠性的重要性體現出來了。相應的設計人員在具體的設計工作中可以將系統的可靠性從以下幾方面進行提升：一是選擇的自動化設備要具有很強的抗惡劣環境的功能；二是要獨立設置FSS系統；三是冗余設計是DCS系統和FSS系統必須采用的。

目前，在國際上普遍應用的就是冗余的設計DCS系統，這也將該系統的特點展現出來，所以也將冗余設計的DCS系統應用在油田中，兩臺互為熱備份操作的顯示中心是操作站的主要設計。這種設計有以下幾種優點：一是在油田的實際運行中具有很大的信息量，通過這種小設計可以將系統的運行情況顯示出現；二是冗余設計可以一對一，從而可以提升可靠性；三是在過程控制和監視不間斷的情況下，可以對系統的組態進行修改，而且在油田的二期工程投產中該功能是非常重要的。

3.2 應用效果

3.2.1 經濟效益大大提升

經濟效益大大提升主要體現在兩個方面：一是通過減少操作人員，從而能夠降低人工成本，間接地提高了經濟效益；二是為工藝系統安全和平穩運行以及產品的質量提供保障，對于油田生產具有重要的指導作用，從而能夠提高經濟效益。另外，在節能降耗方面也發揮了重要的作用，主要有以下幾點：一是自動化大大簡化了油氣處理工藝，而且具有全部封閉的生產過程，這樣可以最大程度地降低油氣蒸發的損耗情況；二是將變頻調速器應用到大罐的油氣裝置中，可以大幅降低電耗和能耗；而且在過濾污水的整個過程中通過使用程序控制，可以大大減少地下水的消耗量。

3.2.2 社會效益大大提升

某油田自動控制系統為了提升生產的安全性，對緊急關斷系統的FSS進行了設計，該系統獨立于DCS系統之外，為工作設備的安全和可靠運行提供了有力的保障。另外在環境保護方面，自動控制系統通過程序控制污水多級過濾和處理的過程，而且由DCS系統來完成這些具有頻繁性而且具有較大勞動強度的工作，不但有利于保障過濾質量，同時使過濾后的污水與回注和外排的標準相符合。另外，由DCS系統負責所有的操作和控制工作，操作人員的操作切換不需要到現場就可以完成，從而可以大大減輕操作人員的工作壓力和勞動強度，同時也可以提升管理水平。

4 結 語

高度自動化技術不但為油田的安全和可靠運行提供了有力的保障，而且可以大大提升經濟效益和社會效益，同時可以提升管理的水平。針對這種狀況，各個油田應該不斷提升自動化的水平，為油田的開發和運行提供有力的保障。

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