埕島油田采油平臺測控系統提升淺析

邢增亮

（中石化石油工程設計有限公司，山東 東營 257026）

埕島油田位于黃河三角洲前緣、渤海灣南岸的極淺海域，水深范圍3m～20m，是中國第一個“300萬噸級”淺海油田。埕島油田經過20年開發，形成了以“衛星平臺——中心平臺——陸地聯合站”為主，以油輪“蜜蜂采油”開發方式為補充的產能建設模式。為適應這種開發方式，自控專業配套建成了海上自動化測控系統，實現了海上采油平臺無人值守的生產模式。

1 采油平臺測控系統PLC標準化

為適應工藝流程測控要求，達到無人值守生產，采油平臺設置自動化測控系統。測控系統負責采集測控內容，實現工藝流程的監測和控制。埕島油田采油平臺自動化測控系統PLC主要有Rockwell和Siemens兩種，系統結構也不盡相同。為提高系統可靠性和通用性，降低操作人員學習成本，采油平臺測控系統PLC進行了標準化設計。測控系統PLC采用安全性和可靠性高的系統結構，采用國際知名廠商PLC產品。

從結構上，采油平臺測控系統分為過程控制系統（PCS）和安全儀表系統（SIS）。PCS系統完成工藝過程的測量和控制，保障工藝系統可靠、平穩地運行；SIS系統分為緊急關斷系統（ESD）和火氣系統（FGS）。ESD系統完成工藝系統的緊急關斷，FGS系統完成可燃氣體泄漏和室外火災探測[1]，保障生產和生活的安全。

圖1 埕島油田采油平臺流程圖Fig.1 Flow chart of Chengdao oilfield oil production platform

從硬件選型上，PCS和SIS的核心采用Rockwell Control-Logix 1756系列PLC[2]，PCS和SIS共用1套冗余1756-L61 CPU，I/O機架分開。PLC通過甚高頻通信電臺與中心平臺SCADA系統通訊，傳送實時數據并響應中心平臺發來的指令，實現采油平臺無人值守。ControlLogix系列PLC是Rockwell自動化多種型號控制器產品中功能最強的一個系列。提供順序控制、過程控制、傳動及運動控制的統一的控制平臺，并結合高速、靈活的通訊和功能強大的輸入輸出，代表了新一代控制系統的發展方向。

自動化測控系統在上層中心平臺設SCADA系統，系統采用Honeywell Experion PKS系統。PKS系統提供了一體化的系統基礎結構，它可以將安全系統、機組保護系統、CCTV視頻系統和巡檢系統等集成到一起。系統將PCS與SIS無縫集成，使用統一人機界面。

2 測控內容完善提升

埕島油田采油平臺主要包括油井、注水井、電加熱器和外輸管線等，采油方式為注水開采，油井采出液經加熱計量后外輸至中心平臺。工藝流程如圖1所示。

埕島油田采油平臺測控系統運行至今，平臺測控內容設置比較完善，表1為采油平臺各區域測控內容列表。

結合生產運行過程中積累的經驗和教訓，對已有測控內容進行分析后，從油井、注水井和產液量計量等3個方面對測控內容進行提升。

2.1 油井測控內容提升

埕島油田油井采用電潛泵舉升采油。主要包括采油樹、油井配電柜和井口控制盤等。采油樹是機采井用來開采石油的井口裝置，是油井上部的控制和調節油氣生產的主要設備。油井控制柜通常設于配電室，是專門用于電潛泵啟停、運行參數監測和電機保護的控制設備。井口控制盤是井下安全閥的地面控制設備。井口控制盤給井下安全閥加壓打開，泄壓關閥[3,4]。

1）井底流壓數據采集

油井井底流壓是生產過程中油井底部壓力，是反映油井供液能力的重要指標。埕島油田采用毛細鋼管測壓裝置對油井實行長期井底壓力監測。毛細鋼管測壓采用充滿氮氣的毛細管進行井下壓力傳輸，毛細鋼管底端接傳壓筒，井下壓力與毛細鋼管及傳壓筒中的氮氣壓力在傳壓筒中達到平衡。毛細鋼管另一端與地面的壓力傳感器相連，壓力數據傳輸至地面數據采集箱，完成井下氣柱壓力計算并將數據上傳。

[38]騰訊網：《中國成為柬埔寨第一大客源國》，http://zj.qq.com/a/20180201/008563.htm，2018年2月1日。

表1 埕島油田采油平臺測控內容列表Table 1 List of measurement and control contents of Chengdao oilfield oil production platform

2）電潛泵工況監測

電潛泵是海上油田生產的主要舉升方式，通過監測可以實時掌控電泵的運行工況，實時優化電泵運行，提升運行效率，及時發現異常及時處理，可有效延長檢泵周期，避免出現泵軸斷裂等事故。測控系統采集油井變頻控制柜參數，實現頻率檢測和遠程調節；采集油井控制柜電量，數據通過通信接口上傳。

2.2 注水井測控內容提升

海上平臺采用常規注水工藝開采，主要注水工藝流程為：中心平臺注水站→采油平臺→注水井口。

1）注水井套管壓力

注水井套壓實時監控，可及時發現封隔器的密封異常狀況。

2）注水井注水流量調節

對于注水流程配套單井流量測控裝置，可通過控制系統進行注水量的遠程調配。通過注水量遠程調配減少人員調整工作量，提高注水效果，并且可實時監測分析，及時發現生產異常。

2.3 計量方式提升

差壓式計量是通過油壓和回壓可計算出油嘴差壓，根據差壓和多相流、節流模型計算液量，同時根據電流、電壓確定泵效和電泵運行狀態，變化較大時可進行重新標定，這種方法改造方便易行，但誤差較大。自動分離器量油技術是把人工分離器兩用過程自動化，通過自動測定量油時間計算液量。這種技術改造工作量小，但需要有電動閥配合進行天然氣憋壓排液，單井液量測量時間長。旋流分離多相計量通過旋流分離進行氣液兩相分別計量，液量通過質量流量計計量（同時可以監測流體的含水與密度），天然氣通過旋進旋渦流量計進行計量。

目前這些技術在陸上油田均有較為成熟的應用，但在海上尚未有推廣應用。由于平臺空間小、流程布置緊湊以及海上生產安全環保要求高，對計量設備的技術性能與可靠性要求很高，因而首先選擇差壓法對油井進行試驗性自動產液量監測。當出現工況波動（如液量、電功率波動較大時）或其它情況，進行人工標定。

3 設置陸上指揮中心

采油平臺生產指揮中心設于中心平臺，在緊急情況下中心平臺撤下值班人員時，陸上無法對海上平臺實施有效監控。為滿足海上安全和生產需要，在陸上設置指揮中心。指揮中心是中心平臺的備份管控終端，實現采油平臺、中心平臺監控和陸上監控雙保險，實現在中心平臺撤人時的遠程監控。同時，在陸上指揮中心增加指揮調度、應急處置、統計分析與監督考核等輔助職能。

指揮中心功能模塊包括生產監控、報警預警、生產動態、調度運行、生產管理、應急處置6個基本功能模塊。

1）生產監控：以工藝流程監控為主要形式，輔助以視頻監控，實現對生產現場的實時遠程監視、操控。生產監控模塊的監控業務對象包括油井、平臺、電網等。

2）報警預警：實現對生產監控問題的確認、落實、跟蹤處理等環節的網上運轉和跨部門協同，提高問題處理效率，加強工作落實和考核，實現各類問題處理的全過程監控。

3）生產動態：按專業集成生產動態指標、設備運行信息，基于自動化數據和視頻資源進行現有功能數據源的轉換和功能提升，形成基層管理的班報、日報等基礎管理報表，實現最新的動態信息匯總和基礎資料電子化。

4）調度運行：分為人員動態、調度日志、生產會議、重點工作、產能運行、作業運行、管網運行、電網運行、拉油運行等具體功能，實現日常運行、重點業務運行的高效協同、規范運作管理。模塊需要基于現有系統功能進行一體化提升整合，主要是整合產能運行、作業運行、車輛管理等已有系統，增加自動化成果的應用，提升實時掌控能力。

5）生產管理：主要是日常生產技術管理方面的應用，分為采油、注水、集輸、開發4部分，對應地質、工藝、集輸等技術管理崗位。按專業分系統實現運行指標的統計、分析、預警預測及對策管理，基于自動化信息，增強分析、統計管理的實時性與有效性，同時增加相關技術管理流程的設置與信息化。

6）應急處置：負責對應急突發事件的指揮處理，包括應急預案管理、應急預警以及應急指揮。應急處理預案包括火災、爆炸、井噴、氣象災害、重大污染、危險化學品泄漏、放射性事件、安全事故、群體性事件等一系列應急處理預案。

4 結束語

海上平臺環境惡劣，自動化測控系統的可靠與安全尤為重要。通過對平臺測控系統和生產經驗綜合分析，提出了提升措施。現階段，已經對埕島油田部分海上平臺測控系統進行了提升改造，取得了良好的效果。