淺談自控儀表在數字化油田中的應用與維護

石尚坤

（大慶油田信息技術公司生產安全環保部，黑龍江 大慶 163453）

1 背景

隨著油氣生產物聯網技術的不斷發展，數字化油田進程隨之加速推進。成千上萬的自控儀表裝置在油田范圍內廣泛應用，正在逐步取代人工手動、簡單機械控制等傳統模式，為向“數字油田-智能油田-智慧油田”發展奠定基礎，為油田企業精準采收、降本增效、推進數字化建設等方面發揮著突出作用。

2 工作原理及工作過程

由于自控裝置應用需求量大，產品種類繁多，這里以流量自動控制裝置為例對其工作原理及維護做系統分析。流量自動控制裝置是機電一體化的技術產品，它集流量計、流量閥及控制器三部分于一體，通過流量計設定的流量值，由控制器控制流量閥的開度，自動實現24h流量控制。由于它結構簡單、操作方便、控制精度高的特性被廣泛應用到油田數字化建設中。

2.1 流量自動控制裝置工作原理

流量自動控制裝置是利用水流沖擊閥芯與機芯內的葉輪，葉輪旋轉與傳感發訊器感應，使傳感器發出與流量成正比的電訊號，流量電訊號通過導線送入控制模塊，經過轉換傳到顯示面板和指揮數據中心。當被測介質流過時，沖擊葉輪旋轉，在一定的流量范圍內，葉輪的轉速與流量成正比，葉輪的轉動使葉片依次接近處于殼體上的傳感器，是通過線圈的磁通量發生變化而產生與流量成正比的脈沖信號，此信號經過數據處理后分別顯示出累計流量和瞬時流量值。在使用過程中，用戶通過按鍵設定流量值，控制器把瞬時流量值和設定值進行比較。若該差值大于瞬時流量穩定度，控制器就會發出指令，驅動電機正旋或反旋來調節閥門，使瞬時流量值接近或等于設定值。

流量自動控制裝置由流量傳感器單元、流量調節機枃（構？請與作者確認）單元和智能控制單元三部分組成。流量傳感器單元是流體通過葉輪裝置產生脈沖信號，傳遞到控制單元，它的特點是壽命長、抗干擾能力強。流量調節機枃（構？請與作者確認）單元主要指電機主板控制器，它根據指令對產生的數據流量進行顯示和控制。電機主板控制器可以根據用戶控制邏輯發出指令，驅動電機正旋或反旋來控制閥門打開大小，達到需要控制的流量大小。智能控制單元包括流量采集、流量控制、電機控制、顯示設置。最里層電路板對應通信模塊，中間層為數據采集模塊，外層顯示板連接液晶屏可以調節控制流量大小。其結構簡圖如圖1所示。

圖1

2.2 工作過程

流量自動控制裝置的使用面板上有指示燈。指示燈亮表示220V電源接通，表明流量自動控制裝置的交流部分工作正常。在瞬時流量設定后，調節閥按照設定量進行調節，如果設定量大于瞬時流量，進行打開閥門（正旋）調節，當控制閥開到極限時，瞬時流量仍小于設定流量，指示燈開始閃動，且控制閥停止調節，進入這種狀態，可能是用戶系統壓力與井下壓力差過小，無法注入。

當設定量小于瞬時流量，進行關閉閥門（反旋）調節，當控制閥位于關閉位置時，瞬時流量仍大于設定流量，指示燈閃動，且控制閥停止調節，進入這種狀態，表明調節閥故障。管道內無流量通過時，自控裝置處于保護狀態，停止調節；自控裝置處于調節時，禁止手動調節，使控制閥處于工作范圍之內。

3 運維經驗及操作規程

自動控制裝置在油田生產單位大量使用過程中經常出現自動化儀表故障問題,造成采集數據不準確或采集數據無法上傳到指揮中心。由于自動化儀表控制過程中出現的故障現象比較復雜,能否及時正確判斷和解決問題直接關系到油氣生產的安全與穩定。

3.1 儀器儀表的維護

在儀表維護前，要確保220V總電源斷開，保證儀表和操作員安全性。電機控制板在電機槽內，由于板卡位置要求，電源線需從控制板側面開口方向布線，由于高溫、腐蝕等原因防止電源線接觸殼體，防止觸電或電路短路。智能控制單元顯示板上有8組接線柱，1、2為電機正轉，3、4為電機反轉，5、6為測試控制信號單元。判斷電機是否正常工作，可以通過短接跳線的方式來分析。

如果流量表沒有顯示，首先，查看電源正負極是否對應，供電電源是否工作；其次，查看接地線是否接地良好。當指揮中心監測到溫度值與儀表顯示值不同時，檢查網絡連接及組態軟件狀態。當儀表無數據顯示時，檢查儀表密封性，法蘭固定螺栓是否松動，套管口是否擰緊，是否有漏氣現象。儀表有溫度顯示，但遠端沒有數據，檢查電源線和網絡連接情況。

由于室內溫度過高，要經常檢查防爆軟管和儀表電源線接電是否有老化、腐蝕現象，針對老化線路及時進行整改，避免管內電纜損壞。

在日常運維過程中，需要定期檢查接地和屏蔽情況，消除外界干擾，查看周圍是否有新裝電磁設備。同時，日常維護需要對密閉性檢查，差壓元件兩側法蘭固定螺栓是否有松動、漏氣現象，溫度、壓力供電和信號電纜是否有破損。溫度探頭的保護套管兩端是否擰緊，有無破損。

在檢修、更換儀表前要觀察進水管和回水管閥門是否處于開啟狀態，如果閥門處于開啟狀態要保證閥門可以調節。更換閥芯首先緩慢擰開泄壓螺絲，觀察泄壓螺絲出水壓力是否霧狀噴出，如果出水為噴射狀，必須停止繼續開啟泄壓螺絲；防止高溫、高壓水流造成人員及設備損害；如果出水為噴霧狀或者水滴形式，確定出水為斷續水線后，方可繼續施工作業。

3.2 維護注意事項和安全措施

需要更換閥體、閥芯前，必須由值班負責人現場執行關停流量計兩端閥門工作，維修班人員不得擅自對閥門進行關停操作，防止違規操作導致閥門損壞。由于管內是高溫、高壓液體，必須在確保閥門完全關閉，旁通閥門開啟情況下進行下一步作業。防止停止摻水后導致出現凝管等油氣生產事故。另外，需注意有些閥門使用周期比較長，長時間沒有調節閥門會產生閥門銹死，無法轉動閥門螺栓的情況。在轉動螺栓時需注意開合方向，不能用力過大，使閥門無法閉合，發生故障。

閥芯由于長時間摻水，水中摻有大量雜質，造成閥芯閥體發生氧化。更換閥芯、電機、傳動總軸承等設備必須先把電源斷電，待安裝好后，觀察電機倉沒有漏水后才能通電，防止電機或主板因漏水產生短路，燒毀設備。手動操作電機驅動裝置時也必須切斷外接電源，防止自動設置產生對向作用，使得電機損毀。

更換時注意閥體狀態，如果發生氧化閥體緊固于總軸承，松動閥體時不要破壞閥體本身。輕觸閥體周邊，然后用平口螺絲刀緩慢用力，直到閥芯松動，不可大力使用外力撬動閥體。閥芯老化、堵塞，產生的原因是水流長期做功，控制單元設置水流大小后，基本水流速度不變，閥門無調節作用造成芯管氧化，產生堵塞。為此，定期加注黃油可以減少氧化。定期改變流量參數，可以減少腐蝕現象發生。

4 維護成本分析

受氣溫環境因素影響，油田數字化自動化儀表消耗、損壞、維護成本要大于其他地區。儀器儀表更換周期也比正常使用年限提前。根據統計儀表的使用周期普遍提前為2~3年。以大慶油田第九采油廠龍西小隊為例，站內儀器自控化儀表共計132塊，目前約有60%的儀表需要更換或維修，物資采購成本每塊表12000元左右，更換成本費用大約為96萬元。通過對儀器儀表的拆解分析，我們把自動化儀表分為可維修部分和不可維修部分，可維修部分通過自主維修可為公司節省成本60余萬元。油田各采油廠、礦大隊使用儀表上百萬套，信息技術公司承攬的自動化儀表運維數量將會逐步增加，通過對自控儀表的有效維護和技術維修可以極大地節約采購成本。