油田管輸交接計量系統的設計與應用

管桐 韓丹 王啟波 張德彬 李迎輝 高珊

1華北油田公司工程技術研究院

2冀東油田陸上油田作業區

3中國石油新疆油田分公司百口泉采油廠

4冀東油田開發技術公司

華北油田冀中區塊原油交接點多達40 余座，目前原油交接點主要采用體積計量的流量計配玻璃密度浮計的計量方式，計量過程全人工操作，采集原油計量體積、原油交接溫度、輸油壓力，人工取樣并化驗原油密度和含水率，從而計算出純油量，最后交接計量人員手工填寫報表。這種計量方式工作效率低，所需人員多，數據實時性差，已不能滿足油田地面系統優化簡化、減員增效的需求。

隨著油田數字化的發展及油氣生產物聯網在華北油田的推廣，油田生產管理方式已由傳統經營模式向數字化管理模式轉變，應用信息化技術、大數據技術、“互聯網+”技術已成為油田發展的趨勢[1-4]。為提高原油交接的實時性和準確度，提升原油交接管理效率，建立了一套全自動原油管輸交接計量系統。該系統集成了含水在線分析技術、密度在線計算技術、交接計量報表自動生成等功能，從而構建數字化油田新業態、新模式，實現了數據自動采集、實時計算、多級存儲，油氣生產、集輸的統一監管和少人無人值守，達到了減員增效的目的[5-6]。

1 系統概述

油田管輸交接計量系統總體架構為四部分，分別是數據采集端、數據處理端、數據傳輸端與服務器端（圖1）。

圖1 系統總體架構Fig.1 Overall system architecture

（1）數據采集端主要為各類計量設備，包括精度為±0.1%的雙轉子流量計、精度為±0.5%射頻式含水在線分析儀、科里奧利密度計、壓力變送器、溫度變送器，負責實時采集混合液的體積、含水、密度、壓力、溫度等參數。

（2）數據處理端主要包括計量單元及上位機。計量單元包括PLC、顯示屏等組件，負責收集各計量設備的數據并計算純油量，計量單元通過RS485端口將數據上傳至上位機。在上位機上部署Intouch 組態軟件及SQL Server 關系型數據庫，用Intouch 來展示原油交接計量流程及參數，并將這些參數實時存儲到本地數據庫。現場人員可登陸網頁“油田管輸交接計量系統”進行數據核對、報表錄入等工作。報表生成后，交接計量數據直接存儲到服務器端的數據庫中。

（3）數據傳輸端是根據各采油廠油氣生產物聯網的建設現狀，采用油田局域網進行傳輸，各個站點通過光纜通信的方式將數據傳輸到油田大數據中心的服務器端。

（4）服務器位于油田大數據中心，在服務器上部署B/S 架構的“油田管輸交接計量系統”，實現上級領導和其他各個機關處室能夠監測和管理原油交接計量數據信息。

2 自動交接計量流程

該系統以計量單元為基礎，利用雙轉子流量計、含水在線分析儀、密度計、溫度及壓力變送器，測量來液的體積流量、含水、混液工況下密度、溫度及壓力，并將各數據傳輸到計量單元中。計量單元根據GB/T 1885—1998《石油計量表》將混液工密轉換為混液標況下密度，手動輸入人工化驗的純油、純水的密度值，通過計量單元計算來液中的油、水比例和純油量（圖2）。

圖2 管輸自動交接計量流程Fig.2 Automatic custody transfer metering process of pipeline transportation

目前各交接站點管輸交接來液為處理后的凈化油，含水率為±1%，采用射頻式含水在線分析儀測量含水率，考慮到溫度、壓力等因素對含水率的影響，對影響含水率的偏差進行補償，提高含水測量準確度。流量計計量算法是基于GB/T 1885—1998《石油計量表（原油部分）》和GB/T 9109.5—2017《石油和液體石油產品動態計量（第5 部分：油量計算）》構建的[7-8]，并采用基本誤差法進行數據修正，即流量計運行期間，如果其誤差在允許的基本誤差（±0.2%）限內，則流量計系數MF 視同為1.000 0，即不對流量計示值誤差進行修正，所計量的油品體積量經溫度、壓力及扣除含水等修正后的數量即為貿易雙方認可的交接數量。

現場相關儀表設備數據自動上傳，取消人工錄入，每10 s 采集一次，每1 min 刷新一次，實現數據的實時監測、報警、報表的自動生成。

3 系統功能設計

3.1 軟件架構

系統基于B/S架構進行開發，即瀏覽器/服務器結構，采用數據訪問層、業務邏輯層及數據展示層3種模型進行系統的架構設計與開發，在網頁端進行計量數據的展示及分析。該系統部署在局域網中，通過Web 服務提供數據的雙向傳送，軟件架構如圖3所示。

圖3 軟件架構Fig.3 Software architecture

后臺采用Spring Boot框架，利用面向切面編程進行聲明式的事務管理，整合多種持久化技術管理數據，并通過創建業務層接口API與前臺進行數據請求與響應，以Jason的數據格式來展示[9-10]。設計了預留接口，基于松耦合架構可輕松實現后期功能擴展、數據共享等功能，數據共享可提供Jason 格式、XML 格式等不同形式接口，具體按需求定制。前端采用的是Vue+ElementUI 的管理框架，動態路由，權限驗證，提煉了典型的業務模型，能夠提供豐富的功能組件，快速搭建產品原型。

3.2 功能設計

油田管輸交接計量系統（圖4）主要有4 個功能模塊，分別是數據采集、數據查詢、計量分析、系統管理。

圖4 系統功能模塊Fig.4 System function modules

（1）數據采集模塊主要實時顯示計量單元收集的各類計量設備的數據，包括含水率、混合液體積流量、混合液工況下的密度、混合液標況（20℃）下的密度、集輸溫度、集輸壓力、班累計純油質量流量、日累計純油質量流量等。

（2）數據查詢模塊。現場工作人員、廠內管理人員及公司領導可通過該模塊自選起止時間進行數據查詢，可按起止時間查詢華北油田各交接點的含水率、累計純油量、溫度、壓力等歷史數據，支持數據列表視圖，并可保存或下載到本地。

（3）計量分析模塊分為外輸交接日報、計量憑證、曲線分析、原油計算器四個部分。外輸交接日報模塊支持按時間段查詢并導出，計量憑證模塊具有上傳電子簽章、選擇和顯示功能。曲線分析模塊主要包括對人工化驗與自動交接測的含水率對比曲線、密度對比曲線、日累計純油量對比曲線，現場工作人員、廠內管理人員及公司領導可選擇日期，對各類曲線進行查看。原油計算器模塊可對手動輸入的體積、含水率、密度等參數進行計算，得到純油量。

（4）系統管理模塊主要包括人員權限管理、數據應急恢復、站點管理三部分。人員權限管理模塊分為管理員、計量人員、石化人員三個級別，根據不同的工作量賦予不同的軟件操作權限。針對計量數據可能被意外刪除或沒有存儲等情況，增加了數據應急恢復功能模塊，可選擇時間恢復計量數據。站點管理模塊分為作業區信息管理、交接點信息管理、原油交接計量參數、計量參數修改日志、修訂儀表底數五個部分。

4 應用效果分析

目前油田管輸交接計量系統在華北油田8個廠際交接點現場安裝應用，主要分布在廊坊、霸州、任丘與河間等工區，歷時6個月的調試，系統正式上線。雙轉子流量計、含水在線分析儀、密度計、溫度變送器、壓力變送器安裝在主管線上，在含水分析儀前端加裝除氣包，消除來液中游離的氣體。各計量設備采集的數據通過光纜傳輸到計量單元中，計量單元位于機柜間，計量單元處理后的數據通過485端口上傳至上位機。

對XX站2020—2021年自動交接系統與人工化驗計量純油量的數據進行對比分析，數據顯示自動交接系統與人工化驗計量純油量相差272.18 t，相對誤差為0.28%，符合貿易交接要求。通過該系統的現場應用，真正實現了油田管輸交接數據的采集、存儲、傳輸全過程自動化和集中調控，目前8個站點已實現了交接計量無人值守，減少計量交接人員21 人，節約了人工成本，降低了勞動強度，推動了油田地面系統的優化簡化，提升了原油交接管理水平。

5 結束語

通過對油田管輸交接計量系統的現場應用，表明該系統能夠實現管輸原油的自動交接計量，計量精度可滿足貿易交接要求，取消了人工化驗含水流程，極大地減輕了計量人員的勞動強度。該系統的設計與應用，實現了油田管輸交接計量數據采集、存儲、傳輸全過程自動化和集中監控，提升了交接計量的工作效率。