基于數字化油田生產中自動化儀表的選擇應用分析

隋 溢

（大慶油田自動化儀表有限公司，黑龍江大慶 163000）

1 數字化油田與自動化儀表概述

1.1 數字化油田

要將石油企業的生產過程進行數字化，必須將數據庫與信息系統整合起來，充分利用其作用，提高石油企業的經營水平。與此同時，采用自動化系統實現對油田的實時監測，提高巡視檢查的頻率，使油田生產中出現的安全問題可以得到及時檢測，實現設備的安全、穩定、高效運行。在數字化油田生產管理中，實現對石油企業的集中控制和管理，統一和協調了石油企業的生產計劃，在此基礎上，進一步完善了系統的數字化管理系統，提高了系統的自動化程度，實現了系統的平穩運行。數字化管理中的數據采集階段，是指在生產現場，通過與之相關的數據采集設備來進行，要做好對設備的維護工作，做到能夠對數據進行及時有效收集。在此基礎上，利用計算機技術將現場的各項信息及現場的監控信息傳送到中央控制平臺，由中央控制平臺完成整個過程的監控與管理。利用該軟件來對油田的運行狀況進行綜合評價，以便于對油田的安全進行實時監測和監控[1]。

1.2 自動化儀表

自動化儀表由多個自動化部件構成，它最大的優點就是可以對其進行準確的測量和記錄，當出現突發事件時，還能自動發送警報，通知相關人員。自動化儀表可以看作是一個信息傳輸設備，其初始形式是一個工業儀表，隨著自動化技術的發展，其與工業儀表的融合，最終形成了今天的自動化儀表。除此之外，該儀表自身的抗干擾能力也很強，不會受到其他數據組的影響，該項發出后，就可以進行下一項數據的記錄，精度也相對較高。油田數字化的建設過程，有著嚴格的石油產量的計算要求，可以反映出建設質量的高低，通過自動化儀器可以準確地計算出輸出，滿足使用的需要。在采油設備中應用了自動化儀表，實現了采油設備的自動化，減少了采油人員的數量，提高了采油效率，從而更好地進行了精細化管理，對油田業務生產參數進行了采集與控制，使工作人員可以對油田現場的生產狀況進行及時了解。

在儀表自動化系統中，測量系統、信號系統、互鎖保護系統、調整系統等都是不可或缺的環節，它們都要經過DCS 系統來運行，DCS 系統與網絡技術相結合，能夠對生產指令進行控制，并對工作進行指導。在油田操作流水線中，使用自動化儀表精確地對轉換站和聯合站的溫度、流量、壓力等參數進行檢測，并通過網絡技術將采集到的數據進行二次轉換，對管道的滲漏狀況進行判斷，從而確定滲漏的位置，確保了作業的安全性。當前，自動化系統主要是由 DCS 控制系統構成的，DCS 控制系統擁有顯著的應用優點，它的技術成熟、可快速運行，并可以與現代網絡融合，最終實現對整個生產過程的掌控。

2 油田生產中自動化儀表的選用原則

在油田生產過程中，所使用的儀器儀表自身也是有誤差的，但是一般情況下，它們以絕對誤差、相對誤差和傳導誤差為代表。因為油田的生產環境不同，它除了受到外界環境的干擾之外，還受到其自身因素的限制，這些因素都會對儀器儀表工作的穩定性產生影響，從而導致其難免會產生一些偏差。因此，為了解決以上所出現的問題，就必須在對儀器儀表的選擇上慎重考慮，并按照有關的原理和方法進行合理的選擇[2]。

2.1 精確性和經濟性兼顧原則

就油田的生產來說，它的整體流程都是相當復雜的，需要對油田的存儲、開采和生產運行情況有一個全面的認識，并對其進行有效的分析，從而制定出最適合的開發計劃，并且需要對生產工藝進行持續的優化，并對裝備的操作參數進行調整，就會影響到油田的產量和生產的安全。所以，在進行自動化儀器選擇時，要將其精確度作為首要的考量因素，并將其與油田生產自身情況、計量的環境、介質特性及精度需求等因素相結合，進而選擇出能夠在此條件下準確計量儀表的方法。然而，當所選擇的儀器都具有相同的精度級別時，就要對它們的經濟成本進行考量，然后從中挑選出既能兼顧到經濟性又能兼顧到技術要求的儀器，將成本高、功能豐富且不滿足油田生產和管理需要的儀器排除。

2.2 安全性和可靠性兼顧原則

加強安全生產是國家在努力推動的一種措施，也是所有企業在進行生產經營時都要嚴格遵循的一條原則，包括油田的安全。因此，在選用自動控制儀器時，不僅要看它的優良性能，而且要看它的安全性。總的來說，有些新開發的儀器和裝置，因為沒有經過長時間的實踐檢驗，對它們的應用仍有一定的安全隱患。隨著信息技術的迅速發展，老的自動化儀器儀表設備逐漸被淘汰，新的儀器儀表設備不斷出現，但是在選擇自動化儀表時，如果所采用的技術可以達到對特定參數的測量要求，在這些儀表中，應優先選取經過長期驗證的、安全耐用的儀表，并且按照儀表安裝說明和規定進行適當的安裝，并對管道內有無異物和焊渣進行并清理，以為儀表的正常測量奠定基礎。

3 數字化油田中自動化儀表應用

3.1 常用自動化儀表

壓力儀表。石油作為日常的一種重要能源，由于其開發具有一定的風險性，所以在建立數字油田時，若不留意壓力的變動，極易引發安全事故。壓力儀表的使用應該是按次序進行的，這就要求操作者必須對整個次序的過程非常了解，并且要嚴格遵守次序，以免發生安全事故，造成人身和財產的損害。在應用時，首先要測定應用周圍的溫度，以免應用的溫度太高而影響到它的正常運行。壓力計要經常保養，并要對故障進行及時排除和維修。用壓力計準確地測定出水壓，當水壓超標時及時發出警報。有關單位要根據它們的應用規定，配備專業的操作員，對他們進行嚴格的訓練。

溫度儀表。在數字化油田的建設中，具備自動化溫度測量儀表的應用是必不可少的，對所采集的原油進行實時的測量，對油的采集有非常準確的溫度需求，通常需要在300～1 800℃，如果不能很好地進行有效的控制，就會導致一些安全事故發生。為了達到精確測定的目的，必須利用溫度計來確保采礦過程中的溫度變化。對運行過程中的溫度變化進行了詳細記錄，以便對運行過程中發生的意外情況進行防范。

3.2 DCS控制系統的應用

（1）現場數據收集與監控系統部分。在油田生產中，對現場進行大量的數據資料和信息資料的搜集，并利用監控系統的功能對這些資料進行綜合，從而達到對整個油田開采過程中資料的把握，從而提高油田開采的品質和效率。

（2）監控中心。在DCS 系統中，監控中心是最重要的一環，它的監控信息主要包括流量、液位、采油溫度等。在采集了這些數據之后，將它們進行了后續的整合，并傳輸到中控服務器，服務器會對這些信息展開分析和歸類，根據這些信息的內容和分類，再將它們發送到相應的工作人員手中，從而提高采油質量、效率和安全性。油田生產中由于各種因素的作用，常會造成系統中的信息丟失。因此，在控制系統的布設作過程中，技術人員要對采油分解有一個完整的認識，并對其進行計算，并在此基礎上建立一個傳輸服務器，以此來實現對每個管道內真實狀況的掌控，以便及時發現問題并解決問題，最終實現安全穩定輸油。傳統的人工儀器存在著操作不穩定、受各種制約等問題，與數字油田的發展格格不入。為此，需要大力發展和普及自動測量技術。但是，在某些邊遠的油田，由于生產過程中存在著不能適時完善和改進的問題，需要加強生產過程中的各種儀器設備的應用[3]。

3.3 中央控制室與子站接入

3.3.1 中央控制室

在運行時，中央控制室與站間的通信，需要用傳送訊號來建立。在中心控制室內，DCS 可以設定對應的分臺，對各分臺進行數據錄入，并對各分臺的工作情況用圖表形式進行匯總。DCS 采用視窗控制，工程師可以對DCS 進行升級和優化。在得到許可后，根據現場的具體狀況，及時地對該系統進行升級，確保其應用的有效性。

3.3.2 DCS系統的具體功能

DCS 系統包括4個功能：①實現對油田的動態監測；②對收集到的資料進行綜合分析，并將綜合分析的結果用一張曲線圖表示出來；③各種類型的報告都能根據需要進行時間設置并產生；④在生產過程中，能夠在生產過程中實時監測到各項指標，當超過設定值時會有預警，便于讀取、打印分析結果。DCS 具體功能如下：在第一種功能中，DCS 能夠對各種復雜的資料進行分類辨識，并且能夠根據具體的工作情況進行實時監控與評價。一旦室外的設備發生異常，工作人員就能及時準確地找到設備的位置，并針對具體的條件進行維修。第二種功能確保了DCS 系統的正常運轉，使數據的處理變得更加簡單，可以用一種詳細的形式來展示重要的數據，讓工作人員能夠對每個工作環節中所生成的有關數據進行實時監測，同時也可以將收集到的資料進行匯總，幫助工作人員更快更準地做出判斷。第三個功能就是能夠精確地完成工作，產生多種說明，員工能夠透過其自身的資訊科技設備來查閱資料，并得出所需說明。在日常自動化作業中，很難完成這樣的輸出宣告，工人們需要手工聯系打印機進行打印，這樣既浪費了大量的人力，又浪費了大量的生產成本。第四種功能是實時監視系統，遇到突發狀況，可以將其和預警功能直接聯系起來，由工作人員來判定是否出現了問題。與以往的報警系統比較，它的功能更加強大，速度更快，能夠保證各個程序的安全性和平順性。

4 自動化儀表應用中維護與故障處理

4.1 強化儀表設備檢修

在使用自動儀表時，經常會遇到各種問題，嚴重影響到油田的正常生產。所以，要對這些問題進行周期性的檢修，找出問題所在，減少這些問題的發生。維修人員要承擔起自己的職責，對油田中的自動化儀表定期展開全面檢測，確保在發生故障時可以及時解決，減少對油田工作的干擾，使儀表能夠在正常的工作狀態下保持良好的靈敏度和準確性，以達到數字化油田的生產效率。

4.2 制定排污處理方案

在使用自動儀表時，應充分掌握儀表的基礎狀況及工作條件，以免因使用錯誤的方式而引起儀器的失效。另外，當儀表工作結束后，操作人員應立即執行污水處理，并應制定詳盡的污水處理計劃。當采用自動儀表測量時，由于油污和灰塵等雜質的存在，會使計量的準確性受到很大的影響，有時還會引起重大的事故。因此，要嚴格按照排污計劃表對自動化儀表進行排污，在制定排污方案時，要按照儀表的工作條件和工作環境來進行，制定后要確保執行，并保持儀表的運行能力。

4.3 定期檢修儀表

為了減少儀表在運行中的失效概率，確保儀表的正常運行，提高儀表使用能效。在對儀表進行維修保養時，要注意對一次部件進行檢修，要對其具體的保溫伴熱狀況等進行詳細的了解，特別是在低溫的環境下，這是一個需要進行的主要維修的項目，可防止在較低溫度的條件下，因部件結冰而使儀表不能正常工作。

5 油田數字化建設愿景

5.1 數字化階段

在此期間，一套新的系統被應用于有線與無線的技術，可以控制與維護來自傳感器的部分數據。這個系統可以跟一個專業的數據庫和平臺連接起來，利用底層傳感器層的儀器，來收集各種數據指標，包括指標圖、電流圖等信息，之后再由網絡傳輸到數據平臺上，對其進行組織和存儲，并結合各油井、場址的過去生產資料和目前生產狀況加以分析。維護工作資料，方便員工查閱資料，資料分析等。整合了大量的基礎數據，將各應用數據連接起來，形成一個完整的資料整合平臺，逐步改進這個進階的資料，逐步提高它的品質和范圍，方便使用者使用，對所掌握的資料進行判斷和分析，達到精確的運作[4]。

5.2 可視化程度

在此階段，技術人員已完成了數位化和高級資料整合，并形成了良好的技術支撐基礎。運用先進可視化技術，可以對油田視頻數據和警報的周邊進行實時監測。之后，運用智能化的人臉識別等圖像分析技術，并與語音報警功能及呼叫語音報警功能相結合，極大降低了油井現場偷盜事件及安全事故的發生。

5.3 智能化建設

在這個時代，數字油田的發展已超越了物聯網技術的范疇，它與智能化技術的有機融合，實現了對海量信息的分析與處理。舉例來說，采集指數表能知道有沒有足夠的液體，在皮帶發生斷裂后，配置平臺還能發出警告，讓有關人員能及時進行遠程操控。進而實現油田的智能開采、生產和經營的智能化建設。

6 結束語

隨著我國石油行業的發展，油田生產的自動化程度不斷提高，對各種自動儀表的選擇與應用也提出更高的要求。遵循精度與經濟性兼顧、安全性與可靠性兼顧等兩個方面的原則，科學合理地選擇自動化儀表，既可以使油田生產工作的效率得到明顯提高，又可以減少由于儀表選用錯誤而造成的不必要的損失，從而使油田企業的經濟效益得到更大的提高。因此，在構建數字化油田時，要根據油田的實際情況，對儀器儀表設備進行更新，而不是一味地去采用新的技術，只有這樣，才能在石油開采的各個環節達到精確的測量效果，從而達到自動化生產的要求。