基于現場經驗的場站無人值守階段特征研究

李鵬,曾路,張喻鵬,汪春華,唐平安

(中國石油塔里木油田分公司,新疆 庫爾勒 841000)

隨著油田自動化程度不斷提高,場站無人值守改造廣泛被應用于試采點、集輸點以及油氣井的場站和聯合站,但是目前由場站無人值守在西北地區的油田,由于分布面積大,人員維修時間長等特點,長期處于概念階段,未有效實施,且實施過程及不同階段所遇問題并沒有一個系統地總結和借鑒,難以形成合理的理論依據。早在2006年關永晉[1]通過PLC網絡控制空壓機運行實現無人值守,提出了自動化水平的提升無人值守是一個鮮明的發展趨勢,而后2008沐峻丞等人[2]通過試點,對新疆油田某區塊進行了注汽站無人值守巡檢模式的嘗試,這是西北地區最早的探索,為后續實施提供了一定的基礎。2023年李秉軍[3]等人從工藝參數控制、監控平臺、自動化儀表管理等措施入手,明確了無人值守的具體方面,為塔里木油田無人值守提供了一定的經驗,但是由于環境以及油品性質的不同,具體的無人值守階段特點并沒有明確的借鑒[4-6],因此結合塔里木油田某采油氣管理區具體實施無人值守改造過程,通過數據總結和分析,系統總結了西北地區井站一體化的無人值守階段特點,為后續智能油田發展提供一定的借鑒和理論依據。

1 井站一體化無人值守改造的過程

在不斷的產能開發過程中,新老地面建設呈現出兩極分化的局面,新裝置自動控制程度高,具備完善的聯鎖應急流程,舊裝置自動化程度低,工藝控制主要依托機械式調節設備,應急依靠人員反應控制與現場拉油,沒有應急流程,急需進行改造以達到無人值守條件,以實現少人高效的運行模式。為全面推行無人值守,管理區形成了從設計到生產運行的全流程標準化建設模式,兼顧產能建設與舊裝置改造,使得無人值守快速推進。

1.1 處理能力分析

在無人值守之前,首先需要對場站的處理能力進行分析,根據主要設備處理能力與臺數,計算場站的外輸油與外輸氣的處理能力,并通過模擬流體流速,計算管輸能力。最后通過目前產量配比與具體實際情況,對場站進行適應性分析。以某轉油站為例,場站中主要設備有分離器、外輸泵、壓縮機,具體的參數見表1。

表1 某場站設備設施參數

通過與研究院協同計算,具體的參數如下表2所示。

表2 模擬計算場站適應分析

通過表2,對場站的處理能力進行分析,可以通過增加分離器或者外輸泵數量的方法解決場站的處理能力的不足,或者通過集輸復線增加管網的技術能力,以此實現流程工藝上滿足無人值守的硬性要求。

1.2 場站設備無人值守功能完善

根據場站不同設備設施類別,前期工作需要完善各設備設施的功能以滿足無人值守要求,通過分析形成表3。

表3 無人值守站場各設備功能

1.3 老舊裝置改造

針對已建老舊試采點、中小型站場,無人值守改造工作采用“先試點、后推廣”的思路。試點由改造難度最小,生產運行最平穩的井站開展,試點改造完成,試運行平穩后開始逐步推廣。全面分析有人值守的中小型場站和井場的運行現狀,從每條工藝流程、每項日常操作、每個運行環節進行梳理,查找實現無人值守的制約因素并一一消除。

1)優化工藝流程,完善應急響應系統。如圖1對計轉站分離器氣相自力式調節閥、液相機械式液位調節閥進行改造,更換為電動調節閥,氣路現場壓力表更換為遠傳壓力表,與氣相調節閥進行聯鎖控制,現場磁翻板液位計增加磁致伸縮液位計,與液相調節閥進行聯鎖控制。完善緊急泄放流程,實現分離器氣路調壓放空,壓力平穩泄放,分離器油路設置應急流程及電動調節閥,實現調節泄放。

圖1 生產分離器無人值守改造示意圖

2)試采井利用就近集輸干線優先實施集輸生產,不具備集輸條件的,同樣對可靠性不高的機械式控制設備進行改造,增加事故罐提高事故儲油能力,延長應急響應時間。

3)試采井安裝RTU和無線傳輸設備,采集單井壓力、溫度、液位等生產數據,實現在集中監控點實時監控生產數據(圖2)。在采油樹生產翼安裝緊急切斷閥,回壓異常時實現三級聯鎖關井,保護地面生產流程。火炬區安裝紫外線探測器,實時監控火炬狀態,實現火炬熄滅報警,防止火炬熄滅后天然氣和硫化氫逸散傷人。

圖2 改造后區域控制中心畫面

4)優化視頻監控系統,實現生產裝置“可視化”。計轉站通過加裝攝像頭,調整已安裝攝像頭的位置,實現廠區主要裝置區,外輸油泵、外輸水泵關鍵動設備監控覆蓋,消除監控盲區,實現設備運行狀態遠程“可視”。在計轉站門口增加語音廣播系統(圖3),實現外來人員異常闖入或現場應急處置時可以遠程指揮。

圖3 含硫場站視頻全覆蓋+進場語音提示

通過工藝流程、自控系統、視頻監控系統和人機界面四方面優化,消除無人值守的所有“硬件”制約點,做好無人值守的基礎支撐。

2 無人值守階段特征

2.1 無人值守改造初期階段特征

無人值守階段初期,由于自控儀表和閥門的質量和精度問題,仍舊出現了人員上站,頻繁處理液位、壓力異常等情況,主要集中在分離器液位遠傳與現場相差較遠、外輸泵異常停泵等,同時由于人員大幅減少,前期綜合培訓較少,導致員工到新崗位難以適應等問題,具體的問題見表4。

表4 無人值守站場各設備功能

以上特征進行總結即前期自動化儀表由于質量等問題,導致部分數據存在失真等情況,占所有故障超過83%,同時由于人工值守時,未考慮到泵體振動、溫度檢測等問題,導致外輸泵出現異常停泵造成泵損傷,且由于監屏崗位工作量增加,導致部分工作存在疏漏,原值守人員由于時間問題,導致對新崗位不熟悉,能力不達標造成短時間人員聚集等情況。

2.2 無人值守改造中、后期階段特征

無人值守中、后期主要對初期暴露的問題進行整改,該階段主要對自控儀表進行更換,同時對人員巡檢制度等進行完善,下面進行詳細措施進行總結。

2.2.1 集中監控中心

監控中心需有復合型操作監屏崗對轄區井站數據及視頻進行24 h不間斷監屏。監屏崗負責整個采油作業區DCS參數監控+趨勢分析、視頻監控+異常上報、報警記錄+診斷處置,同時開展視頻抓違章、配合現場進行測試調試及操作運行等工作。

2.2.2 報表優化

無人值守片區井站巡檢報表按照巡檢頻次設置,原每日巡檢內容數據并入監控中心監屏崗日常報表中,無人值守片區單井遠程監屏數據至少每天記錄一次,無人值守站場遠程監屏數據至少每班記錄一次。

2.2.3 巡檢頻次優化

無人值守單井工藝巡檢頻次1次/周。自動化、電力巡檢頻次1次/月,無人值守站場工藝巡檢頻次1次/d。自動化、電力巡檢頻次1次/周。

2.2.4 儀表測試要求

聯鎖測試周期按照《油氣開發部基層作業單元聯鎖管理細則》執行。單井緊急切斷閥測試每季度1次,站場聯鎖每年開展一次。

該階段人員急劇減少、制度不斷完善,場站成本不斷降低,到那時需要對自控儀表進行優選,不斷更換穩定可靠的儀表和閥門。

2.3 無人值守改造中、后期階段特征

無人值守后期尤其要注意以下4類問題:

1)氣相聯鎖控制失效導致憋壓刺漏,這需要巡檢時關注參與聯鎖儀表的完好性,氣相壓力是否控制穩定同時避免氣相各路閥門之后閥門管道狀態異常,放空管線(夏季每周、冬季隔天)進行一次吹掃保證后路暢通。

2)液相聯鎖控制失效導致火炬跑油對于這一類問題可以通過加強巡檢保證新增對比磁致伸縮液位計液位準確,設立窄幅報警值。

3)開井時站內流程異常,開井時應專人值守,負責進行流程確認后再開井,新井開井管理人員必須在場,老井開井承包商管理人員必須在場。

4)參與聯鎖儀表失效導致無法控制,這需要主控室監屏人員需認真對各項參數進行監控,按照要求進行記錄,加裝聯鎖儀表前置對比監控儀表,發現異常報警及時上報,人員第一時間到達現場處置。

3 無人值守效果驗證

無人值守經過前期的問題梳理和排查,到中后期儀表閥門的更換,不斷完善無人值守后的制度完善,在塔里木油田取得了較好的效果,表5是某場站無人值守效果。

表5 實施無人值守后效果分析

無人值守后,人員數量減少一半, 由于自動化儀表質量和閥門質量提高異常處置次數明顯減少,人員成本和維護成本約減少150萬元,做到了較為明顯的降本增效。

4 結論

1)無人值守前期主要存在自動化儀表和閥門的困擾,需要不斷優化選型,完善設備參數監控。

2)無人值守后期對原有站內值班人員調整為其他崗位后,需要及時進行培訓,以達到取得集輸崗證件和采油崗證件,滿足場站巡檢和單井巡檢的復合工作需要。

3)無人值守效果是顯著的,在此過程中不斷對產品質量優化選型,并減少綜合維護成本,對智能化油田建設是一級的促進作用。