無人值守集氣站油氣計量方法優化

謝堯 劉武 劉黎明 趙軍 中國石油塔里木油田分公司

無人值守集氣站油氣計量方法優化

謝堯 劉武 劉黎明 趙軍 中國石油塔里木油田分公司

某氣田群6座集氣站設有計量分離器對單井油氣進行輪換計量，計量分離器氣相和液相分別通過PID調節操作電動調節閥，控制分離器的壓力和液位。由于單井來液波動大及RTU處理運算能力較弱，液位調節輸出波動較大，導致液相調節閥頻繁動作，調節閥閥桿和止推軸承磨損嚴重，嚴重影響了計量分離器安全運行。由PID調節改為分段調節后，有效控制了分離器液位，確保了單井計量正常，計量數據錄取準確、可靠；節省了操作成本，年節約維護費用50余萬元；降低了維修人員勞動強度，每年可以節約人工1 400工時；為延長電動閥等磨損及故障率較高的設備使用周期提供了一個較好的解決思路。

計量分離器；液位；PID調節；分段調節；計量

1 問題的提出

某氣田群6座集氣站設有計量分離器對單井油氣進行輪換計量，計量分離器氣相和液相分別通過PID調節操作電動調節閥，控制分離器的壓力（工作壓力13～14 MPa）和液位[1]。在實際生產過程中，單井來液造成分離器液位波動較大，RTU系統PID調節性能較弱，調節輸出波動大，液相調節動作頻繁，調節閥止推軸承和閥桿磨損嚴重。調節閥經常出現動作不靈、卡阻情況，并出現計量分離器液相串氣、氣相帶液較多、分離器壓力超高等問題，集氣站距離作業區較遠且為無人值守站場，嚴重影響了安全運行。

針對上述情況，對計量分離器液位控制方式進行優化。

2 方案討論與實施

2.1 分段調節、PID調節比較

分段調節相比PID調節各有優勢與不足：優勢主要體現在PID調節根據液位變化實時調整輸出[2]，實現液位平穩控制；但電動調節閥根據PID調節輸出實時動作，動作幅度較大，動作頻次較高，閥門磨損較大。分段調節可使輸出保持穩定，電動調節閥一段時間內維持固定開度，可顯著減少閥門磨損。由于液位分段調節非實時調節，液位波動略大，而合理設定液位分段值及閥門開度值可實現液位相對穩定。

2.2 液位分段

集氣站計量分離器為氣液兩相分離，單井來凝析氣通過計量分離器分離成氣、液兩相，經計量后氣、液兩相匯在一起進行混輸。由此可以看出，計量分離器對液位控制要求不高，結合分離器實際運行參數，初步確定液位控制在30%～50%之間，每5%設為一控制段，共分5段控制。液位高高為50%，高為45%，正常為40%，低為35%，低低為30%，相應的電動調節閥開度值由分段液位值和調節閥開度值對照表給出，見表1。

分離器液位液位＞50% 44%＜液位＜46% 39%＜液位＜41% 34%＜液位＜36% 30%＜液位調節閥開度/% 100 40 15 5 0

考慮到單井產量差異影響，調節閥開度與分段液位值不能完全對應，為確保液位控制滿足要求以及盡可能減小調節閥動作頻次，分段液位值及調節閥開度值均可根據需要實時調整。

2.3 RTU程序組態

為保留計量分離器精準控制液位的功能，RTU程序組態時保留PID調節模塊[3]，增加分段調節模塊，并增設選擇模塊實現PID調節和分段調節的選擇切換。另外在編寫調節閥開度與分段液位值對應程序時，考慮到液位可能在某一設定值來回波動，造成電動調節閥隨之頻繁動作的情況，采用液位設定值上下各1%的區間液位進行選擇判斷。

2.4 操作面板組態

為方便、快捷選擇液位調節方式，調整液位設定值及閥門開度值，根據RTU程序組態功能，在主控室操作站的操作畫面增加相應的操作面板。操作面板有自動、手動選擇功能（自動代表PID調節，手動代表分段調節），液位設定值及閥門開度值修改調整功能，確保模式切換及參數調整靈活、方便、簡單、快捷。

3 效果評價

3.1 液位及閥門動作頻次對比

通過在某集氣站進行液位控制優化試驗，計量分離器液位控制方式改為分段調節后，相比之前的PID調節，在8 h內閥門動作幅度及頻次顯著減少。系統動作幅度由之前的0～100%減少為20%～40%，動作頻次由之前的100多次減少為10次左右，雖然液位波動略有增加，但液位控制滿足現場生產運行要求。

3.2 閥門故障率對比

計量分離器液位采用PID調節方式時，6個集氣站液相電動調節閥出現動作不靈、卡阻等故障大約為2次/周，每季度約為24次；改為分段調節后,從4月至今超過3個季度時間電動調節閥未出現卡阻故障，統計結果見圖1。

圖1 閥門故障統計

3.3 計量精度影響

同一口單井通過PID調節計量與通過分段式調節計量比較，基本沒有誤差，見表2。

表2 PID調節與分段調節計量結果比較

3.4 不足與改進

在多井選井計量過程中，大部分單井計量時液位控制及電動調節閥動作幅度及頻次均滿足要求，但個別產液量較少的單井計量時出現閥門開大、關小較為頻繁現象，如圖2左側所示。通過觀察閥門動作曲線得知，出現該現象的原因為閥門開度值設定不合理，在調整閥門開度設定值后動作頻次滿足要求，如圖2右側所示。因此在選擇計量產量差異較大的單井時，需相應修改閥門開度設定值。

4 結論

計量分離器液位分段調節在某集氣站成功應用后，作業區已將液位分段調節推廣應用到其他5個集氣站，且效果良好。由PID調節改為分段調節后，一是有效控制了分離器液位，確保了分離器及集氣站安全運行，若需更精確控制分離器液位，可增加液位分段值；二是確保了單井計量正常，計量數據錄取準確、可靠；三是節省了操作成本，初步估算，年節約維護費用50余萬元；四是降低了維修人員勞動強度，每年可以節約人工1 400工時；五是為延長電動閥等磨損及故障率較高的設備的使用周期提供了一個較好的解決思路，可推廣應用到類似油氣計量場合，同時可為類似裝置的方案設計提供參考。

圖2 個別產液量較少單井計量時閥門動作曲線

[1]楊功偉，白波，楊士偉．單井產氣量計量方法探討[J]．油氣田地面工程，2001，20（3）：31-33.

[2]陶永華，尹怡欣，葛蘆生．新型PID控制及其應用[M]．北京：機械工業出版社，1998.

[3]王洪舉．控制系統在油田計量站的應用[J]．油氣田地面工程，2008，27（11）：1-4.

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.1.038