RTU控制系統(tǒng)在牙哈凝析氣田井口上的應(yīng)用

翁乙友

(中國石油塔里木油田公司，新疆 庫爾勒 841000)

中國石油塔里木油田公司天然氣事業(yè)部牙哈凝析氣田是目前已投入開發(fā)的全國最大的整裝高壓凝析氣田，東西長70km，南北寬8km，具有氣藏壓力高且埋藏深的特點。目前牙哈凝析氣田有3個區(qū)塊相繼投入開發(fā)，現(xiàn)有采油氣井27口，但是早期由于考慮成本的原因，絕大部分單井只安裝了翼安全閥；后期開發(fā)的單井同時安裝了井下安全閥和翼安全閥。以前關(guān)井時，操作工必須到井口現(xiàn)場去操作，每年集氣站檢修都要花費很長的時間去現(xiàn)場關(guān)井；又考慮到如果現(xiàn)場出現(xiàn)緊急情況需要關(guān)井，操作工去現(xiàn)場關(guān)井花費大量的時間，容易造成不必要的損失。基于以上兩個原因，為了保證井口裝置的安全性和使用壽命[1]，公司組織技術(shù)人員在井口上安裝遠程終端控制系統(tǒng)(Remote Terminal Unit，RTU)，每個井口都采用獨立的MOSCAD程序模塊控制開關(guān)井操作。

1 RTU控制系統(tǒng)簡介①

RTU控制系統(tǒng)，具有通信距離較長、設(shè)計簡單、可靠和便于擴展的特點。現(xiàn)在該技術(shù)使用已經(jīng)相當(dāng)成熟，廣泛使用于各油田、水利及電力調(diào)度等行業(yè)[2]。牙哈凝析氣田井口上的RTU控制系統(tǒng)是由27口采油氣井和一臺上位機以星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，其中每口采油氣井上都由液壓傳動、電氣控制、觸摸屏界面操作、監(jiān)控系統(tǒng)、外接控制管線和井口檢測傳感元件6個部分組成。電氣控制部分主要由MOSCAD模塊內(nèi)部邏輯程序?qū)崿F(xiàn)對井下安全閥和翼安全閥的順序控制、開關(guān)延時控制、易熔塞防火保護回路、就地緊急關(guān)井及遠程緊急關(guān)井等多種功能。牙哈凝析氣田單井上所使用的MOSCAD控制系統(tǒng)程序根據(jù)單井上是否設(shè)有井下安全閥而略有所不同，但是在功能和設(shè)計原理上都是一樣的。觸摸屏界面操作用于現(xiàn)場操作工操作，監(jiān)控系統(tǒng)將井場的實時情況上傳至主控室。

1.1 液壓傳動控制原理

液壓傳動系統(tǒng)是由電動液壓泵和手動泵作為控制和驅(qū)動安全閥的源動力。泵的出口壓力約68.95GPa，從泵出來以后分流成為兩部分：一部分作為井下安全閥動作的動力；另一部分經(jīng)過減壓閥以后控制在41.37GPa左右。而后面這部分又分為3部分，部分經(jīng)過調(diào)壓閥將壓力降到827.40kPa左右，為井下安全閥、主安全閥和翼安全閥動作提供控制動力，至于何時提供控制動力、為哪個安全閥提供控制動力則由MOSCAD模塊的內(nèi)部邏輯程序決定；剩下兩部分分別為主安全閥和翼安全閥提供動力[3]。液壓傳動控制系統(tǒng)原理如圖1所示。

1.2 電氣控制原理

電氣控制系統(tǒng)中的MOSCAD控制模塊集成3個通信接口，每個通信接口又可以配置為RS485、RS232和以太網(wǎng)3種通信協(xié)議，與工業(yè)型光纖交換機相結(jié)合，可以方便快捷地接入遠程控制系統(tǒng)，將井口的井下安全閥壓力、翼安全閥壓力、油壓、套壓、回壓、閥前溫度、閥后溫度及現(xiàn)場是否有報警信息等參數(shù)，通過通信電纜傳送到主控室上位機，以實現(xiàn)主控室操作人員的遠程監(jiān)控。MOSCAD控制模塊通過程序自動實現(xiàn)順序開井、關(guān)井的邏輯功能，實現(xiàn)系統(tǒng)過壓保護、壓力自動補

圖1 液壓傳動控制原理

償功能和低油位報警控制功能[4]。RTU控制系統(tǒng)的控制邏輯中的任何一個條件成立都會導(dǎo)致關(guān)井，即：遠程關(guān)井信號、就地關(guān)井信號、油箱液位報警、易容塞報警、回壓高報警、在未屏蔽低壓報警的情況下回壓低報。

如果是開井，那么以上所有條件全部排除才能動作。當(dāng)然如果在屏蔽低壓報警的情況下，即使回壓低報也可以強制開井，這主要是考慮到每年的檢修結(jié)束后，管線內(nèi)的壓力為零(壓力為零會導(dǎo)致回壓低報警)井口在投產(chǎn)時使用的。

2 RTU控制系統(tǒng)特點

RTU控制系統(tǒng)是以MOSCAD模塊為核心的一個邏輯控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在牙哈凝析氣田井口上的運用特點如下：

a. 將井口采集的油壓、套壓、回壓、溫度及報警等數(shù)據(jù)發(fā)送到主控室，避免了操作人員去每口井上抄錄數(shù)據(jù)，減少了操作工的工作量；

b. 在井場停電的狀態(tài)下，采用UPS持續(xù)供電(3h以上)，UPS在供電的同時向主控室發(fā)出報警，提示操作人員井場供電故障；

c. 如果井口發(fā)生火災(zāi)，易熔塞會因為高溫而融化，易熔塞壓力就會突然降低，最終導(dǎo)致關(guān)閉井下安全閥和翼安全閥，防止井口的進一步破壞；

d. 如果是在主控室操作遠程關(guān)井，那么至少要等5min以后才能開井；

e. 在主控室即可關(guān)閉所有的采油氣井，這在每年的檢修時避免了操作工到每口井去操作，當(dāng)然該系統(tǒng)也可關(guān)閉指定的某口單井；

f. 從安全方面考慮，在MOSCAD模塊中做了一個突發(fā)程序，即假如某一口井的某個數(shù)據(jù)突然產(chǎn)生變化并且變化達到一定的程度時就將該井?dāng)?shù)據(jù)及時更新，如果超出了設(shè)定范圍內(nèi)的值，將及時產(chǎn)生報警信息；

g. 在開井的過程中，最先打開的是井下安全閥，1min后再開啟翼安全閥，防止井下安全閥前后壓力不平衡導(dǎo)致翼安全閥不能開啟，最終導(dǎo)致開井失敗；

h. 該系統(tǒng)中還設(shè)有對現(xiàn)場井口的視頻監(jiān)控，操作工在主控室就能監(jiān)視現(xiàn)場27口井的實時情況，及時發(fā)現(xiàn)井口是否存在安全隱患。

3 結(jié)束語

為解決關(guān)閉所有的單井時間太長和在突發(fā)情況下關(guān)井難的問題，中國石油塔里木油田公司天然氣事業(yè)部牙哈凝析氣田投用了RTU控制系統(tǒng)，保障了井口安全平穩(wěn)的生產(chǎn)。自控制系統(tǒng)投用以來，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，至今未出現(xiàn)故障導(dǎo)致事故。