油田泵站自動控制系統的應用及發展

姜玉莉 李向軍 內蒙古交通職業學院 赤峰市林業局

油田泵站是油田集輸系統保證油氣輸送、傳遞、運輸的關鍵系統裝置，為油田油氣集輸提供動力和協調支持能力，為保證油田泵站生產的安全進行，特別是保證原油天然氣等的質量，對油田泵站操作和生產過程進行控制和監控十分重要。隨著油田生產規模的擴大，集輸處理量的不斷增加和技術系統的復雜化，泵站監測參數和監測難度加深，依靠傳統人工測量泵站監測參數和數據誤差較大，給油田生產和管理帶來困難。

1 自動控制系統特點

集輸泵站主要是將油井開采出的油、水、氣混合物進行收集、暫存、初步處理并輸送到指定的裝置或容器設備，其任務是收集油氣開采物，對油氣混合物進行分離和凈化等初步處理，再進行計量、輸送。整個生產過程涉及環節和內容多，過程操作復雜，只有通過自動化控制系統才能確保生產安全和原油質量。

自動控制系統具有可靠性高、可維護性高、智能化程度高、操作性強的特點，該系統以計算機技術為核心，采取上、下位機方式，利用多個計算機處理器進行控制系統的現場數據監控和處理。自動控制系統由工控機、控制軟件、控制器、芯片模板和I/O模塊等子系統組成，對油田泵站可以進行有效的自動化控制。油田泵站自動控制系統一般由兩個部分組成，一部分是作用于泵站生產現場的監測設備，主要用于泵站運行數據監測和傳輸；另一部分是遠程計算機監控和處理部分，主要是在遠程控制室對泵站運行數據進行觀察、處理、分析、判斷，以控制泵站運轉參數和情況。

2 系統應用

2.1 應用現狀

自動控制系統在我國油田泵站中的應用起步較晚，集輸泵站現場生產還是以人為控制、錄取參數等為主，因此自動控制技術應用還存在很多問題，同時由于油田企業對此認識不深或不重視導致其應用還存在一定缺陷。歸納出以下幾個問題：①缺乏自動控制系統設計規范和標準；②油田泵站自動控制技術缺乏信息共享；③泵站系統設備組成和功能不全；④泵站自動控制系統各項元件互通性差；⑤油田泵站操作技術落后。

2.2 系統組成與設計

根據我國當前油田泵站自動控制系統應用現狀和油田生產實際情況，對油田泵站自動控制系統進行設計，其主要由計算機監控系統、繼電保護系統、勵磁系統、直流系統和視頻監控系統等構成，如圖1所示。

圖1 油田泵站自動控制系統構成

圖1 中虛線左邊為計算機監控系統，通過系統工作站對泵站現地控制系統（LCU）進行實時監測和控制，以達到對泵站全部儀器設備的數據參數采集和實時監測控制；通過通訊服務設備對泵站監控系統以外的設備如保護系統、直流系統、勵磁系統等自動化設備的數據進行采取和分析控制，將信息參數同步傳遞到遠程中央控制室；通過管理終端可以看到泵站機組設備運轉情況和工況特征；通過參數監測和視頻監控系統可以將泵站現場信息、圖像實時傳輸到控制室，了解現場設備、人員等情況，以做出控制對策。

根據油田泵站的實際特征，采用集中式處理系統設計泵站自動化控制系統。集中式處理系統是指對泵站控制系統的各種功能，如現場數據采集、信息數據處理、通訊、人機互動等集中一體化完成。集中式泵站自動控制系統是通過數據采集系統對油田泵站系統運行過程和相關參數進行收集、處理、計算，根據數據分析結果對泵站運行過程進行自動化操作和控制。

該系統使用一臺服務器、多臺計算機進行監控和傳輸，通過一臺服務器對整個泵站運行進行控制，集中式泵站自動控制系統工作機理如圖2所示。集中式泵站自動控制系統中所有泵站操作、控制指令都要通過服務器處理發出，該系統處理全面、協調性高、數據耦合好。

圖2 油田泵站集中控制系統機理

根據油田泵站自動控制系統構成和集中式處理系統設計要求，對泵站計算機監控系統、繼電保護系統、勵磁系統、直流系統進行設計即完成整個泵站自動控制系統的設計研究。計算機監控系統按照油田泵站控制層、現地控制層、網絡及網絡接口的三層進行設計，泵站控制層由主控機和多臺計算機組成，是整個自動控制系統的核心，監控系統實現監測、控制和保護的功能。計算機繼電保護裝置是通過一臺計算機和具體軟件程序來實現保護，以此代替傳統的整流型和晶體管型繼電保護器，主要由信號輸入電路、單片機部分、人機接口部分、輸出通道部分、電源部分等硬件組成。計算機磁力系統設計采用同步發動機勵磁裝置，選擇優質勵磁功率單元和勵磁調節器。計算機直流系統裝設蓄電池組向控制負荷、動力負荷供電，完成泵站自動控制系統的直流電供應。

2.3 應用效果

油田泵站自動控制系統可以幫助工人及時對油氣開采現場分離器進行調整，幫助指揮人員隨時了解泵站生產工況并及時做出決策，幫助人員及時發現異常并進行解決以避免事故發生。由于氣候、環境和油氣開采等原因，分離器壓力也會波動較大，如果發現不及時容易導致跑油、竄氣、安全閥失效等事故，故需要自動控制系統進行實時監測、報警、判斷和控制。

某油田集輸泵站應用了自動控制系統，當操作人員在控制室計算機屏幕上發現某分離器報警，采油井液位從0.98 mm降低到0.64 mm，壓力也從0.29MPa降低到0.22MPa，第一時間通知人員到泵站現場進憲排查，發現是計量站的外輸管線出現穿孔導致來油量減少而出現報警。應用表明，該自動控制系統可以準確、及時地發現故障并給出對策，能夠避免因泄漏、污染等泵站故障造成的重大事故。

3 系統發展趨勢

油田泵站自動化控制系統的使用起步晚，面臨的問題多，在上述泵站自動控制系統研究與設計的基礎上，提出泵站自動控制系統的發展趨勢。主要體現以下幾個方面：

（1）對泵站自動化設備進一步更新和選型。泵站自動控制系統要進步就需要科學化的自動化設備進行支撐，自動化設備采用分層、分布式設計結構，由決策層、泵站管理層、遠程監控層、現場管理層四層進行控制，是未來泵站自動控制系統發展的關鍵。

（2）對泵站自動控制系統進一步規范化和標準化。自動控制系統元器件和設備生產廠家多，類型多，導致許多設備組裝投入使用時難以契合，特別是設備接口和接線等難以達到對監控信號的有效處理和傳輸，因此對泵站自動控制系統進行標準化勢在必行。

（3）采用的分層次數據處理系統逐步得到發展。泵站隨著油田企業的發展數量和規模逐步擴大，泵站自動控制系統涉及的設備、處理的數據、功能要求都得到較大提高，只有分層處理系統才能滿足自動化日益發展的需要。

（4）加強泵站自動控制專業技術人員的培訓。只有專業的技術人員才能更好地操縱油田泵站自動控制系統，主業人員要求具備泵站操作和管理知識、計算機知識、自動化知識以及應變能力，只有這樣才能促進泵站自動控制系統的發展。