油田儀表自動化中的儀表選擇探討

王巨鵬

摘要：在經濟和科學技術日益發展的大環境下，不同的行業都在全球化的趨勢下尋找新的商機和迎接新的挑戰，在快速發展的各種新技術之中，儀表自動化技術成為了一支先行軍，它在我國的油田數字化、自動化領域內得到了廣泛的應用，它以其自動化、數字化的精準特性，為我國的油田提供了安全生產、高效產出的依據，成為了我國油田發展中有力的技術支撐，本文重點論述在我國油田環境中自動化儀表的選擇，為油田的信息化、自動化、數字化提供理論支持。

關鍵詞：油田 儀表選擇 自動化 數字化

伴隨著油田開采裝備及設施的不斷更新與改造，在自動化、數字化先進技術的引領下，我國的油田開采已經在向信息化、自動化、數字化的趨勢發展，它充分利用自動化儀表及傳感技術、網絡自動化技術、圖形控制技術、集散控制技術等，對油田的運行狀態進行流量、溫度、壓力等參數的測量與控制，通過網絡技術手段，以及自動化儀表數據顯示，對油田的生產狀態進行數據采集和處理，實現安全、可控的自動化管理。

1 儀器儀表的范圍及其作用

在我國的工業化經濟特點日益顯著的環境下，作為生產運行所用的儀器儀表是重要的設備之一，它的設計和選擇是具有經濟價值的技術性工作，尤其在監視油氣水井的生產，監控油氣水的處理過程，保證油田作業的安全性、提升油田產品質量方面，具有不可估量的重要意義，我們在儀器儀表選型的過程中，要明晰儀器儀表的不同工作原理和工作范圍，并對儀器儀表的誤差進行分析，以提高儀器儀表的精確度和可靠度。

儀器儀表由于其性能和工作方式的不同，因而在其使用范圍內也有不同的型號和原理，其精準度、適用范圍和計量參數均有較大差異，它的工作范圍是指在生產應用中能夠承載的最大強度和最小強度；其測量范圍是指儀器儀表測量的上限和下限之間的絕對值，在這個空間內的幅度變化會有效提高儀器儀表的精準度，提高儀器儀表的使用效率。

2 油田儀器儀表自動化系統現狀概述

伴隨著我國油田生產作業過程中智能化、自動化的儀表裝備的加入，我國油氣田生產的聯合站、接轉站及井組的現場儀表測量更加精準，減輕了人工作業強度，實現了精細化管理，進行網絡傳輸的油田作業生產參數采集及控制，使生產作業人員足不出戶，即可對油田生產作業現場狀況了如指掌。

儀表自動化系統涵蓋測量系統、信號系統、聯鎖保護系統和調節系統，這些系統都是由DCS（即分散控制系統）來完成的，它與網絡技術相互結合，進行遠程監控，下達生產調控指令，安全指導生產作業。具體步驟是：將油田作業生產線的接轉站、聯合站的溫度、流量、壓力、液位等參數數據，借助于自動化儀器儀表設備，進行精準的測量，并上傳到自動網絡監控系統中，通過數字化的數據讀取與轉換，進行指揮控制操作。這個自動化儀器儀表控制系統可以自動分析和判斷管道的泄露情況，并確定泄露點、通知系統操作人員進行處理，避免安全事故，這有益于前端自動化儀表的精準測量，是DCS控制系統與GPRS網絡的有機結合。

3 儀器儀表的誤差控制及選擇原則

儀器儀表的誤差以三種形態而存在，即：絕對誤差、相對誤差和傳導誤差。由于油田的作業環境一般來說，都較為復雜，它要受到來自外部環境和內部因素的不同影響，這些都會導致儀器儀表的工作誤差，這種儀器儀表的誤差是無法避免的，但是它卻是可控的，首先在對儀器儀表的選擇上，必須依循其使用范圍，這樣不致出現太大的偏差，使儀器儀表在規定值之內，進行正常的工作和運轉，保證精確度和可靠性。

在對儀器儀表的誤差進行可控性的調整之下，還必須依循以下原則進行儀器儀表的選擇：

3.1 經濟有效性和高精度的選擇原則

在油田作業環境中，為了保證安全生產、降低生產成本，都必須在儀器儀表的精確測量和計量基礎下，進行測量數據參數的處理，因而，對儀器儀表的精度選擇原則，是油田作業環境的要求，也是工業生產過程的要求。但是，另一方面，我們還要考慮到，在精度提高的同時，也增加了儀器儀表的高成本費用，因而，要從經濟和技術的雙重層面進行綜合分析，以達到經濟性和準確性兼顧的目標。

3.2 安全可靠性的選擇原則

在油田作業過程中，其經濟效益主要來自于生產運行過程的全程化和持續化狀態，任何故障維修和診斷都對油田作業造成影響或損失，因此，為了保證油田作業的效率，需要對儀器儀表進行安全可靠的首選，在其安全可靠值較高的環境下，可以較大地提升企業的經濟效益；而安全可靠值較低的儀器儀表，則會由于其可靠性能低而花費較高的維修費用和經濟損失。由上可知，儀器儀表的選擇，必須是在安全可靠的前提下，選取的經濟實用的選擇。

4 油田作業過程中自動化儀表系統的儀表選擇分析

4.1 溫度測量儀器儀表

在油田作業的自動化進程中，溫度是重要的參考因素，而最早的溫度測量儀表，是意大利人伽利略創造的一種測量物體冷熱程度的工業自動化儀表，是一種沒有刻度的指示器。它有熱電阻溫度儀表、熱電偶溫度儀表、膨脹式溫度儀表和輻射式溫度儀表幾類，它們的工作原理各不相同，熱電阻溫度儀表是利用導體電阻隨溫度變化的特性，進行低溫的自動化和遠距離測量；熱電偶溫度儀表是利用熱電效應來進行溫度測量的，這種熱電效應與導體材料和結點溫度相關；膨脹式溫度儀表是利用物體遇熱膨脹的原理進行溫度計量的，它與液體汽化和凝固溫度有直接的關系；而輻射式溫度儀表可以用于900℃以上的高溫，它是在熱能轉化為輻射能的基礎上，進行溫度的測量。

在油田作業環境中，就地指示的溫度儀表，主要是選擇金屬溫度儀表，并通過自動化裝置，將其溫度控制在-80℃和零上500℃之間，精度為1.0-1.5級。對于-8℃ 以下的低溫介質或者無法進行準確接觸性測量的情況，則可以選擇低溫壓力溫度計，并進行相應型號的選擇。另外，油田作業過程中的溫度儀表安裝，也要在選擇之后的又一關鍵步驟，在儀表易受介質沖擊的環境下，要采取必要的防彎曲措施，并使儀器的感溫面與被測介質表面進行牢固的對接。

4.2 壓力測量儀器儀表

在油田儀表自動化系統中，壓力測量儀表是和溫度測量儀器儀表具有同等重要意義的儀表，它對于油田作業的自動化過程同樣也有誤差的考慮因素，對于壓力狀態不同的介質，為了最大化地減少誤差，獲得精準的測量，要選取不同的型號的壓力測量儀表。例如：一些粘度較高的原油，要選用隔膜式的壓力儀表，或者采用彈簧管壓力表，它們都具有1.5-2.5的精度等級；一些以標準信號輸出的壓力儀表，要考慮選用相應的壓力變送器，對于固體顆粒狀的腐蝕性介質，則要選擇法蘭膜片式壓力變送器；對于具有激烈振動的介質，則可以選用數字壓力變送器。

4.3 流量計量儀器儀表

在油田作業生產過程中，油井的產液量計量在有分離器生產的方式下，采用人工玻璃管進行計量的方式，通過手動控制液面，以調節閥來實現操作的。在接轉站、聯合站原油液量的計量采用渦街流量計、雙轉子流量計等計量方式；而輕質原油在其粘度小于5mps的情況下，要選用渦輪流量計儀表。污水、注入水的流量計量采用渦輪流量計、電磁流量計等計量方式計量。這些流量計量儀表在安裝的過程中要注意清理，才能進行準確度的保護與控制。

油田作業環境下，流量計量測量系統的檢測元件、一次儀表和顯示、記錄等要進行恰當的配置。如果配置得當，則可以節約大量加重材料的費用，因此，對流量計量儀表進行不同粘度、不同密度性能參數的改變，在自動化控制系統的處理中，可以為我國油田解決材料浪費的問題。

4.4 液位測量儀器儀表

被測介質的性質是選擇“就地液位”指示儀器儀表的重要依據，在實際的油田作業過程中，被測的介質性質有不同種類：輕質油、原油、地下水池、污油池、易液化的介質等，一般來說，玻璃板液位儀表適用于輕質油；原油適用于浮球液位計；地下水池適用于“頂裝式浮球液位計”或深度計；污油池適用于電容液位計；摻入乙二醇水溶液的隔離容器適用于易液化的介質。

由上可以看出，用于油田作業生產中的液位測量儀表，是有不同的分類和應用選擇的，這里主要介紹“浮球式液位計”、“壓變式液位計”、“差壓式液位計”。首先，“浮球式液位計”儀表是利用力平衡原理進行測量的，其計量誤差為：±2cm（絕對誤差），但是這種儀表具有進液穩定性較差的缺點，在需要在容器上開孔安裝檢測存在較大難度。其次，“壓變式液位計”在油田生產中主要用于測量開口容器內的液面高度，如：污水罐等，在被測介質是純油或純水的情況下，測量精度較高，但也存在一定誤差。最后，還有“差壓式液位計”，它在油田作業生產中適用于測量密閉容器內的液位，具有檢測量程范圍大、精度高、不受介質壓力和溫度的影響的優點。

4.5 用于油田作業生產的分析儀表選擇

眾所周知，原油具有不同的密度，其密度的測量也是油田作業過程中的一個重要考慮因素，我們也要根據生產實際情況進行密度計的不同選擇。一般情況下，主要選擇振動式密度計；對于污水的分析，則要依據其含量進行分析儀表的選擇，通常可以選擇水中溶解氧分析儀表，用于生產過程中的連續性測量。

5 結束語

在科技和工業技術不斷發展的環境下，我國的油田建設程度越來越高，油田自動化儀表的選擇也越來越科學和合理，為了更好地推動我國油田自動化、數字化、智能化的建設，油田自動化儀表的選擇具有降低產品成本、減少消耗、提升經濟效益的重要作用。總之，自動化、數字化的油田建設離不開自動化儀器儀表的選擇和應用，只有在精心操控和維護的自動化儀表操作中，才能實現前端油田作業參數的精準測量，實現生產數據的自動化采集和處理控制，排除油田作業中的生產漏洞，體現出自動化儀表的功能和價值。

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