油田自動化儀表的應用與維護

孫海瑞

摘要：隨著油田數字化建設的不斷深入，大量自動化、智能化程度高的儀表設備廣泛應用于油田生產中，滿足了油田生產、開發的需求，確保了生產現場前端數據采集的準確性、提高了生產過程的可控度、降低了生產人員勞動強度，使油田生產、開發發生質的飛躍。文中對油田自動化儀表的應用與維護進行了探討，具有一定借鑒意義。

關鍵詞：自動化儀表；應用；維護

1 油田自動化儀表概況

隨著信息技術的發展，油田大力倡導數字化建設。數字化是將各種信號及信息轉換為數字或數據，然后將這些數據信息建立數字化模型，轉換成二進制代碼，導入計算機內部，進行統一處理。數字化具有集成、定量、智能等特點，用數據說話，聽數據指揮，充分利用計算機網絡技術、自動控制技術、數據交換技術、數據共享技術、視頻處理技術、智能分析技術等，實現對生產過程的準確判斷及控制，優化生產工藝流程，提高生產自動化程度，降低生產人員的勞動強度。

在油田生產過中，在地面過程建設中大量采用自動化控制技術和裝備，實現對生產過程的自動化控制，代替生產操作人員的勞動，提升自動化控制水平，降低生產人員勞動強度。在油田自動化儀表系統中，使用變送器采集生產過程中溫度、壓力、流量、液位等參數，為生產數據網絡提高前端數據。整個自動化系統組成包括自動測量系統、自動信號系統、自動保護系統、自動調節系統。其中，自動調節系統和自動保護系統有DCS來實現，DCS是分散控制系統，該系統利用計算機技術，通訊技術、控制技術，圖形技術等，實現對生產過程 的控制和管理，并且能夠實現人機交換，在油田自動化生產中應用廣泛。

2 DCS控制系統

2.1 DCS 系統功能

（1）可實現對整個工藝流程實時監測動態模擬。DCS 系統可對現有的數據信息進行分析，并結合實時監測的情況對其進行模擬，進而將采油過程中可能發生的情況更為直觀的呈現在技術人員面前，以此促使其能夠及時為采油工作做好準備。

（2）所有數據的采集與存儲以及實時趨勢曲線描述。使用 DCS 控制系統，可讓數據的采集與分析更為簡便，其所使用的實時趨勢曲線對于數據的分析與整理具有一定幫助，使技術人員能夠一目了然，避免了操作與實際不符的情況。

（3）自動定時對班報表、日報表、月報表以及年報表的打印輸出。早期的自動儀表控制系統需要人工手動進行報表打印與輸出，不僅增加了工作時間，同時也無法達到相對良好的工作效果，進一步增加了采油工作的基本成本，不利于對成本的控制。

（4）超限報警以對報警信號的匯總、存儲、報警報表打印輸出。超限報警是保護采油安全的一種有效措施，傳統的報警方式不僅不夠安全，在報警延遲上也有一定的問題，而 DCS 控制系統的超限報警更為完善，可在第一時間進行報警信號的存儲與輸出，在較大程度上提升了采油工作的安全性。

2.2 操作站

操作站是DCS系統實現人機交換的平臺，其功能主要包括：以不同形式顯示各種生產過程變量，允許操作人員干預生產過程；存儲各種生產過程變量的歷史數據，可以對各種數據進行處理；顯示和打印各種關鍵信息；自主編制各種用戶顯示界面，靈活調用各種顯示信息；編制各種數據表格形式，打印輸出各種數據表格；監測各儀表設備工作狀態，裝載各控制管理軟件；對通訊線路上的各種設備進行組態，將組態結果裝載到各對應設備；實現系統的自我診斷。DCS系統具有傳統控制儀表所不具備的巨大優勢，在油田得到廣泛應用。

2.3 中央控制

系統 DCS 子站通過通信總線接入中央控制室的 DCS 系統，在中央控制室可顯示系統 DCS 子站的實時數據庫、流程與儀表檢測點圖形實時顯示、趨勢報表等系統數據的生成和下裝，完成對子站系統自診斷和系統數據的列表和后備，DCS 運行用 Windows7 操作系統。同時中央控制室的工程師站可對下一級的 DCS 子站進行系統組態、下裝，在授權的情況下，可對 DCS 子站進行在線或離線修改，為中央控制室值班長等管理人員進行系統運行情況、制定決策提供數據，從而對設備、人員優化管理，實現過程的優化和動態綜合自動化管理。

2.4 通訊方式

DCS系統子站與中央控制室主系統通過通信總線雙絞線或光纜接人，通信總線為雙冗余采用子站總線通信的方式有明顯的優點，可減少電纜布線在具體實施中，根據操作要求，設計成以下幾種形式：①DCS子站由遠程I/O組成，設有操作員站，信號用總線傳送至中央控制室的DCS系統；②DCS子站由遠程I/O與PLC相銜接的方式組成；③設計中也有嘗試用現場總線儀表，以節省電纜光纜安裝工程量；④攝像監視系統單獨成系統，也可設計成攝像進人DCS成為畫中畫的兼容系統在具體過程設計中，一般用FF總線、Profibus總線，鑒于從成熟的角度考慮，設計中以Profibus總線為首選，Profibus用令牌傳遞，多主站協議，持有令牌的站可輪詢其他站。

3 自動化儀表系統存在的問題

自動化儀表雖然相比于傳統儀表具有相對較多的優勢，但仍存在一定的問題。

主要的問題首先是系統功能過多，大部分不實用，難以在采油過程中發揮作用。同時在監測站點的設置方面，也存在著一定的問題，專業功能性不強，無法為采油企業提高經濟效益。其次在社會效益方面，也不能夠發揮出較為良好的效果。在多數的使用過程中，自動化儀表過于依賴實際情況，導致智能儀表在環境相對惡劣的情況下容易出現信息不準及故障的情況。最后是專業人員的缺失與設備維護難度過大，相對而言維護成本也不斷增加，給設備的正常使用與采油工作帶來一定的影響。

4 自動化儀表的維護

由于設備常年在地表下受到不同程度的腐蝕，對器件都有一定的損傷，所以要加強日常的保養。在日常維護過程中主要是觀察及更換測試信號燈，對老化的線路及受損的元件及時更換，以免影響正常工作。在更換測試信號燈時，要注意不是任何信號燈都可以安裝到此儀表設備上，因為在高溫高壓的環境下，一般的信號測試燈不易承受，即便安裝好以后，在自動化儀表正常工作過程中，甚至有時使用不到1 h就會炸裂。目前信號測試燈都是采用耐高溫、耐高壓的材料制作，并且在燈泡內充入了惰性氣體 — —氖氣，其化學性質穩定，不易發生爆炸等現象。

在對老化的線路更換時，也要注意以下幾點原則：首先，設備本身的功率較大，對纜線的粗細程度有一定的要求，過細的線纜不僅會燒焦本身絕緣膠皮，而且引帶的電流較小，不能支撐設備的功率，使儀表發出“嗡嗡”的聲響，這對設備的損壞最大；其次，較粗的纜線提供的功率遠遠大于儀表正常工作時的功率，所以纜線的功率務必要選擇好；最后，是對零部件的更換，對于一般的零部件而言，只要掌握好技術參數，在數控車床上進行相應的加工便可得到。但是在這里面也包含了許多小細節，其中之一就是零部件的材質。需要耐酸堿的材質時，就不能用簡單的鐵、鋁等制做，需要用到合金。合金的最大優點就是多種金屬混雜在一起，兼容了多方材質的優點。

5 結束語

自動化儀表技術發展技術較快，在多個油田的開采過程中發揮出了較大作用，是油田開采中必不可少的基礎設施。但由于受技術使用較為繁瑣及維護成本過高等因素影響，導致自動化儀表技術的發展受到制約，難以進行推廣與應用，對于實現數字化油田產生了不利影響，所以需在后期使用過程中不斷進行探索，將自動化儀表技術進行優化與完善，進而為油田開采行業的數字化發展奠定堅實的基礎。

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（作者單位：大慶油田采油三廠第二油礦）