埕島油田采油平臺測控系統(tǒng)提升淺析

邢增亮

（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營 257026）

埕島油田位于黃河三角洲前緣、渤海灣南岸的極淺海域，水深范圍3m～20m，是中國第一個“300萬噸級”淺海油田。埕島油田經(jīng)過20年開發(fā)，形成了以“衛(wèi)星平臺——中心平臺——陸地聯(lián)合站”為主，以油輪“蜜蜂采油”開發(fā)方式為補(bǔ)充的產(chǎn)能建設(shè)模式。為適應(yīng)這種開發(fā)方式，自控專業(yè)配套建成了海上自動化測控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了海上采油平臺無人值守的生產(chǎn)模式。

1 采油平臺測控系統(tǒng)PLC標(biāo)準(zhǔn)化

為適應(yīng)工藝流程測控要求，達(dá)到無人值守生產(chǎn)，采油平臺設(shè)置自動化測控系統(tǒng)。測控系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集測控內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)工藝流程的監(jiān)測和控制。埕島油田采油平臺自動化測控系統(tǒng)PLC主要有Rockwell和Siemens兩種，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不盡相同。為提高系統(tǒng)可靠性和通用性，降低操作人員學(xué)習(xí)成本，采油平臺測控系統(tǒng)PLC進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。測控系統(tǒng)PLC采用安全性和可靠性高的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用國際知名廠商PLC產(chǎn)品。

從結(jié)構(gòu)上，采油平臺測控系統(tǒng)分為過程控制系統(tǒng)（PCS）和安全儀表系統(tǒng)（SIS）。PCS系統(tǒng)完成工藝過程的測量和控制，保障工藝系統(tǒng)可靠、平穩(wěn)地運(yùn)行；SIS系統(tǒng)分為緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD）和火氣系統(tǒng)（FGS）。ESD系統(tǒng)完成工藝系統(tǒng)的緊急關(guān)斷，F(xiàn)GS系統(tǒng)完成可燃?xì)怏w泄漏和室外火災(zāi)探測[1]，保障生產(chǎn)和生活的安全。

圖1 埕島油田采油平臺流程圖Fig.1 Flow chart of Chengdao oilfield oil production platform

從硬件選型上，PCS和SIS的核心采用Rockwell Control-Logix 1756系列PLC[2]，PCS和SIS共用1套冗余1756-L61 CPU，I/O機(jī)架分開。PLC通過甚高頻通信電臺與中心平臺SCADA系統(tǒng)通訊，傳送實(shí)時數(shù)據(jù)并響應(yīng)中心平臺發(fā)來的指令，實(shí)現(xiàn)采油平臺無人值守。ControlLogix系列PLC是Rockwell自動化多種型號控制器產(chǎn)品中功能最強(qiáng)的一個系列。提供順序控制、過程控制、傳動及運(yùn)動控制的統(tǒng)一的控制平臺，并結(jié)合高速、靈活的通訊和功能強(qiáng)大的輸入輸出，代表了新一代控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。

自動化測控系統(tǒng)在上層中心平臺設(shè)SCADA系統(tǒng)，系統(tǒng)采用Honeywell Experion PKS系統(tǒng)。PKS系統(tǒng)提供了一體化的系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，它可以將安全系統(tǒng)、機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)、CCTV視頻系統(tǒng)和巡檢系統(tǒng)等集成到一起。系統(tǒng)將PCS與SIS無縫集成，使用統(tǒng)一人機(jī)界面。

2 測控內(nèi)容完善提升

埕島油田采油平臺主要包括油井、注水井、電加熱器和外輸管線等，采油方式為注水開采，油井采出液經(jīng)加熱計(jì)量后外輸至中心平臺。工藝流程如圖1所示。

埕島油田采油平臺測控系統(tǒng)運(yùn)行至今，平臺測控內(nèi)容設(shè)置比較完善，表1為采油平臺各區(qū)域測控內(nèi)容列表。

結(jié)合生產(chǎn)運(yùn)行過程中積累的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，對已有測控內(nèi)容進(jìn)行分析后，從油井、注水井和產(chǎn)液量計(jì)量等3個方面對測控內(nèi)容進(jìn)行提升。

2.1 油井測控內(nèi)容提升

埕島油田油井采用電潛泵舉升采油。主要包括采油樹、油井配電柜和井口控制盤等。采油樹是機(jī)采井用來開采石油的井口裝置，是油井上部的控制和調(diào)節(jié)油氣生產(chǎn)的主要設(shè)備。油井控制柜通常設(shè)于配電室，是專門用于電潛泵啟停、運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測和電機(jī)保護(hù)的控制設(shè)備。井口控制盤是井下安全閥的地面控制設(shè)備。井口控制盤給井下安全閥加壓打開，泄壓關(guān)閥[3,4]。

1）井底流壓數(shù)據(jù)采集

油井井底流壓是生產(chǎn)過程中油井底部壓力，是反映油井供液能力的重要指標(biāo)。埕島油田采用毛細(xì)鋼管測壓裝置對油井實(shí)行長期井底壓力監(jiān)測。毛細(xì)鋼管測壓采用充滿氮?dú)獾拿?xì)管進(jìn)行井下壓力傳輸，毛細(xì)鋼管底端接傳壓筒，井下壓力與毛細(xì)鋼管及傳壓筒中的氮?dú)鈮毫υ趥鲏和仓羞_(dá)到平衡。毛細(xì)鋼管另一端與地面的壓力傳感器相連，壓力數(shù)據(jù)傳輸至地面數(shù)據(jù)采集箱，完成井下氣柱壓力計(jì)算并將數(shù)據(jù)上傳。

[38]騰訊網(wǎng)：《中國成為柬埔寨第一大客源國》，http://zj.qq.com/a/20180201/008563.htm，2018年2月1日。

表1 埕島油田采油平臺測控內(nèi)容列表Table 1 List of measurement and control contents of Chengdao oilfield oil production platform

2）電潛泵工況監(jiān)測

電潛泵是海上油田生產(chǎn)的主要舉升方式，通過監(jiān)測可以實(shí)時掌控電泵的運(yùn)行工況，實(shí)時優(yōu)化電泵運(yùn)行，提升運(yùn)行效率，及時發(fā)現(xiàn)異常及時處理，可有效延長檢泵周期，避免出現(xiàn)泵軸斷裂等事故。測控系統(tǒng)采集油井變頻控制柜參數(shù)，實(shí)現(xiàn)頻率檢測和遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)；采集油井控制柜電量，數(shù)據(jù)通過通信接口上傳。

2.2 注水井測控內(nèi)容提升

海上平臺采用常規(guī)注水工藝開采，主要注水工藝流程為：中心平臺注水站→采油平臺→注水井口。

1）注水井套管壓力

注水井套壓實(shí)時監(jiān)控，可及時發(fā)現(xiàn)封隔器的密封異常狀況。

2）注水井注水流量調(diào)節(jié)

對于注水流程配套單井流量測控裝置，可通過控制系統(tǒng)進(jìn)行注水量的遠(yuǎn)程調(diào)配。通過注水量遠(yuǎn)程調(diào)配減少人員調(diào)整工作量，提高注水效果，并且可實(shí)時監(jiān)測分析，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)異常。

2.3 計(jì)量方式提升

差壓式計(jì)量是通過油壓和回壓可計(jì)算出油嘴差壓，根據(jù)差壓和多相流、節(jié)流模型計(jì)算液量，同時根據(jù)電流、電壓確定泵效和電泵運(yùn)行狀態(tài)，變化較大時可進(jìn)行重新標(biāo)定，這種方法改造方便易行，但誤差較大。自動分離器量油技術(shù)是把人工分離器兩用過程自動化，通過自動測定量油時間計(jì)算液量。這種技術(shù)改造工作量小，但需要有電動閥配合進(jìn)行天然氣憋壓排液，單井液量測量時間長。旋流分離多相計(jì)量通過旋流分離進(jìn)行氣液兩相分別計(jì)量，液量通過質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量（同時可以監(jiān)測流體的含水與密度），天然氣通過旋進(jìn)旋渦流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。

目前這些技術(shù)在陸上油田均有較為成熟的應(yīng)用，但在海上尚未有推廣應(yīng)用。由于平臺空間小、流程布置緊湊以及海上生產(chǎn)安全環(huán)保要求高，對計(jì)量設(shè)備的技術(shù)性能與可靠性要求很高，因而首先選擇差壓法對油井進(jìn)行試驗(yàn)性自動產(chǎn)液量監(jiān)測。當(dāng)出現(xiàn)工況波動（如液量、電功率波動較大時）或其它情況，進(jìn)行人工標(biāo)定。

3 設(shè)置陸上指揮中心

采油平臺生產(chǎn)指揮中心設(shè)于中心平臺，在緊急情況下中心平臺撤下值班人員時，陸上無法對海上平臺實(shí)施有效監(jiān)控。為滿足海上安全和生產(chǎn)需要，在陸上設(shè)置指揮中心。指揮中心是中心平臺的備份管控終端，實(shí)現(xiàn)采油平臺、中心平臺監(jiān)控和陸上監(jiān)控雙保險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)在中心平臺撤人時的遠(yuǎn)程監(jiān)控。同時，在陸上指揮中心增加指揮調(diào)度、應(yīng)急處置、統(tǒng)計(jì)分析與監(jiān)督考核等輔助職能。

指揮中心功能模塊包括生產(chǎn)監(jiān)控、報(bào)警預(yù)警、生產(chǎn)動態(tài)、調(diào)度運(yùn)行、生產(chǎn)管理、應(yīng)急處置6個基本功能模塊。

1）生產(chǎn)監(jiān)控：以工藝流程監(jiān)控為主要形式，輔助以視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)視、操控。生產(chǎn)監(jiān)控模塊的監(jiān)控業(yè)務(wù)對象包括油井、平臺、電網(wǎng)等。

2）報(bào)警預(yù)警：實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)監(jiān)控問題的確認(rèn)、落實(shí)、跟蹤處理等環(huán)節(jié)的網(wǎng)上運(yùn)轉(zhuǎn)和跨部門協(xié)同，提高問題處理效率，加強(qiáng)工作落實(shí)和考核，實(shí)現(xiàn)各類問題處理的全過程監(jiān)控。

3）生產(chǎn)動態(tài)：按專業(yè)集成生產(chǎn)動態(tài)指標(biāo)、設(shè)備運(yùn)行信息，基于自動化數(shù)據(jù)和視頻資源進(jìn)行現(xiàn)有功能數(shù)據(jù)源的轉(zhuǎn)換和功能提升，形成基層管理的班報(bào)、日報(bào)等基礎(chǔ)管理報(bào)表，實(shí)現(xiàn)最新的動態(tài)信息匯總和基礎(chǔ)資料電子化。

4）調(diào)度運(yùn)行：分為人員動態(tài)、調(diào)度日志、生產(chǎn)會議、重點(diǎn)工作、產(chǎn)能運(yùn)行、作業(yè)運(yùn)行、管網(wǎng)運(yùn)行、電網(wǎng)運(yùn)行、拉油運(yùn)行等具體功能，實(shí)現(xiàn)日常運(yùn)行、重點(diǎn)業(yè)務(wù)運(yùn)行的高效協(xié)同、規(guī)范運(yùn)作管理。模塊需要基于現(xiàn)有系統(tǒng)功能進(jìn)行一體化提升整合，主要是整合產(chǎn)能運(yùn)行、作業(yè)運(yùn)行、車輛管理等已有系統(tǒng)，增加自動化成果的應(yīng)用，提升實(shí)時掌控能力。

5）生產(chǎn)管理：主要是日常生產(chǎn)技術(shù)管理方面的應(yīng)用，分為采油、注水、集輸、開發(fā)4部分，對應(yīng)地質(zhì)、工藝、集輸?shù)燃夹g(shù)管理崗位。按專業(yè)分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)警預(yù)測及對策管理，基于自動化信息，增強(qiáng)分析、統(tǒng)計(jì)管理的實(shí)時性與有效性，同時增加相關(guān)技術(shù)管理流程的設(shè)置與信息化。

6）應(yīng)急處置：負(fù)責(zé)對應(yīng)急突發(fā)事件的指揮處理，包括應(yīng)急預(yù)案管理、應(yīng)急預(yù)警以及應(yīng)急指揮。應(yīng)急處理預(yù)案包括火災(zāi)、爆炸、井噴、氣象災(zāi)害、重大污染、危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏、放射性事件、安全事故、群體性事件等一系列應(yīng)急處理預(yù)案。

4 結(jié)束語

海上平臺環(huán)境惡劣，自動化測控系統(tǒng)的可靠與安全尤為重要。通過對平臺測控系統(tǒng)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)綜合分析，提出了提升措施。現(xiàn)階段，已經(jīng)對埕島油田部分海上平臺測控系統(tǒng)進(jìn)行了提升改造，取得了良好的效果。