分析油田儀表自動化中的儀表選擇

曲 濤

（中海石油（中國）有限公司 深圳分公司，廣東 深圳 518000）

在國內油田開發技術不斷改造以及更新的過程，全面引進了數字化以及自動化的先進技術，使得油田開發工作更加信息化、自動化。其中在開采的過程中，充分地使用了自動化儀表，傳感技術、圖形控制技術以及網絡自動化技術等。這些技術的應用，對油田的實時運行狀態、壓力溫度等進行了實時監控測量，并利用網絡技術和自動化儀表數據的分析等，對油田的實際生產狀態進行全面的了解，采集相應的數據，全面實現了安全有序的自動化管理[1]。

1 儀器儀表的范圍及其作用

當前中國的工業化經濟特征非常明顯，在這樣的環境下，生產過程中使用的儀器儀表是非常關鍵的設備之一，對其的選擇以及設計要具有較高的經濟價值以及技術價值。特別是在油氣水井的生產監視中，對其處理過程的監控有益于確保油田作業的安全生產，并提升產品的質量，是不可或缺的重要設備。因此，在對儀器儀表進行選型的過程當中，要對儀表的不同工作原理進行明確的分析，知道其工作的范圍以及儀表之間的誤差，這樣可使儀表的可靠度以及精確度有所提升。

由于儀器儀表有著不同的性能以及工作方式，所以使用的范圍有很大的區別。要對其型號以及原理進行詳細的分析，以便能夠選擇范圍和精確度高的設備，其中儀器儀表的工作范圍是在實際生產過程中能夠承受的最小強度以及最大強度。測量的范圍是指儀器儀表等最大上限和最大下限之間的絕對值，儀器儀表有在這個空間范圍內產生的幅度變化，才能保證精確程度。

面對數字化、網絡化和智能化融合的發展，關鍵技術的安全和控制已成為其行業邁向高水平全球價值鏈的必要條件。中國石化行業正進入一個新階段，轉型升級要求不斷提高自主能力，優化資源和產業結構，提升企業核心競爭力，也要從后臺布局和規劃，包括控制芯片、操作系統、數據庫、硬件中間件和應用軟件等，需要通過數字網絡上的智能生產，加快國內煉油業向世界領先產業的轉型，改善國內的工業基礎，提高生產鏈水平，設備必須進行智能化制造。

眾所周知，加工行業的特點是環境復雜、設備復雜且危險，一旦出現異常情況，維修人員必須迅速干預。在智能系統控制下，將更有效地提高響應速度和服務效率，為客戶創建一個服務平臺（銷售、服務、備件、專家、解決方案），提供高質量的產品和科學解決方案。面對來自ISR 2.0的日益緊迫的安全威脅和壓力，中層控制部門應實施一個集成、自治和受控的安全系統，以確保全網絡覆蓋和數據加密。此外，中間控制應制定面向智能決策的智能工廠解決方案，實現自主可控的中央流程和設備，并在石化行業探索新的智能生產模式，繼續開發全方位的產品、工業解決方案和運營服務。

2 油田儀器儀表自動化系統現況

由于國內油田生產作業的不斷優化，已經全面邁向自動化及自動化的生產形式當中，其中對于儀器裝備的購買，使得油氣田生產的轉接站、聯合站和井組的測量精度進一步得到了提升，將人工的工作強度進行了縮減，完成了精細化管理的轉變。通過網絡傳輸對油田作業生產的相關數據收集以及控制，促進了工作方式的改革，使得工作人員不需要走出工作室，便可對現場實際的工作情況有明確的了解。

在儀表自動化系統當中，包括信號和測量系統調節與聯鎖保護系統。在對這些系統的使用當中，都是應用DCS系統實現的。將該系統與網絡系統進行結合，可實現遠程監控控制，對實際生產下達調控的指令，并對生產進行安全指導。其中，具體的步驟為：將油田作業生產線當中的聯合站以及轉接站的流量、實際溫度和壓力液位等相關的數據通過自動化儀表實施準確地測量，并將測量的數據傳輸到網絡監控系統當中，利用數字化對其中的數據進行讀取，可轉換，這樣便可對相關的操作進行指揮。在這個控制系統當中，可以對管道的泄漏以及異常情況進行判斷和分析，并對其中的泄漏點給予確定，及時通知工作人員給予處理，最大程度地減少了安全事故的發生，并促進了前端自動化儀表的高精度測量，是PS與DCS系統進行結合的成果。

儀表通信接入站場中央控制室的SCADA系統和VFM系統后，運行維護人員可以方便地實時查看各井場的數據，并根據預先編程的程序通過計算機計算和處理實現各種功能，這使得整個生產過程更容易檢測和控制，確保安全可靠地石油開采、儲存和運輸。計量站的水表瞬時流量波動很大，取下芯和雜質后，流量計恢復正常。信息系統投入使用后，傳統的電表被最新的智能電表取代。面對陌生的新儀器，最初技術人員不敢觸摸，后續隨著技術水平的提升，逐漸不再依賴制造商，能夠獨立自主使用，這種智能化系統的引進確保了安全性和成本節約。技術人員應及時總結安全檢查中發現的問題，進行拉網檢查，及時通報問題，落實整改責任人和整改目標；工廠應加強與相關單位的協調或配合油田服務技術人員進行現場校準。調試工作時間緊迫，任務繁重，且當前受疫情影響，多個項目的儀器通訊調試全部積壓在一起。項目應在最初便開始協調資源配置，科學部署。同時，填充井工程項目部應精心組織施工，全體參與施工人員也要努力配合，確保安全、優質、高效地完成儀表通訊的安裝調試任務，贏得甲方和監理的一致肯定和好評。

在工作中，自動化機房除了制定日常管理制度外，還應結合自身維修性質和技能需求，明確“應急維修制度”和“學習培訓制度”，使系統更貼近實際生產和發展的需要。電動閥維修室應根據452《設備維修保養辦法》，電動執行機構是電動閥的執行部分，廣泛應用于油田污水站、注水站、制備站等站場的儲存。控制柜維修間實行“三查三清”的工作方法，通過“普查、精檢、精檢”，確定故障原因，完成維修，確保維修過程的節點和流程清晰。變頻器維修室不斷提高變頻器的維修水平，總結“六步法”，為變頻器從維修報告到維修完成提供線索，在實現維修節點控制的同時提高效率。油田應集中智能化，井間少人管理數字化，井間運行管理專業化這3個方面的變化，在掌握儀器維修技術的基礎上，自主研發全站式PLC技術，使核心技術牢牢掌握在自己手中，緊跟形勢，大膽創新，研發能力不斷前進。技術工人要掌握常用的組態軟件開發技術，熟悉油田工業控制研發領域的通用軟件，具備單機、分布式網絡和冗余系統的組網能力，可獨立開發“集中監控”系統，這4種能力也創造了油田新的發展愿景。以測控系統為重點，不斷深化研發能力、管理能力、訓練能力和規劃能力。建設油田一流的儀器團隊，做智慧油田的守護者。以工廠高質量的發展步伐，提出“引領行業發展，智慧油田服務”的工作方向，攻克全電動閥門、變頻器，UPS技術壁壘，實現自動控制系統的自主維護，自主研發全廠各站PLC技術，實現以測控系統為核心，進而輻射到整個儀表系統的“大維護”網絡。

3 油田儀表自動化過程中的儀表選擇分析

3.1 壓力測量儀表

在對壓力測量儀表進行選擇的過程中，是十分關鍵的一項工作，如果有任何的疏忽，便會造成很大的錯誤。對于壓力測量儀表選擇，要結合不同壓力的實際介質。例如，在選擇壓力表的過程中，對于粘度比較高的原油測量工作，需要依照實際的規定選擇隔膜式壓力表，或者應用膜片式的測量儀表，當然也可應用灌隔離液等彈簧管壓力測量儀表，其中分為1.5級以及2.5級的精確程度，并且一般刻錄盤直徑為100mm～150mm[2]。在選用遠傳壓力測量儀表（圖1）的過程中，需要結合具體的標準來進行選擇。如針對將信號輸出作為標準的儀表，需要應用壓力變送設備；針對粘度較高，為固體顆粒狀的介質，并具有一定腐蝕性的需要應用法蘭膜片式的壓力變送設備（圖2）。在對其進行選擇的過程中，實際溫度不能高于200℃，如在實際操作中應用了隔離措施，便需要應用壓力變送設備給予輔助。此外，在具有震動強烈的場合介質當中，對壓力測量儀表的選擇要應用數字壓力變送器。總的來說，在對壓力測量儀表進行選擇的過程中，一定要結合實際情況以及條件進行選擇。

圖1 遠傳壓力表Fig.1 Remote pressure gauge

圖2 雙法蘭壓力變送器Fig.2 Double flange pressure transmitter

3.2 溫度測量儀表

從實際理論上進行分析，在自動化進程當中，溫度和壓力是非常關鍵的兩個方面。因此，在對溫度測量儀表的選擇上，要非常的謹慎，例如：就地指示的溫度儀表，金屬溫度計為最為合理的選擇，要將實際溫度控制在-80℃～+500℃之間，其精度要控制在1.0級～1.5級之間，刻度盤的實際直徑需要在100mm左右。要將觀察距離安裝在遠一點兒的地方時，需要使用直徑為150mm的刻錄盤，在-8℃以下的低溫介質當中，或者說具有振動情況以及不能近距離接觸對數據進行讀取的情況下，并沒有較高的精度要求，所以在壓力溫度計進行選擇時要按照顯示儀表對相應的型號進行選取，針對要求比較嚴格的信號輸出的溫度儀表選擇，需要對一體化溫度變送設備進行考慮。

3.3 計量及流量測量儀表

對于計量及流量測量儀表的選擇，會對生產過程中的數據準確性造成直接的影響，所以在選擇上要十分的嚴謹和慎重。一般情況下，要結合油井單井計量方式的實際情況，應用分離器對玻璃管進行計量的相關操作。分離設備，動玻璃管計量。簡單來說，就是應用液位進行計量，之后用可編程的控制設備，對計算數據實施計算和控制，便實現了自動化計量。此外，也可應用人工對玻璃管實施計量，其具體的方式為利用自立式差壓的調節閥進行實現，主要的原理為對集油匯管以及分離器之間的壓差進行控制。對于手動頁面的控制，需要應用秒表進行計時，以便測量出實際的計量數據。此外，針對原油流量測量儀表的選擇需要注意的是，如果原油以及雜油粘度較高，這樣的井采流量測量，需要應用容積式流量計。針對粘度比較小的，不超過5mps的輕質原油，可使用渦輪流量計[3]。

3.4 液位測量儀表

通常情況下，對于就地液位測量儀表的選擇，可結合被測介質的實際性，實施相應的選擇，這與被測介質的壓力以及不同方面的性質有著較大的關聯。如果為輕質油，便可應用玻璃板液位計，也可結合實際情況，應用磁翻板液位計。如果被測介質為原油，可應用浮球液位計。在對地下水池的液位進行測量的過程中，可以考慮應用頂裝式浮球液位計，但根據實際情況，也可應用深度計；針對污水污油池的實際液位測量情況，可選擇應用電容物位計；針對具有水油的臥式壓力容器液位，可應用連續測量，通常情況下會使用插入法差壓液位變送設備；針對冷凝液大析出的情況，可應用正插負平雙法蘭當中的法蘭差壓液位變送設備。

4 結語

在經濟以及科技不斷發展的今天，油田開采技術有了全新的突破和更新。對于自動化儀表的選擇也更加合理和科學，實現了自動化以及數字化的應用。最為關鍵的是，對于儀表的選擇，可將油田的生產效率和實際管理水平進行提升，確保油田穩定有序安全地生產。