海洋石油過程控制儀表的自動化控制研究

摘要：隨著我國經濟的不斷發展，海洋石油行業也得到飛速的發展。在海洋石油行業中，應用自動化儀表控制是其一大特點，海洋石油工業屬于高科技、高投入和長周期生產的行業，對于儀表自動化控制的要求也較高。要想提高生產效率，就需要不斷提高設備的自動化水平，這樣才能使海洋石油過程平穩高效的運行。在對海洋油氣工程項目深入研究后，本文分析了海洋采油過程中出現的一些問題，提出了一些有效提高海洋油氣工程項目安全運行以及生產效率的方法。

關鍵詞：海洋石油；控制儀表；自動化

一、引言

海洋石油工業是指對海上油氣田的開采和勘探，在海底形成石油、天然氣藏，最終開采出石油和天然氣。隨著科學技術的發展，我國已經在海上鉆井、修井技術方面取得了巨大成就，成功實現了海洋石油工程的全過程控制。海上油氣田的開發需要采用大型設備完成開采作業，設備自動化控制水平是海上油氣工業順利進行的關鍵，也是現階段海洋油氣工程發展關注的問題之一。

現階段我國大部分的油田在開采作業過程中采用自動化控制方式，這種方式能夠使海上生產更加高效。但是在開采作業過程中還是會遇到一些問題，且由于工作環境比較復雜，出現故障概率較大。因此，為了提高海洋油氣工程項目安全生產效率，本文主要對海洋采油過程中出現的問題以及相應解決方法進行討論、研究、分析與總結。

二、海洋石油工程系統概述

海洋石油工程系統主要包括以下幾個方面：鉆井平臺一般分為上部模塊（OPSC）、上部平臺模塊（RMS）、下部平臺模塊（HMS）。浮式生產系統主要包括油柜的存儲系統、輸油系統、污水處理和回收系統，同時還有一些輔助的功能。生產設備主要包括各種機械設備，如主機設備、電力設備等。電力與信息傳輸系統為海上油氣田作業提供了良好的通信環境。安全系統主要包括各種應急安全處置措施以及安全控制等一系列設施與功能；數據采集與傳輸系統中，數據處理部分主要包括數據采集和存儲以及信息處理等功能；監控管理系統中，監控管理部分主要包括各種監控報警裝置和一些應急預案，還有一些輔助設施，如通信中心等。油氣開采作業平臺、海上平臺模塊、油輪與油田服務公司之間的聯系方式由控制塔中的通信模塊完成。信息處理和分析系統在整個海洋油氣工程項目中主要包括兩個方面：其一是油氣開采工藝及技術流程的分析；其二是為最終產品（如原油）的生產提供依據。

三、國內外海洋石油開發過程中自動化儀表控制研究現狀

美國、加拿大、英國等國家對于自動化儀表控制技術的研究比較成熟，研發能力在全球都處于領先地位。我國目前還處于發展階段，在這一方面存在著較大的差距，自動化儀表控制技術的發展起步較晚，研究也比較落后，這一點需要加強重視。發達國家的自動化儀表控制技術是作為重要的研究方向，因此研究比較深入和全面。

我國雖然在自動化儀表控制技術領域上起步較晚，但是在近幾年得到迅速發展，有著很大的發展潛力。從目前國際上對海洋石油開采自動化儀表控制系統的研究可以看出，對于自動化儀表控制系統都有各自不同的功能要求。

我國在自動化儀表控制技術研究方面取得了較大的進展，主要是針對水下生產系統進行研究，具體包括水下生產控制系統、水下集輸系統、海上石油生產平臺等。在海洋油田自動化項目中，科研人員進行了研究分析和應用實踐。例如，在水下生產車間中利用先進的智能傳感器對各種數據采集與處理，通過計算機對所采集信息進行綜合處理與分析，形成最終的結論。另外，結合海上石油生產特點，建立了一套自動化儀表控制系統體系。

因此，我國要想提高開發技術水平和生產效率，就需要向發達國家經驗充分借鑒，對研發制造出的技術進行全面研究，將其運用到國內石油工業開發過程中，只有這樣才能使我國石油行業獲得長足發展和進步。引進國外先進的技術設備與經驗、吸收國外先進技術并加以創新是當前海洋石油開采工業發展過程中的重中之重。

四、控制儀表的選擇

對于控制儀表的選擇，要根據具體的環境和實際工作需要來確定。海洋環境比較復雜，控制儀表需要具有較高的可靠性、穩定性和耐用性，保證儀器設備能夠正常使用。海洋環境中存在著多種因素都會影響傳感器的正常工作，海洋中溫度較高，這就對傳感器的穩定性和精確度有很大的影響，海洋中海水中含有鹽分，對傳感器產生一定的腐蝕性；另外，如果要保證設備長期運行在正常情況下，還需要有較強的抗沖擊能力。

在對這些因素分析后，要根據具體環境選擇合適的類型和精度、性能價格比、使用壽命、工作溫度等參數。控制儀表除了需要滿足上述條件外，還需要具有足夠高的穩定性、較好的操作性及較強的靈活性。

海洋石油過程中應用最廣泛的傳感器有溫度傳感器、壓力傳感器等。溫度傳感器：隨著科技水平不斷提高，許多新技術得以應用于溫度儀表中，使其精度不斷得到提升。壓力傳感器：是一種利用高科技手段將壓力信號轉化為電信號，之后再將電信號轉化為數字信號進行傳輸或處理的裝置。

五、存在的問題及解決方法

海洋采油過程中，自動化儀表控制系統在對生產過程監督和調節時容易出現故障。如果對這些問題沒有采取有效的措施解決，導致環境不穩定或生產效率下降等現象。為了提高海洋采油工程項目的安全運行和生產效率，需要對控制系統的可靠性和穩定性進行分析和研究。

（一）設備故障原因分析

海洋采油過程中會出現一些常見的故障，主要體現在以下幾個方面：設備使用時間過長而老化，或工作環境惡劣，導致零部件出現損壞；海洋環境比較惡劣，使用設備的安全性較差，造成設備故障；海洋油田開采作業難度大，所以對于生產過程控制水平要求比較高；海洋采油過程比較復雜，在使用設備時需要維護；設備運行速度較快、壓力大使其很容易出現故障；海洋采油船在海上作業過程中所遇到的一些特殊情況，如臺風、海流、潮汐以及波浪等因素的影響。

（二）解決方法

對儀表定期檢查。按照相應要求定期檢查、維護以及更換。在自動化儀表控制系統中還需要使用到不同類型的控制器以及傳感器等設備、保證生產環境的穩定以及生產效率的提高。

對系統的運行狀態分析和檢查。要注意在安裝過程中選擇合適的控制儀表，保證安裝過程符合標準。另外，對控制系統中使用的機械部件合理規劃，保證機械結構滿足系統性能和要求，避免發生意外事故。

優化系統的設計方案。設計方案的優劣直接決定了系統工作效果是否能夠達到預期目的，在對控制系統設計時，要對各個方面的因素綜合考慮，提高控制方案的科學性、合理性，保證控制方案的先進性。在開發和應用中，還要考慮到采油過程中各個生產環節對自動化儀表的影響以及所需設備的工作環境等。

確保各項設備之間達到最優配合。要使自動化儀表系統能夠滿足整個采油生產過程中各方面條件的要求，需要相關設備之間相互協調合作。為了使整個控制系統具有良好運行效果和可靠性，就要對系統整體結構合理設計，提高系統維護和檢修能力。在制定方案后，還需要加強對系統的維護和檢修能力。

優化控制方案。根據生產條件、設備質量等因素確定控制方案后，對其進行優化設計。

（三）解決措施的探討與總結

首先，在海洋油田開采過程中對設備及時檢修，有效降低故障出現的概率，減少設備損壞帶來的損失，還要對管道運輸設備及時檢修和維護。其次，要加強海洋石油工程開采過程中的監測工作。最后，對于海洋油氣工程安全生產的監測工作而言，應該在整個生產的流程中進行監測與控制，建立健全有效的預防、預警和應急機制，有效減少海洋油氣田開發過程中出現故障的概率，加強對生產人員的專業培訓，提高其安全生產意識和綜合素質。

六、自動化控制系統開發研究

在海洋石油生產過程中，由于海洋油氣工程項目是一個長周期的系統項目，要想保證其平穩高效運行，就需要在生產過程中不斷改進和完善生產系統。根據海洋石油工程項目的特點以及控制要求，結合現場實際情況和工藝要求進行開發。在開發過程中，不斷提高控制技術水平和工作效率，利用現代化的控制手段，把數據傳輸給現場控制器，并進行處理。通過對整個過程實時控制的方法和手段研究分析，不斷提高技術水平，運用計算機技術實現遠程控制處理現場信息。另外，在開發系統時要不斷優化和完善系統結構，保證整體的穩定性。

對海洋油氣生產的自動化控制系統實施開發，根據現場的實際情況，合理選擇和應用各種自動化控制儀表和設備。在設計中，根據現場不同情況設置一定的控制策略和方案，通過對各種傳感器和儀表的選擇，把這些裝置安裝到現場需要保護的位置。對海洋石油生產過程中不同裝置實現遠程診斷或控制，從而保證整個系統的正常運行，由于需要長時間運轉和加工，必須根據不同時期采取不同方法對生產作業進行自動化控制，要及時收集數據并分析處理，保障安全生產。

控制系統的開發要全面優化，在自動化控制系統開發過程中，開發人員需要根據現場實際情況，選擇合適的控制方式和合理的控制參數組合，保證整體的運行效率。自動化控制系統的開發要根據海洋石油工程項目的特點和工藝要求進行深入分析，確保自動化系統的整體性和穩定性。為了提高整個系統的安全性，要采用智能化、數字化技術，保證系統具有良好的運行效果。

七、結語

隨著科技的發展，自動化儀表控制技術得到廣泛的應用，越來越多的企業開始重視自動化儀表控制技術在生產過程中出現的一些問題。為了使海洋石油行業在生產過程中更好的發展，必須不斷完善海洋石油裝備設備，使其在各種環境條件下平穩高效的運行。

本文通過對影響海洋工程項目自動化儀表系統應用的主要因素分析和探討后可知，提高現場儀表系統運行管理水平是保證海洋工程項目安全平穩運行的關鍵因素之一。為了提高企業對自動化工藝水平的重視程度，必須加強對儀表自動化系統的管理力度。此外，必須加強現場操作人員對自動化儀表系統運行特點以及維護方法的了解程度，且具備一定的專業技能以及相關知識基礎。

總之，在海洋石油工程項目中應用自動化設備是一項長期、復雜和系統性很強的工作任務。

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作者簡介：王進（1983），男，天津人，本科，工程師，主要研究方向為儀表自動化。