合建站無人值守技術研究

孫博 （大慶油田有限責任公司第六采油廠）

隨著地面系統建設持續推進，對油田數字化需求越來越高，井、站建設覆蓋率低、數字化模式單一，導致數字化建設應用的程度低，需提升數字化對業務的支撐力度。根據數字化建設現狀和發展的總體要求[1]，加快推進數字化建設才能滿足智慧油田的建設需要，找準提質增效、深化改革的契合點，開展某合建站無人值守模式研究，借助現有的自控系統和生產管理模式，對新時期加強站庫運行管理、降低員工勞動強度及安全風險、提高工作效率和生產效能等方面起到積極作用，同時為今后的站庫數字化無人值守改造提供技術支撐[2]。

1 現狀

1.1 轉油放水站

某轉油放水站站外油井采用雙管摻水、熱洗分開流程。轉油站放水站工藝流程見圖1。轉油放水站所需干氣由喇二聯脫水站提供。

圖1 轉油放水站工藝流程Fig.1 Flow of oil transfer and water discharge station process

1.2 污水站

某污水站采用“兩級沉降+一級壓力過濾”流程，站外水原水首先進一次沉降罐，再進二次沉降罐，沉降后污水進入緩沖罐，再經外輸泵輸至污水站；一、二次沉降罐罐頂部分分理處的污油，經污水泵升壓輸送至某轉油放水站重新處理。

1.3 注水站

某聚驅注水站主要流程采用“離心泵增壓”工藝，經注水閥組調節后，輸至站外注入站；輔助工藝流程包括注水泵循環冷卻水系統和注水泵潤滑油系統。注水站站內工藝流程見圖2。

圖2 注水站站內工藝流程Fig.2 Process flow in the station for water injection station

2 無人值守技術在合建站的應用

通過分析現有無人值守站庫建設模式，研究集中監控如何快捷高效實現無人值守，針對監測點位、遠程控制、視頻監控聯動等模式的確定，對比集中監控優化提升遠程控制能力，形成轉油放水、污水、注水多崗位無人值守建設模式[3-4]。

2.1 轉油放水站建設分析

2.1.1 集中監控點位要求

常規狀態下，轉油放水站在集中監控模式下的數據采集及監控點位進行了需求分析：

1）進站單元：來液匯管溫度、壓力，來液支線回油溫度需要顯示。

2） 加熱單元：進口匯管溫度、被加熱介質進、出口壓力需要顯示，出口溫度需要顯示、報警，加熱緩沖裝置中各段液位需要設置報警，其中加熱緩沖裝置加熱段低液位需要聯鎖，氣相出口匯管壓力需要顯示、報警、聯鎖，加熱段溫度需要顯示、報警、控制、聯鎖。

3） 機泵區：運行狀態、泵進出口匯管壓力、電流電量等參數需要顯示。

4） 容器區：三相分離器油室液位需要顯示、報警、控制以及聯鎖，水室內液位需要顯示、報警以及控制，油水界面需要顯示、控制，氣出口壓力需要顯示、報警、控制，氣出口匯管壓力需要顯示、報警、聯鎖，進口匯管溫度需要顯示，油出口匯管需要事故泄放控制；天然氣除油器氣相壓力需要顯示，液位需要顯示及報警；罐區液位需要進行顯示、報警以及聯鎖。

5）外輸單元：外輸油/氣/污水流量、壓力、溫度需要顯示，其中壓力需要報警。

6）摻水熱洗單元：摻水/熱洗流量、壓力、溫度均需顯示。

7） 燃料氣單元：燃料氣流量、壓力需要顯示、報警，應設置燃料氣匯管緊關斷控制。

8） 加藥單元：加藥罐液位需要顯示、報警，加藥裝置狀態需要顯示。

2.1.2 無人值守數據顯示及控制需求分析

為了提質增效，在某合建站開展無人值守技術研究，為保證無人值守站庫安全穩定運行，在工藝流程上開展分析，著重考慮應急流程和生產安全控制，對應增加監測及控制點位。

依據工藝流程分析主要分為以下三個節點：

第一個節點是站外來液經進站閥組進入站內，經三相分離器分離、緩沖、沉降后，分離出的低含水原油經過外輸泵增壓后外輸至喇二聯脫水站。涉及到安全方面的監控點位：

1）上游來液管線泄漏或凍堵、來油閥組管線腐蝕穿孔泄漏，使來油閥組匯管壓力偏低，容易造成油氣泄漏遇點火源發生火災爆炸，因此要監測來液流量，壓力，溫度，并增設來油閥組匯管壓力低壓報警。

2）三相分離器來液量大、伴熱管線泄漏、下游不暢或事故狀態（停電、爆管、閥門故障）下，使三相分離器液位超壓，管閥件等薄弱環節刺漏，容易造成三相分離器冒罐，氣相帶液影響后續設施安全運行；三相分離器來液量少、出口管線泄漏，使三相分離器壓力偏低，外輸油泵、污水泵抽空氣蝕，影響正常生產；三相分離器閥體故障、儀表假指示，使油水界面偏高，造成外輸油含水量增大，增加外輸泵負荷；或油水界面偏低，造成污水中含油量增大，增加污水沉降系統中收油泵的負荷，因此要新建分離器油室液位傳感器，以及油水界面傳感器，增設三相分離器高低液位報警儀表，油水界面調節儀，氣出口壓力調節閥以及聯鎖停外輸泵系統。

3） 外輸管線凍堵、下游不暢（流量計堵塞、出口閥損壞、下游站場操作錯誤），使外輸泵、收油泵出口壓力偏高，造成外輸泵、收油泵憋壓，三相分離器液位偏高；外輸管線泄漏、收油泵進口過濾器堵塞、外輸泵、收油泵漏失抽空，使外輸泵出口壓力偏低，造成燒泵，污油回收裝置冒罐，重則原油泄漏，遇點火源發生火災、爆炸。因此要增設外輸泵、收油泵壓力變送器以及泵的遠程停運[5-6]。

4）來油量大，儀表故障，使500 m3事故罐液位偏高，造成冒罐；收油量過大，儀表故障，使500 m3事故罐液位偏低，造成泵抽空氣蝕。來水量大，儀表故障，使3 000 m3污水沉降罐液位偏高，造成冒罐；排水量過大，儀表故障，使3 000 m3污水沉降罐液位偏低，造成泵抽空氣蝕。因此要增設500 m3事故罐和3 000 m3污水沉降罐的液位傳感器以及油水界面傳感器，并設置高低液位報警以及液位低低聯鎖停收油（事故）泵。

第二個節點是站內三相分離器分離出的伴生氣經過除油干燥器處理后外輸至喇二聯脫水站；摻水（熱洗）加熱爐和采暖加熱爐燃料氣氣源引自喇二聯脫水站返輸干氣。涉及到安全方面的監控點位：

1）天然氣除油器來氣壓力偏高，外輸氣管線凍堵，使除油器壓力偏高，造成除油器超壓；來液壓力低，外輸氣管線泄漏，使除油器壓力偏低，造成天然氣無法正常外輸以及燃料氣系統無法正常運行。除油器來氣攜液量大，收油泵故障，液位計故障，伴熱盤管泄漏，收油不及時，使除油器液位偏高，造成氣相帶液影響燃料氣系統安全運行；過度排液，液位計假指示，排污閥門故障開，使除油器液位偏低，造成收油泵氣蝕以及影響環境。因此要增設外輸氣溫度變送器和流量計，天然氣除油器進口壓力變送器，氣相壓力變送器、液位傳感器、收油閥遠程控制，以及相應高低報警。

2）加熱爐調壓系統故障，燃料氣來氣壓力偏高或偏低，影響正常摻水熱洗。因此要增設加熱進口匯管以及出口匯管的溫度變送器，并設置出口溫度高報警，輸干氣流量計、溫度變送器報警以及壓力變送器報警，并設置輸干氣壓力調節系統，摻水、熱洗流量計、溫度變送器和壓力變送器。

第三個節點是站內三相分離器分離出的污水，經摻水（熱洗）泵增壓，再經摻水（熱洗）爐加熱升溫后用于油井摻水。涉及到安全方面的監控點位：

下游不暢使污水泵、摻水泵、熱洗泵壓力偏高，造成泵憋壓，污水沉降罐液位、三相分離器界面偏高；污水、摻水、熱洗管線泄漏、進口過濾器堵塞、污水、摻水、熱洗泵漏失、抽空，使泵出口壓力偏低，造成泵抽空氣蝕、燒泵、污油回收裝置冒罐、含油污水泄漏遇點火源發生火災、爆炸。因此要增設污水、摻水、熱洗泵出口壓力變送器以及污水泵出口壓力高高聯鎖停污水泵，增設污油回收裝置液位遠傳指示[7-10]。

針對工藝流程三節點的安全分析，對某轉油放水站進站單元、加熱單元、機泵區、容器區、外輸單元、摻水熱洗單元、燃料氣單元以及加藥單元，在無人值守模式下，數據的采集以及控制進行了相應儀表的增補。

2.1.3 轉油放水站應急處置流程分析

為實現某合建站無人值守，在集中監控方案的基礎上，對油田的生產運行和管理提出了更高的要求。同時根據無人值守相關要求增設事故處理、緊急關斷等安全處理措施。主要流程如下：

1）污水沉降罐高液位泄放。三相分離器（放水匯管）→高高液位泄放開關閥打開→站內事故罐（存儲約15 min）→外輸污水越站開關閥打開→越站外輸至污水站。

2）該站停電或外輸線故障。低含水油：打開去站內事故罐緊急開關閥，低含水油進入事故罐；當事故罐液位高報警， 啟動越站緊急開關閥，越站外輸至喇二聯脫水站，并關閉去事故罐的緊急開關閥。

三相分離器（出油匯管） →外輸油事故泄放開關閥打開→站內事故罐（存儲3～8 h）→外輸油越站開關閥打開→越站外輸至喇二聯脫水站。

三相分離器（放水匯管）：外輸污水越站緊急開關閥打開，低含水油進入越站外輸至污水站。

3）天然氣超壓泄放或外輸線故障。三相分離器（出氣匯管）→壓力超高泄放開關閥打開→站外放空裝置。

4）燃料氣緊急關斷。燃料氣→調壓→計量→燃料氣切斷開關閥關閉→切斷氣源→加熱爐。

針對以上應急處置流程分析，需在某轉油放水站增設相應的監控點位，以實現遠程聯動，實時控制，轉油放水站無人值守改造增設檢測參數見表1。

表1 轉油放水站無人值守改造增設檢測參數Tab.1 Test parameters of unattended transformation and addition for oil transfer and water discharge station

2.2 污水站無人值守建設分析

2.2.1 集中監控點位要求

常規狀態下，污水站在集中監控模式下的數據采集及監控點位進行了需求分析：

1）進站單元：總來水流量需要顯示。

2）除油單元：沉降除油液位以及油水界面需要顯示，液位需要報警。

3）緩沖升壓單元：升壓泵電流及狀態需要顯示，升壓泵出口匯管壓力需要顯示及報警。

4）過濾反沖洗單元：濾罐進、出口壓力匯管壓力需要顯示，反沖洗流量需要顯示以及控制，反沖洗水管液位需要顯示、報警以及聯鎖，反沖洗泵電流、狀態需要顯示。

5）外輸單元：水罐液位需要顯示、報警，外輸水匯管壓力需要顯示、控制，外輸水泵電流、狀態需要顯示。

6） 回收單元：回收水、回收油流量需要顯示，回收油罐/水池液位需要顯示、報警以及聯鎖，回收水泵、回收油泵出口匯管壓力需要顯示、報警。

7） 加藥單元：加藥罐液位以及狀態需要顯示，液位需設置報警。

2.2.2 無人值守數據顯示及控制需求分析

某污水站采用“兩級沉降+一級壓力過濾”流程，站外水原水首先進自然沉降罐，再進混凝沉降罐，沉降后污水進入緩沖罐，再經外輸泵外輸至污水站；一、二次沉降罐頂部分理處的污油經污水泵升壓輸送至某轉油放水站重新處理。涉及到安全方面的監控點位：

1）來水量大，液位儀表故障，會導致一、二次沉降罐冒罐；來水量少，液位儀表故障會影響水處理效果，因此需要增設總來水流量計量，一、二次沉降罐進、出口調節系統。

2） 來水量大，升壓泵故障，液位儀表故障，會導致升壓緩沖罐液位偏高，造成冒罐；來水量小，液位儀表故障，會導致升壓緩沖罐液位偏低，造成升壓泵抽空氣蝕。下游不暢（過濾罐堵塞等）會引起升壓泵出口壓力偏高，導致泵憋壓；下游管線泄漏，會導致升壓泵出口壓力偏低，影響正常生產。因此，要增設升壓罐液位顯示、高低報警，升壓泵出口匯管壓力顯示、低報警，升壓泵狀態顯示、啟停控制、變頻調節。

3） 來水量大，外輸泵故障，液位儀表故障，會導致凈化水罐液位偏高，造成冒罐；來水量小，液位儀表故障，會導致凈化水罐液位偏低，造成外輸泵抽空氣蝕，下游不暢，也會引起外輸泵出口壓力偏高，導致外輸泵憋壓，因此，要增設凈化水罐液位顯示，并設置高低液位報警，外輸泵狀態顯示、啟停控制、變頻調節并增設外輸泵出口壓力高高聯鎖停泵。

4） 來水量大，液位儀表故障，回收水泵故障，會導致回收水池液位偏高，造成回收水池溢流；來水量小，液位儀表故障，會導致回收水池液位偏低，造成回收水泵抽空氣蝕。下游不暢會導致回收水泵壓力偏高，造成泵憋壓；下游管線泄漏會導致回收水泵出口壓力偏低，影響正常生產。因此，要增設回收水流量計量，回收水泵遠程啟、停控制，回收水池液位顯示儀表，回收水泵出口壓力顯示儀表、壓力低報警功能。

儀表針對污水站工藝流程的安全分析，對某污水進站單元、除油單元、緩沖升壓單元、過濾反沖洗單元、外輸單元、回收單元以及加藥單元，在無人值守模式下，數據的采集以及控制進行了相應的儀表增補。

2.2.3 污水站應急處置流程分析

某污水站采用無人值守的建設模式，為保證站庫安全平穩運行，事故應急處置方案都存在適應性等問題，需要根據工藝、自控等設計進行相應的調整，主要流程如下：

1）雙電源停電。關閉污水罐進口閥門，關閉升壓泵進出口閥門并通知注水崗污水停產。

2） 污水崗外輸憋壓。污水崗升壓泵（外輸泵）增加變頻控制，污水罐、注水罐進口增加電動閥實現遠程控制，兩個崗位根據水量需求，在中控室進行合理調控。

3）緩沖罐液位應急聯鎖控制。緩沖罐高液位時，防止冒罐，關閉緩沖罐進口閥門；緩沖罐低液位時，防止抽空，關閉緩沖罐出口閥門。

4）反沖洗罐液位應急聯鎖控制。反沖洗罐高液位時，防止冒罐，關閉反沖洗罐進口閥門；反沖洗罐低液位時，關閉反沖洗罐出口閥門。

5）回收水池冒頂。回收水泵具備遠程啟停動功能，立即啟運回收水泵，降低液位。

針對以上應急處置流程分析，需在某污水站增設相應的監控點位，以實現遠程聯動，實時控制污水站無人值守改造增設檢測參數見表2。

表2 污水站無人值守改造增設檢測參數Tab.2 Test parameters of unattended transformation and addition for sewage station

2.3 注水站無人值守建設分析

2.3.1 集中監控點位要求

常規狀態下，注水站在集中監控模式下的數據采集及監控點位進行了需求分析：

1）進站單元：總來水流量需要顯示。

2）儲水罐單元：液位需要顯示及報警。

3）離心泵單元：注水泵進口流量、平衡管壓力需要顯示，進、出口壓力需要顯示、報警、控制以及聯鎖，注水泵出口溫度、軸瓦溫度、潤滑油油壓、電動機定子溫度需要顯示、報警以及聯鎖，注水泵狀態需要顯示。

4）冷卻水單元：注水電動機冷卻水進口匯管溫度、出口溫度、冷卻水泵狀態、稀油站冷卻水進出口壓力、稀油站冷卻水流量需要顯示，注水電動機冷卻水流量需要顯示、報警，冷卻水罐液位需要顯示、報警，冷卻水泵出口匯管壓力需要顯示、報警以及聯鎖。

5）潤滑單元：潤滑油箱液位、稀油站供回油溫度需要顯示、報警，潤滑油狀態需要顯示，總油壓需要顯示、報警以及聯鎖。

2.3.2 無人值守數據顯示及控制需求分析

某注水站采用常規注水工藝，即多級離心式注水泵從注水儲罐內吸水，升壓后，經注水閥組調節，輸至站外注水管網。涉及到安全方面的監控點位：

1） 污水站來水中斷或者水量低， 會導致2 000 m3注水儲罐液位偏低，造成注水泵氣蝕，并且下游不暢、出口電動閥誤關，會導致注水泵出口壓力偏高，造成泵憋壓，因此需要增設泵進口壓力監測，并設置壓力低聯鎖停泵。

2） 冷卻系統故障，會導致注水泵出口水溫、軸承溫度、電動機風溫、稀油站油溫偏高，造成設備運行故障。因此需要增設以上點位溫度監測并聯鎖停泵。

3） 下游管線破裂，會導致泵出口流量偏高，造成高壓刺傷；泵故障、泵出口調節閥誤關，會導致泵出口流量偏低或沒有，可能造成2 000 m3注水儲罐液位高。因此需要增設泵出口匯管壓降速率高報警。

4）潤滑油系統故障，會導致稀油站進口壓力偏高；冷卻水系統泄漏，會導致潤滑油變性。因此需要在稀油站增設視頻監控。

針對注水站工藝流程的安全分析，對某注水進站單元、儲水罐單元、離心泵單元、冷卻水單元以及潤滑單元，在無人值守模式下，數據的采集以及控制進行了相應儀表增補。

2.3.3 注水站應急處置流程分析

1）雙電源停電：關閉污水崗進口閥門，關閉泵出口閥門，增加不間斷電源，給自控裝置提供短期電源，可實現參數監視和電動閥操作。

2）單電源停電：立即關閉泵出口閥門，檢查油泵、冷卻泵是否完成切換，將切換開關調整到正確位置，控制好儲水罐來水閥門，防止發生冒罐溢流。

3）注水泵反轉：注水泵反轉時關閉泵出口閥門，高壓回流閥可在中控室實現開關操作。一旦反轉，中控開啟高壓回流電動閥泄壓。

4）高壓管線閥門刺漏：停運注水泵，關閉泄漏點相關閘門，控制儲水罐液位，實現遠程停泵和控制罐進出口閥門。

5）潤滑油進水：停運注水機泵，實現遠程停泵，增加冷卻水壓高于潤滑油壓報警，增加潤滑油在線含水監測系統，并設置聯鎖保護停泵。

針對以上應急處置流程分析，需在某注水站增設相應的監控點位，以實現遠程聯動，實時控制注水站無人值守改造增設檢測參數見表3。

表3 注水站無人值守改造增設檢測參數Tab.3 Test parameters of unattended transformation and addition for water injection station

3 經濟效果評價

合建站采用合崗設計，采用無人值守模式后，打破原有的生產組織模式，組建運、維、搶隊伍，崗位設置轄集中控制崗、巡回檢查崗和維修保養崗3 個崗位，設置3 個班組定員25 人，其中班長3人，組員22 人，崗位設置轄集中控制崗、巡回檢查崗和維修保養崗3 個崗位，具體分工為：一是集中控制崗13 人，其中主崗4 人、副崗8 人，實行四班輪換制。主崗負責生產調控操作，副崗在主崗指揮下配合操作；二是巡回檢查崗7 人，工作日由班長帶領進行巡檢、保潔；三是維修保養崗5 人，主要承擔相對簡單、技術水平低的修保任務。對于難度大、技術能力要求高的修保工作由作業區里的專業隊伍和外部專業隊伍承擔，在崗員工起到現場監管和協助作用。人員資源配置優化完全實行集中監控無人值守模式后，對比原崗位37 人定員，減員12 人。

因此，減少勞動定員12 人，人員費用年均標準一般為每人15 萬元，財務目標收益率（12%），預計節約人工費用180 萬元/a。

4 結論

1） 提供借鑒，通過確定合理無人值守模式，為數字化建設提供借鑒通過無人值守模式的創建工作，形成了工藝、自控、配電、通訊、土建等相關系統的無人值守建設模式，提升站庫整體綜合自動化控制，結合減少勞動定員、優化配置等實現投資最優化。此次建設投資較大，監控點位較多。隨著自控技術的提升，逐步完善監控點位及功能，合理降低投資，提升降本增效的效果，為今后站庫數字化建設提供經驗借鑒及技術支撐。

2）跟蹤某合建站運行情況，分析無人值守的適應性建設有轉油放水多崗位無人值守站庫，規劃設計、生產運行、管理制度、管理模式等都存在適應性等問題，需在后期運行中逐步發現問題，并進行相應的調整和完善。因此，建議在投產初期采取遠程監控、少人值守的運行模式，以保證站庫安全平穩運行。同時，建議生產管理逐步探索適應該模式，為全廠未來無人值守管理提升提供借鑒。