【正文】 。油、氣、水介質條件、工況條件、環(huán)境條件和集輸工藝都發(fā)生了很大的變化，因此不可避免會出現(xiàn)一些新的矛盾和問題。 油田自控技術主要應用于原油集輸處理、天然氣處理、水處理、注水、聚合物配制、聚合物注入等生產工藝系統(tǒng)，主要檢測和控制參數有溫度、壓力、差壓、液位、界面、流量等，目前控制方案主要采用由常規(guī)儀表或工控機系統(tǒng)為調節(jié)單元實現(xiàn)的 單回路調節(jié)系統(tǒng)。 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 4 計算機監(jiān)控技術在油田生產中的應用 油田自控技術應用特點 在油田生產中應用自控技術，實現(xiàn)工藝參數的實時采集和控制，可以保證油氣平穩(wěn)集輸和安全生產，有效降低能耗和生產成本，提高工作效率，降低勞動強度。 關于原油計量的測量不確定度問題一直是人們關注的問題。據稱 ， 其性能將等同和優(yōu)于傳統(tǒng)的測試分離方 法。縱觀這些油井計量裝置 ， 它們代表了當今美國三相分離計量的技術水平。在美國油井計量多采用三相分離裝置 ， 特別是高含水油井計量均采用三相分離計量裝置 。這一技術 ， 在國外一些油田尤其是海洋油田得到了應用。 近 10 年來 ， 相流計量技術在原油計量中發(fā)展應用的一項技術。 在上世紀 70 年代末到 80 年代初 ， 蘇 聯(lián)已有大量油井計量自動裝置在全國推廣 ，具 有代表性的 ，應 用比較普遍的是 “ 衛(wèi)星 A0” 、 “ 衛(wèi)星 B0” 型油井計量裝置。 比如英國石油公司建立的自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以根據地質情況自動的控制油井的產量 ， 確保底層原油達到最大采收率。美國通用公司的無模型控制器可以適合 大 滯后、時變溫度控制等將檢測與控制技術集一體，為油田集輸控制提供了一體化解決方案。隨著 DCS 系統(tǒng)采用一些先進的控制策略，使部分生產過程的控制得到了進一步優(yōu)化。它與油氣開采中的處理設備上的檢測儀表和控制設備直接 相連接 ， 能夠實時和不斷的獲取檢測儀表所檢測到的運行信息。六十年代， Arco 油氣公司的 Iatan East Howard 油田將 PLC 用于注水控制，并很快發(fā)展到報警、泵控等其它領域。 我國參與投資的蘇丹 1/2/4 油田原油外輸兩級計算機計量及自動標定系統(tǒng) ， 采用法國 FURHMAN 公司生產的整裝計量模塊 ， 不僅準確度高、可靠性好 ， 而且可在線對流量計進行標定 ， 并根據壓力、溫度和流量等參數實時進行流量補償計算 ， 給生產和管理帶來 極大方便。大慶原油總外輸計量站承擔著大慶油田 85%的原油外輸計量任務，屬國家一級計量單位。 國內油田聯(lián)合站原油計量多用容積式計量，計量出體積流量后，再結合原油化驗所得的原油密度計算出流量，貿易結算以質量流量進行交易，油田計量交接油量計算執(zhí)行標準《原油動態(tài)計量油量計算》（ ） [3]。 目前 ， 按照原油天然氣穩(wěn)定輕烴交接計量站計量器具配備規(guī)范（ 5SY/T539891） ，原油外輸計量必須采用容積式流量計作為體積計量器具 。原油動態(tài)計量技術 ，主 要應用了密閉集輸工藝與雙容積自動計量分離器、渦輪氣體流量計、立式金屬計量罐、系列原油腰輪流量計、 FSHK型原油含水率監(jiān)測儀和微機自動采集處理相結合 ，成 功地解決了油、氣、水分級計量技術問題。原油產量的計量是油田開發(fā)中最基礎的工作 ， 原油計量是油田集輸工藝中必要的計量環(huán)節(jié) ， 也是考核原油生產任務完成的依據。此外，中原油田設計院研制的 SG50， 中國石油大學研制的 DMC50D 微機控制系統(tǒng)，承德石油學院研制的 GWC80 型微機監(jiān)控系統(tǒng)都將計算機成功的應用于原油計量監(jiān)控系統(tǒng)的控制 [1]。 1992 年 5 月，西部新建的都善油田采用美國 Action 公司 CIMPAC9000 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 2 SCADA 系統(tǒng)，使 308 口油水井、 19 座計量站全部實現(xiàn)了自動化，成為我國第一個整裝油田的自動化系統(tǒng)。但這些常規(guī)儀表組成的控制系統(tǒng)在處理復雜控制系統(tǒng)、集中監(jiān)控和控制精度等方面具有局限性。外輸過程，必須在 安全生產 的前提下安排優(yōu)化運行，以求得最好的經濟效益。 (3) 在現(xiàn)場生產自動化的基礎上，實現(xiàn)中控室信息處理自動化，提高了聯(lián)合站生產過程自動化生產管理水平。 課題研究的意義 聯(lián)合站原油計量監(jiān)控系統(tǒng)的應用 具有重要 意義，計量結果直接影響油田的效益和信譽， 這套監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)具有以下重要意義： (1) 將人工計量改為自動連續(xù)計量，人工取樣 化驗改為自動連續(xù)檢測，能夠提供更及時、準確的信息。目前我國大多數油田聯(lián)合站的自動化水平還很低 ，還停留在人工手動狀態(tài) ， 對物位 、 液量、壓力和溫度等過程參數都需要靠人工檢 測 ，人為誤差大 ， 嚴重影響生產效率及產品質量。隨著國內大部分油田開發(fā)都進入到后期產能遞減 ， 產液量增加 ， 原油綜合含水上升 ， 油井計量站規(guī)模增大。 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 1 1 緒論 課題研究的目的和意義 課題研究 的 目的 聯(lián)合站是油田生產中地面工程最關鍵的一環(huán) ， 是將從采油井采出來的原油經集輸管網匯集、存儲、分離、加熱脫水、計量后進行外輸。原油計量是油田開發(fā)生產中的一個重要環(huán)節(jié)。同時 ， 聯(lián)合站外來進液量波動增大 ， 給原油準確計量和穩(wěn)定外輸帶來很大影響。針對聯(lián)合站實際狀況 ， 以滿足聯(lián)合站原油外輸計量生產要求，開發(fā)這一套原油外輸計量監(jiān)控系統(tǒng)，它能對生產現(xiàn) 場實現(xiàn)原油計量高精度的遠程集中化科學管理和實時在線監(jiān)控 ； 實現(xiàn)流程操作全自動化；根據監(jiān)控中心提示及時地采取相應的措施，保證生產順利進行；存儲設備運行參數以便分析生產狀況，統(tǒng)籌規(guī)劃。 (2) 實現(xiàn)計量站無人值守，減員增效，徹底改變計量站生產作業(yè)制度，改善了勞動條件。 (4) 為保證油氣田生產安全、平穩(wěn)、優(yōu)化運行提供了有力手段。 原油計量監(jiān)控技術研究現(xiàn)狀和發(fā)展 國內現(xiàn)狀和趨勢 在我國，原油計量控制系統(tǒng)最先采用的是 DDZII型儀表，取得了一定 的經濟效益。隨著計算機在石油工業(yè)過程控制中的廣泛應用 ， 尤其是西部塔里木、吐哈、準格爾三大盆地的開發(fā)和建設 ， 油田生產過程中的自動控制和管理得到了明顯、迅速的發(fā)展。隨之東河塘、彩南、溫吉桑、論庫輸油管線的建設，是我國油氣田自動化實現(xiàn)了由單井、單個裝置 、單站自動化向全油田、全線自動化的轉變。 在油田生產過程中 ， 要求外輸計量系統(tǒng)有高準確度和高可靠性。為此， 1990 年起 ，國 內應用了高新技術與油田集輸工藝相配套的油汽密閉在線計量工藝技術 ，解 決了油田多年來未能解決原油產量不清 、集輸系統(tǒng)無法密閉運行的問題。通過幾年的實踐，儀器、儀表性能穩(wěn)定，結構合理 ，計 量準確，將計量誤差控制在 %以下 ，弄 清了原油外輸的產量 ，從 而有效地指導了各階段的生產組織工作，原油損耗由 2%下降到 %，提 高了經濟效益 [2]。 在國內眾多的容積式流量計中 ， 腰輪流量計 ， 屬刮板流量計和雙轉子流量計因其生產和應用技術比較成熟 ， 在石油、石化企業(yè)得到了廣泛的應用。 大慶石油管理局總外輸計量站于 1992 年投用了一套由工業(yè)控制計算機和計量儀表組成的成套原油儀表計量系統(tǒng) ，取 得了良好的 社會經濟效益。大慶石油管理局為了提高原油外輸的計量精度 ， 應新時期的管理需求 ， 原油總外輸計量站成套計量儀表進行更新?lián)Q代 ， 采 用上海自動化儀表公司自動化儀表九廠開發(fā)的總線型微機控制裝置 ， 提高 了 計量水平。 國外現(xiàn)狀及趨勢 國外早 在上世紀五十年代， 美國海灣公司就建成了第一套自動化監(jiān)控輸送系統(tǒng) 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 3 （ LACT） ， 解決了原油的自動收集、處理、計量、輸送問題。隨著通信技術的發(fā)展， SCADA（ Supervisory Control and Data Acquisition）即監(jiān)控與數據采集系統(tǒng)越來越多的應用于油田生產控制與管理中。國外有些油田 SCADA 系統(tǒng)還實現(xiàn)了注氣、注水的優(yōu)化控制運行。HONEYWELL 公司的非線性液位控制可以適合進液的波動。 目前國外已將自動化技術提升到對原油的生產、儲運、銷售等環(huán)節(jié)進行全面監(jiān)控的現(xiàn)代化管理水平的高度 。美國油田甚至將銷售過程中溫度影響體積的銷售差額，也考慮設置到自動化管理系統(tǒng)中?？剖狭|量流量計在原油計量中得到了適量的應用 ，其 中大部分應用是與原油兩相分離器配套使用 ， 這一方法使原油計量工藝簡化 ， 雖然與分離器配套仍沒有脫離傳統(tǒng)的計量模式 ， 但也有一些公司將分離器小型化或簡化 ， 使這一系統(tǒng)向多相流量計過渡?？梢栽诓挥梅蛛x器或少量分離的情況下直接測出原油的產量。國外已有七、八家上市產品 ， 投入應用和安裝的已有 200 臺左右。 我國勝利、遼河 、 大慶等油田都先后引進了美國一些公司的三相分離油井計量裝置。多相流計量可以用于原油生產 ， 也可以用于原油測試。但目前尚沒有一臺儀表可以測量全流型范圍和可以在 0～ 100%范圍內以每一種可能的濃度混合的油、氣、水混合液。根據收集的資料分析，前蘇聯(lián)大多采用兩相計量分離系統(tǒng) ， 根據配備的儀表 ， 原 油計量不確定度可望在5%～ 10%范圍內；美國大多采用三相油井計量系統(tǒng) ， 原 油計量不確定度可望達到 5%；另外 ， 根據英國貿易與工業(yè)部石油天然氣局《石油計量標準指南》指出 ： 油井產量計量的目標不確定度要求為 5%， 而用于儲量管理的油井測試分離器的測試 ， 期望的不確定度是 5%～ 10%[4]。因此，發(fā)展自控技術在提高油田生產管理水平和經濟效益方面具有十分重要的意義。 油田自控技術應用存在的問題及發(fā)展方向 隨著油田生產進入高含水開發(fā)后期 ， 新的開發(fā)手段、開發(fā)技術不斷得到推廣應用。 (1) 由于近年來油田生產工藝中的介質、工況及環(huán)境條件都發(fā)生了較大的變化 ，一些現(xiàn)場儀表和檢測控制方法有的已不適用，為此我們應根據實際工況條件選用相應的自控儀表和工控機系統(tǒng)。應用在油田生產這種較為惡劣的工作環(huán)境中，普遍存在輸入、輸出接口板之間干擾嚴重，可靠性差，故障率高等問題，管理維護難度較大。 (3) 油田生產工藝日趨復雜，工藝環(huán)節(jié)之間的關聯(lián)和耦 合，以及油水界面檢測難度的加大，都給平穩(wěn)操作集輸工藝，合理控制生產技術指標增加了難度。合理選擇工控機系統(tǒng)，利用計算機強大的邏輯和計算功能，選用自整定 PID 控制、自適應控制、模糊控制、解耦控制等先進的控制模式，是實現(xiàn)上述目標的有效途徑。目前基于網絡的計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以方便地與上層的管理信息系統(tǒng)集成，上層的計劃或指令可以方便地下達到計算機監(jiān)控系統(tǒng) ；同時，現(xiàn)場的各種實時數據和生產信息也可以迅速地上傳，使得上級管理人員可以隨時了解現(xiàn)場的生產情況 ， 這樣就可以大大地提高工作效率和管理水平 [5]。根據原油計量監(jiān)控系統(tǒng)的工藝過程要求，對控制系統(tǒng)進行總體設計。 論 文的 結構 ： 第一章緒論，主要介紹了研究課題的目的和意義、原油計量監(jiān)控的國內外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢以及本課題研究的主要內容。第三章監(jiān)控系統(tǒng)方案設計，主要 討論 了原油計量監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計方案和系統(tǒng)的功能 ，對系統(tǒng)設計方案進行了可行性論證 。第五章聯(lián)合站原油計量監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計，主要 進行 了監(jiān)控軟件的設計 ， 具體介紹了應用組態(tài)王 進行監(jiān)控軟件的開發(fā)，畫面（ 如趨勢曲線，實時、歷史報警，實時、歷史報表 ， 報表查詢等畫面）的實現(xiàn) 。 第七章對本系統(tǒng)的設計工作進行了總結，指出了 一些 優(yōu)點與不足。設計一個實時性好，安全穩(wěn)定，且精確度的外輸計量系統(tǒng)是很有必要的。 聯(lián)合站工藝流程分析 聯(lián)合站原油生產工藝 聯(lián)合站是集油水分離、污水處理、原油含水分析、外輸計量等多個系統(tǒng)為一體的綜合性生產過程。 增 壓 點 來 油雙 容 積 單 量套 管 換 熱 器 緩 沖 罐 沉 降 罐凈 化 油 罐外 輸 泵外 輸 計 量東 仁 溝 輸 油 首 站叢 式 井 來 油 收 球 筒 圖 21 原油生產工藝流程 張?zhí)烨?lián)合站的任務是對進站油氣（來自長 2 層增壓點或計量站、來自長 2 層叢式油井以及韓渠聯(lián)合站）進行匯集、處理及外輸計量。完 畢后，一部 分進入氣液分離器進行進一 步油氣分離，將其中分離出的天然氣輸送至鍋爐房作燃料用，分離出的油進入污油箱 ； 一部分進入分離緩沖罐，可以供給氣液分離器，也可直接輸入污油箱，由污油泵輸送至溢流沉降罐進行原油沉降，然后進入凈化罐將原油凈化，生產出合格的穩(wěn)定原油，經計量后進行裝車或密閉輸送至東仁溝輸油首站。計量站的生產過程包括對分離后的油換熱、緩沖、注入沉降 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 罐和凈化罐、泵的外輸等過程。 聯(lián)合站原油外輸計量系統(tǒng)通常由儲油、加熱、外輸及計量監(jiān)控四部分組成。 儲 油 罐 3P 6儲 油 罐 2外 輸 泵 1外 輸 泵 2外 輸 泵 4外 輸 泵 3P 3 4P壓 力 計 1T溫 度 計 1 流 量 計 1P含 水 分 析 儀 1P壓 力 計 2T溫 度 計 2 流 量 計 2P含 水 分 析 儀 2V 5V 7儲 油 罐 1加 熱 爐 1加 熱 爐 2外 輸 至 東 仁 溝 首 站外 輸 至 韓 渠 聯(lián) 合 站可 燃 性 氣 體 探 測 器 圖 22 聯(lián)合站原油外輸計量 監(jiān)控 工藝流程圖 原油外輸計量的工藝過程：油井來油經加熱爐加熱后，至氣液分離器進行油、氣、水分離。工藝過程需要監(jiān)測儲油 罐的液位 、 加熱爐的溫度和壓力、原油外輸溫度和壓力、含水率、流量及站內可燃性氣體濃度 ， 并分別對他們進行報警。同時在計算機的監(jiān)控