吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

聯(lián)合站集輸系統(tǒng)的自動(dòng)控制

李俊濤吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

油田是由油井、氣井、水井、計(jì)量站、配水站、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站等組成的一個(gè)綜合系統(tǒng)，其中聯(lián)合站是這個(gè)系統(tǒng)中的最主要組成部門。集輸系統(tǒng)自動(dòng)控制過程主要通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，利用現(xiàn)場(chǎng)采集網(wǎng)、前置數(shù)據(jù)網(wǎng)、信息平臺(tái)數(shù)據(jù)管理網(wǎng)三級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析及運(yùn)行參數(shù)調(diào)控優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)集輸系統(tǒng)自動(dòng)控制。本自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件分為現(xiàn)場(chǎng)控制層、基層控制監(jiān)督層、上位機(jī)計(jì)算控制層、全局聯(lián)網(wǎng)控制層4層。軟件系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、工藝過程控制操作等，完成數(shù)據(jù)顯示、報(bào)表打印、記錄查詢、限值報(bào)警、人機(jī)對(duì)話和遠(yuǎn)程控制。

聯(lián)合站；集輸系統(tǒng)；自動(dòng)控制；工藝

聯(lián)合站集輸系統(tǒng)是油田生產(chǎn)過程中最主要的工作系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著油田開采出的原油和天然氣的收集、預(yù)處理、計(jì)量、輸送等任務(wù)，集輸系統(tǒng)包含脫水系統(tǒng)、加熱處理系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、清水輸入系統(tǒng)、注水系統(tǒng)和油氣分離系統(tǒng)等子系統(tǒng)，是集油田生產(chǎn)各項(xiàng)功能于一體的整體。聯(lián)合站集輸系統(tǒng)具有連續(xù)生產(chǎn)、工序多、工藝復(fù)雜、緊密相連等特點(diǎn)，工藝過程涉及設(shè)備、裝置較多，自動(dòng)化操作環(huán)節(jié)多，技術(shù)控制要求比較高[1-2]。

1 自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

油田是由油井、氣井、水井、計(jì)量站、配水站、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站等組成的一個(gè)綜合系統(tǒng)，其中聯(lián)合站是這個(gè)系統(tǒng)中的最主要組成部門[3]。聯(lián)合站集輸系統(tǒng)對(duì)各轉(zhuǎn)油站輸送過來的原油進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)輸，主要包括對(duì)含水原油的自然沉降系統(tǒng)、電脫水系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、合格油外輸系統(tǒng)、清水回注系統(tǒng)等。

聯(lián)合站集輸系統(tǒng)自動(dòng)控制是指通過計(jì)算機(jī)和相關(guān)儀器設(shè)備，對(duì)集輸系統(tǒng)工藝和現(xiàn)場(chǎng)的所有數(shù)據(jù)、參數(shù)進(jìn)行采集、運(yùn)算、集中顯示、處理分析、運(yùn)行保護(hù)、安全報(bào)警等；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)操作集輸系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備開關(guān)機(jī)、操作泵運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)外輸系統(tǒng)、油罐區(qū)系統(tǒng)、泵系統(tǒng)、油氣分離器系統(tǒng)、分水注水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。除此之外，對(duì)集輸系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，形成各種數(shù)據(jù)報(bào)表和安全生產(chǎn)記錄，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析和信息平臺(tái)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)集輸系統(tǒng)參數(shù)共享。

集輸系統(tǒng)自動(dòng)控制過程主要通過現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，利用現(xiàn)場(chǎng)采集網(wǎng)、前置數(shù)據(jù)網(wǎng)、信息平臺(tái)數(shù)據(jù)管理網(wǎng)三級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析及運(yùn)行參數(shù)調(diào)控優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)集輸系統(tǒng)自動(dòng)控制。集輸系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，一級(jí)是系統(tǒng)優(yōu)化平臺(tái)，它由控制泵站、加熱爐站、參數(shù)監(jiān)測(cè)工作站、運(yùn)行調(diào)控站、負(fù)責(zé)人指揮站組成，主要功能是對(duì)來自前置采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和優(yōu)化；二級(jí)是負(fù)責(zé)將采集到的信息進(jìn)行收集、判斷、分類、處理后傳輸?shù)椒?wù)器和各聯(lián)合站；三級(jí)是負(fù)責(zé)聯(lián)絡(luò)各個(gè)測(cè)控單元和測(cè)控點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)表、管理和查詢等。

圖1集輸系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖1 所示監(jiān)控系統(tǒng)是集輸系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)的主要組成部分，也是自動(dòng)控制的核心和前提，三級(jí)調(diào)控單元獨(dú)立運(yùn)行，可以脫離主控機(jī)運(yùn)行且相互間互不干擾，對(duì)集輸系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)環(huán)節(jié)、每個(gè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控。主要監(jiān)控內(nèi)容包括：①集輸系統(tǒng)各工藝環(huán)節(jié)壓力、溫度、濕度、流量、液位、濃度、純度等參數(shù)的實(shí)時(shí)變化數(shù)據(jù)，上行傳輸和下限報(bào)警；②實(shí)現(xiàn)原油外輸量監(jiān)控和調(diào)控；③對(duì)聯(lián)合站數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行保存、調(diào)用、處理等；④實(shí)現(xiàn)聯(lián)合站技術(shù)工況遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)節(jié)。

2 自動(dòng)控制技術(shù)

2.1 加熱爐

加熱爐自動(dòng)控制出口溫度非常困難，波動(dòng)幅度比較大，控制對(duì)象比較復(fù)雜，針對(duì)此時(shí)變、大時(shí)滯、多干擾的復(fù)雜系統(tǒng)，本文采用無模型算法控制技術(shù)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。采用串聯(lián)控制減小時(shí)滯帶來的負(fù)擔(dān)，使整個(gè)控制系統(tǒng)克服時(shí)滯能力提高；考慮到加熱爐容易受到干擾影響自動(dòng)控制效果，增加合適的前饋設(shè)備，抑制或消除干擾；由于溫度系統(tǒng)大時(shí)滯一般在5min左右，對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。加熱爐自動(dòng)控制技術(shù)方案設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 加熱爐自動(dòng)控制技術(shù)方案

對(duì)加熱爐出口溫度的控制采用爐膛溫度與爐出口溫度進(jìn)行串聯(lián)的方式，克服各種干擾，以最大限度減輕加熱爐對(duì)集輸系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)的影響，同時(shí)加設(shè)反饋信號(hào)裝置和溫度監(jiān)測(cè)裝置可以達(dá)到控制加熱爐溫度的目的。

2.2 油水分離系統(tǒng)

油水分離處理是集輸系統(tǒng)一項(xiàng)主要的工藝過程，主要控制指標(biāo)是脫水器壓力。原油脫水是典型的多變量關(guān)聯(lián)復(fù)雜系統(tǒng)，以游離態(tài)脫水和電脫水器為主，對(duì)分離器內(nèi)的油水界面進(jìn)行控制具有一定難度，自動(dòng)控制系統(tǒng)主要考慮脫水器壓力、油出口含水率、油出口流量、原油含水率等。

本文主要以調(diào)節(jié)游離水脫水器出油閥門開度，出油匯管的油流量進(jìn)行壓力控制；調(diào)節(jié)游離水脫水器放水閥門的開度，控制油水界面。由于油水分離器是多輸入、多輸出的操作過程，干擾因素和影響因素比較多，對(duì)集輸系統(tǒng)自動(dòng)控制具有較大影響，為此對(duì)各個(gè)參數(shù)和變量實(shí)行耦合控制，對(duì)簡(jiǎn)化后的油水分離器增加耦合補(bǔ)償器，使得各個(gè)變量影響因素減小。

2.3 沉降罐系統(tǒng)

沉降罐是油田聯(lián)合站集輸系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，其主要操作指標(biāo)是沉降罐出口含水率、油水界面高度、出口壓力。這些參數(shù)的自動(dòng)控制對(duì)集輸工藝影響較大，采用自動(dòng)控制方法控制沉降罐溢流閥孔門的開度，改變油層厚度；控制沉降罐放水閥開度，以控制油水界面高度。采用該方法對(duì)沉降罐油水界面高度和油層厚度進(jìn)行自動(dòng)化控制。

自動(dòng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)采用沉降罐的油水等效界面作為輸出變量，操縱閥門開度，通過偏差和偏差變化來控制和調(diào)整規(guī)則因子，使得沉降罐的工藝系統(tǒng)能夠平穩(wěn)、正常運(yùn)行，且可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)、操控和調(diào)節(jié)。

2.4 污水緩沖罐

集輸系統(tǒng)污水緩沖工藝是集輸污水處理的一大環(huán)節(jié)，根據(jù)污水緩沖罐內(nèi)情況進(jìn)行變頻器調(diào)節(jié)，改變泵轉(zhuǎn)數(shù)，以此改變排水量大小，保持緩沖罐內(nèi)液位恒定不變，從而達(dá)到污水緩沖罐自動(dòng)控制的目的。

對(duì)聯(lián)合站集輸系統(tǒng)污水處理工藝進(jìn)行自動(dòng)化控制，就是通過檢測(cè)污水液面，對(duì)其電機(jī)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，從而改變泵轉(zhuǎn)數(shù)，以此控制污水處理罐的排量和污水處理的速率，確保罐內(nèi)液位和水量正常。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述聯(lián)合站集輸系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)方案，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)集輸工藝實(shí)施自動(dòng)化控制以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)開發(fā)科學(xué)的自動(dòng)控制硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程連接和統(tǒng)一操控，即完成整個(gè)聯(lián)合站集輸系統(tǒng)自動(dòng)控制。

本自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件分為：現(xiàn)場(chǎng)控制層、基層控制監(jiān)督層、上位機(jī)計(jì)算控制層、全局聯(lián)網(wǎng)控制層4層。

軟件系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、工藝過程控制操作等，完成數(shù)據(jù)顯示、報(bào)表打印、記錄查詢、限值報(bào)警、人機(jī)對(duì)話和遠(yuǎn)程控制。

硬件系統(tǒng)將聯(lián)合站集輸系統(tǒng)工藝環(huán)節(jié)、設(shè)備進(jìn)行連接，軟件系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行操作和控制，組成集輸自動(dòng)化控制技術(shù)系統(tǒng)。

4 結(jié)語

（1）從聯(lián)合站集輸系統(tǒng)加熱爐自動(dòng)控制技術(shù)、油水分離自動(dòng)控制技術(shù)、沉降罐自動(dòng)控制技術(shù)、緩沖罐自動(dòng)控制技術(shù)等4個(gè)核心環(huán)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)控制技術(shù)方案設(shè)計(jì)，確定其控制參數(shù)和控制方法。

（2）從自動(dòng)控制技術(shù)硬件系統(tǒng)、自動(dòng)控制技術(shù)軟件系統(tǒng)兩個(gè)方面對(duì)集輸系統(tǒng)自動(dòng)控制要求和操作方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)成自動(dòng)控制集輸系統(tǒng)。

[1]李繼述，劉義敏．聯(lián)合站密閉集輸系統(tǒng)自動(dòng)控制方法探討[J]．油氣田地面工程．1996，15（1）：62-63.

[2]龔欽霞．聯(lián)合站自動(dòng)控制系統(tǒng)的整合[J]．油氣田地面工程，2008，27（6）：57-58.

[3]朱益飛．油田集輸系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J]．石油和化工節(jié)能，2009，（3）：16-18.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.041