陳沛沛+鄧凱夫+朱德聞+王軍
摘要: 本論文僅討論伊拉克某油田站外集輸系統(tǒng)的控制和操作原理,主要目的包括:①簡(jiǎn)單介紹集輸系統(tǒng)以及主要設(shè)備;②確定集輸系統(tǒng)及主要設(shè)備的基本操作控制原理;③明確設(shè)備的自控等級(jí)。
關(guān)鍵詞: 站外集輸系統(tǒng);控制原理;設(shè)備
中圖分類號(hào):TE97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-4311(2015)09-0087-03
0 引言
伊拉克境內(nèi)原油和天然氣資源豐富,僅次于沙特阿拉伯和伊朗,位居世界第三。伊拉克某油田位于伊拉克南部,油田地貌以荒地和沼澤為主,零星散布著農(nóng)田和村落。本論文僅討論伊拉克該油田站外集輸系統(tǒng)的控制和操作原理。
1 集輸系統(tǒng)簡(jiǎn)介
伊拉克某油田和國(guó)內(nèi)油田相比,單井產(chǎn)量大,含硫酸性井占的比例較大,集輸半徑較長(zhǎng)。為了充分利用地層壓力并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)節(jié)約能源,集輸方式采用單井自流至OGM(Oil Gathering Manifold,計(jì)量站),之后再自流至CPF(Central Processing Facility,中心處理站,即聯(lián)合站)的方式,即國(guó)內(nèi)所說的二級(jí)布站方式。[3]伊拉克某油田站外集輸系統(tǒng)雖然控制原理比較簡(jiǎn)單,但是能保證集輸系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,系統(tǒng)效率較高,參數(shù)簡(jiǎn)單,實(shí)用性強(qiáng)。尤其是通過RTU(遠(yuǎn)程終端設(shè)備)以及SCADA(監(jiān)測(cè)控制和數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng),在中控室就能第一時(shí)間監(jiān)測(cè)到集輸系統(tǒng)的自動(dòng)報(bào)警,大大縮短了事故處理的反應(yīng)時(shí)間,做到能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并通知操作人員解決集輸系統(tǒng)上的各種控制管理問題。
雖然在設(shè)計(jì)和控制的方案制定過程中充分考慮環(huán)保和節(jié)能問題,但是在集輸系統(tǒng)中不可避免地會(huì)造成能量損失和浪費(fèi),主要損失就是放空管燃燒的氣體。
本論文僅討論伊拉克某油田站外集輸系統(tǒng)的控制和操作原理,簡(jiǎn)單介紹集輸系統(tǒng)以及主要設(shè)備,確定集輸系統(tǒng)及主要設(shè)備的基本操作控制原理,明確設(shè)備的自控等級(jí),為編制操作維修手冊(cè)提供簡(jiǎn)單指導(dǎo)。伊拉克某油田站外集輸系統(tǒng)是非常典型的二級(jí)布站方式,控制系統(tǒng)也利用非常典型和高效的RTU和SCADA系統(tǒng)。[1]
2 集輸設(shè)施描述
2.1 工藝系統(tǒng) 工藝系統(tǒng)主要介紹叢式井平臺(tái)和OGM兩處集輸設(shè)施。由于CPF燃料氣的需求,對(duì)酸性和非酸性原油分開輸送至CPF進(jìn)行處理。
2.1.1 叢式井平臺(tái) 每個(gè)叢式井平臺(tái)有2~6個(gè)單井,從每個(gè)單井建一條單井管線輸送至附近的OGM進(jìn)行計(jì)量匯集。每個(gè)單井有一條單井管線,也就實(shí)現(xiàn)了酸性井和非酸性井流體的分別匯集。叢式井平臺(tái)單井流程圖見附圖1。
2.1.2 OGM (Oil Gathering Manifold,計(jì)量站) OGM (Oil Gathering Manifold),也就是國(guó)內(nèi)油田常說的計(jì)量站。OGM用于收集本平臺(tái)以及附近叢式井平臺(tái)上井口的原油,并且分酸性和非酸性進(jìn)行計(jì)量。每一個(gè)OGM設(shè)置酸性和非酸性的多通閥(Multiport Flow Selector Valve),以便分別酸性和非酸性的原油。原油經(jīng)過多通閥之后匯集到兩條集輸干線,一條酸性集輸干線一條非酸性集輸干線分別輸送至CPF進(jìn)行處理。每個(gè)OGM設(shè)置一個(gè)計(jì)量分離器(test separator),用于計(jì)量單口油井的產(chǎn)量。
另外,每個(gè)OGM還設(shè)置一個(gè)閉排罐(Closed Drain Drum)和一個(gè)放空管(Vent Stack)。從多通閥、閉排罐以及測(cè)試分離器安全閥排出的帶壓流體進(jìn)入閉排罐匯管最終進(jìn)入閉排罐。閉排罐分離出的氣體進(jìn)入放空管進(jìn)行燃燒,分離出的液體由閉排泵打入酸性集輸干線進(jìn)行后續(xù)處理。OGM流程圖見附圖2。
2.2 公用系統(tǒng) 公用系統(tǒng)主要介紹柴油供給系統(tǒng),水供給及消防水系統(tǒng)。
2.2.1 Diesel Storage System(柴油供給系統(tǒng)) 叢式井平臺(tái)和OGM都設(shè)置柴油供給系統(tǒng)用于提供能量。柴油通過重力從柴油儲(chǔ)罐自流至柴油發(fā)電機(jī)。柴油罐的液位通過液位變送器進(jìn)行監(jiān)控,液位高低報(bào)警通過RTU傳送至SCADA系統(tǒng)。柴油供給系統(tǒng)流程圖見附圖3。
2.2.2 水供給及消防水系統(tǒng) 叢式井平臺(tái)和OGM都設(shè)置值班室和操作間,并為其提供新鮮水。污水靠重力自流至地下的污水罐,污水罐內(nèi)的污水由卡車運(yùn)走。叢式井平臺(tái)和OGM都設(shè)置滅火器。新鮮水供給流程圖見附圖4。
3 操作控制原理
3.1 放空原則 所有容器都設(shè)置可以放空的閥門,用于維修前的放空。在維修時(shí),通過放空閥充惰性氣體用于吹掃。所有的PSV(Pressure Safety Valve,安全閥)的旁通線都設(shè)置調(diào)節(jié)閥,用于調(diào)節(jié)氣體流量。在正常和手動(dòng)放空的時(shí)候,可以通過調(diào)節(jié)閥使容器壓力接近大氣壓力。根據(jù)管線布置圖,所有管線設(shè)置高點(diǎn)放空和低點(diǎn)排污。
3.2 操作控制原理 控制系統(tǒng)通過輸入單元采集外圍儀表(或傳感器) 輸出的模擬、數(shù)字或開關(guān)信號(hào),用預(yù)先編好的程序自動(dòng)計(jì)算采集來的信號(hào),轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的壓力、溫度、液位、流量等物理量數(shù)值,進(jìn)行顯示或記錄;需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)時(shí),通過輸出單元給出電信號(hào)來控制調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu),完成各種超限報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。[2]伊拉克某油田站外集輸系統(tǒng)的儀表信號(hào)通過RTU經(jīng)由冗余的串行通信“MODBUS TCP/IP”協(xié)議傳遞到SCADA系統(tǒng),這樣實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)就能在CPF的中控室監(jiān)測(cè)到。所有的工藝參數(shù)可以在CPF中控室的SCADA顯示屏在線監(jiān)測(cè)。
3.2.1 井口 流體通過單井管線從井口流至多通閥。單井管線的操作壓力是1.2~2.0MPaG,操作溫度是15~85℃。每個(gè)單井管線設(shè)置就地壓力表、就地溫度表以及壓力變送器和溫度變送器,這樣在現(xiàn)場(chǎng)和CPF的中控室都能監(jiān)測(cè)到每根管線的溫度壓力。壓力變送器設(shè)置的壓力高報(bào)警、高高報(bào)警、低報(bào)警和低低報(bào)警都能在CPF中控室顯示。在投產(chǎn)和維修前,單井管線內(nèi)雜質(zhì)排至閉排罐。單井管線預(yù)留破乳劑阻垢劑等加藥預(yù)留頭。
3.2.2 多通閥 每條單井管線連接至多通閥對(duì)應(yīng)的入口連接頭。每條單井管線在連到多通閥前,在靠近多通閥的地方設(shè)置一個(gè)安全閥PSV。當(dāng)PSV動(dòng)作時(shí),流體排到閉排罐內(nèi)。每條單井管線的排污也排到閉排罐。
多通閥可以選擇一條單井管線的流體進(jìn)入測(cè)試分離器進(jìn)行計(jì)量,其余單井管線的流體匯集到集輸干線輸送至CPF。每一個(gè)多通閥都有一個(gè)預(yù)留接頭用于維修,并且每個(gè)多通閥都有手動(dòng)選擇模式。
3.2.3 測(cè)試分離器 每一個(gè)多通閥都連接到測(cè)試分離器的入口匯管,以保證每口井的流體能單獨(dú)計(jì)量。測(cè)試分離器是個(gè)兩相分離器,操作壓力是1.2~2.0MPaG,操作溫度是15~85℃。計(jì)量周期主要取決于井口和操作的要求。通常來說,每一口井在24小時(shí)內(nèi)要被計(jì)量一次。流體在測(cè)試分離器內(nèi)被分離為氣液兩相,氣體流量通過氣相出口的氣體流量計(jì)測(cè)量,液相(油+水)流量通過質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量。測(cè)試分離器設(shè)置除砂裝置和就地壓力溫度儀表。液相流量計(jì)預(yù)留含水顯示儀接口。容器壓力通過氣相出口的壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。通過RTU,在CPF中控室也能監(jiān)測(cè)到測(cè)試分離器的壓力、溫度、氣相流量、液相流量、液位,以及流量和液位的高低報(bào)警。測(cè)試分離器可以在需要維修之前通過底部的排污管線清空。
3.2.4 閉排系統(tǒng) OGM的閉排系統(tǒng)收集單井管線、多通閥和測(cè)試分離器的排液。閉排系統(tǒng)包括一個(gè)閉排罐和一個(gè)閉排泵。閉排罐內(nèi)的凝液通過閉排泵打到酸性集輸干線。
閉排罐設(shè)置就地液位、壓力和溫度儀表,液位在CPF中控室也能監(jiān)測(cè)到。閉排泵根據(jù)高\低液位信號(hào)自動(dòng)啟\停,做到“高啟低?!?。
3.2.5 柴油系統(tǒng) 柴油被用作柴油發(fā)電機(jī)的燃料。柴油罐設(shè)置液位變送器以及液位低報(bào)警,可以通過RTU在中控室監(jiān)測(cè)到液位報(bào)警。低液位報(bào)警時(shí),通過柴油罐車給柴油罐補(bǔ)給柴油。
3.2.6 有毒氣體測(cè)量?jī)x表 OGM設(shè)置固定式半導(dǎo)體有毒氣體(H2S)探測(cè)器(stationary type semiconductor toxic gas (H2S) detectors)。固定式探測(cè)器傳遞信號(hào)給值班室里的壁式安裝報(bào)警器(wall mounting alarm system)。 壁式安裝報(bào)警系統(tǒng)可以給RTU傳送兩路無感繼電器觸點(diǎn)報(bào)警信號(hào),即有毒氣體濃度高報(bào)警和高高報(bào)警,這樣在CPF中控室就可以檢測(cè)到有毒氣體濃度報(bào)警信號(hào)。另外,每個(gè)OGM還設(shè)置兩套便攜式有毒氣體探測(cè)器。
3.3 安全保護(hù)原理 ①超壓保護(hù)。設(shè)備和管線設(shè)置PSV用作超壓保護(hù)。PSV的尺寸由火災(zāi)和堵塞兩種工況確定。井口、測(cè)試分離器、閉排罐均設(shè)置PSV。②溫度保護(hù)。不考慮由于溫度引起的設(shè)備失效。③液位保護(hù)。不考慮由于液位引起的設(shè)備失效。④火災(zāi)保護(hù)。由于站外集輸系統(tǒng)沒有大型設(shè)備,所以設(shè)置滅火器即可滿足消防要求。設(shè)置滅火器的地點(diǎn)有操作室、井口、測(cè)試分離器和閉排罐。柴油罐設(shè)置火災(zāi)探測(cè)器,探測(cè)器信號(hào)通過RTU傳送到CPF中控室。
4 注意事項(xiàng)
為了適應(yīng)以后改造及擴(kuò)建的需求,在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí),要留有一定的余量并且設(shè)置足夠的預(yù)留接頭。每個(gè)油田每個(gè)項(xiàng)目甚至每個(gè)階段集輸系統(tǒng)的控制程度要求都不盡相同,在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)要充分考慮項(xiàng)目實(shí)情,適當(dāng)提高或降低設(shè)計(jì)等級(jí)及自控程度。
參考文獻(xiàn):
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