石尚坤

（大慶油田信息技術(shù)公司生產(chǎn)安全環(huán)保部，黑龍江 大慶 163453）

1 背景

隨著油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化油田進(jìn)程隨之加速推進(jìn)。成千上萬(wàn)的自控儀表裝置在油田范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，正在逐步取代人工手動(dòng)、簡(jiǎn)單機(jī)械控制等傳統(tǒng)模式，為向“數(shù)字油田-智能油田-智慧油田”發(fā)展奠定基礎(chǔ)，為油田企業(yè)精準(zhǔn)采收、降本增效、推進(jìn)數(shù)字化建設(shè)等方面發(fā)揮著突出作用。

2 工作原理及工作過(guò)程

由于自控裝置應(yīng)用需求量大，產(chǎn)品種類(lèi)繁多，這里以流量自動(dòng)控制裝置為例對(duì)其工作原理及維護(hù)做系統(tǒng)分析。流量自動(dòng)控制裝置是機(jī)電一體化的技術(shù)產(chǎn)品，它集流量計(jì)、流量閥及控制器三部分于一體，通過(guò)流量計(jì)設(shè)定的流量值，由控制器控制流量閥的開(kāi)度，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)24h流量控制。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、控制精度高的特性被廣泛應(yīng)用到油田數(shù)字化建設(shè)中。

2.1 流量自動(dòng)控制裝置工作原理

流量自動(dòng)控制裝置是利用水流沖擊閥芯與機(jī)芯內(nèi)的葉輪，葉輪旋轉(zhuǎn)與傳感發(fā)訊器感應(yīng)，使傳感器發(fā)出與流量成正比的電訊號(hào)，流量電訊號(hào)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)送入控制模塊，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換傳到顯示面板和指揮數(shù)據(jù)中心。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)流過(guò)時(shí)，沖擊葉輪旋轉(zhuǎn)，在一定的流量范圍內(nèi)，葉輪的轉(zhuǎn)速與流量成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使葉片依次接近處于殼體上的傳感器，是通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生與流量成正比的脈沖信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后分別顯示出累計(jì)流量和瞬時(shí)流量值。在使用過(guò)程中，用戶(hù)通過(guò)按鍵設(shè)定流量值，控制器把瞬時(shí)流量值和設(shè)定值進(jìn)行比較。若該差值大于瞬時(shí)流量穩(wěn)定度，控制器就會(huì)發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正旋或反旋來(lái)調(diào)節(jié)閥門(mén)，使瞬時(shí)流量值接近或等于設(shè)定值。

流量自動(dòng)控制裝置由流量傳感器單元、流量調(diào)節(jié)機(jī)枃（構(gòu)？請(qǐng)與作者確認(rèn)）單元和智能控制單元三部分組成。流量傳感器單元是流體通過(guò)葉輪裝置產(chǎn)生脈沖信號(hào)，傳遞到控制單元，它的特點(diǎn)是壽命長(zhǎng)、抗干擾能力強(qiáng)。流量調(diào)節(jié)機(jī)枃（構(gòu)？請(qǐng)與作者確認(rèn)）單元主要指電機(jī)主板控制器，它根據(jù)指令對(duì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量進(jìn)行顯示和控制。電機(jī)主板控制器可以根據(jù)用戶(hù)控制邏輯發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正旋或反旋來(lái)控制閥門(mén)打開(kāi)大小，達(dá)到需要控制的流量大小。智能控制單元包括流量采集、流量控制、電機(jī)控制、顯示設(shè)置。最里層電路板對(duì)應(yīng)通信模塊，中間層為數(shù)據(jù)采集模塊，外層顯示板連接液晶屏可以調(diào)節(jié)控制流量大小。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1

2.2 工作過(guò)程

流量自動(dòng)控制裝置的使用面板上有指示燈。指示燈亮表示220V電源接通，表明流量自動(dòng)控制裝置的交流部分工作正常。在瞬時(shí)流量設(shè)定后，調(diào)節(jié)閥按照設(shè)定量進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果設(shè)定量大于瞬時(shí)流量，進(jìn)行打開(kāi)閥門(mén)（正旋）調(diào)節(jié)，當(dāng)控制閥開(kāi)到極限時(shí)，瞬時(shí)流量仍小于設(shè)定流量，指示燈開(kāi)始閃動(dòng)，且控制閥停止調(diào)節(jié)，進(jìn)入這種狀態(tài)，可能是用戶(hù)系統(tǒng)壓力與井下壓力差過(guò)小，無(wú)法注入。

當(dāng)設(shè)定量小于瞬時(shí)流量，進(jìn)行關(guān)閉閥門(mén)（反旋）調(diào)節(jié)，當(dāng)控制閥位于關(guān)閉位置時(shí)，瞬時(shí)流量仍大于設(shè)定流量，指示燈閃動(dòng)，且控制閥停止調(diào)節(jié)，進(jìn)入這種狀態(tài)，表明調(diào)節(jié)閥故障。管道內(nèi)無(wú)流量通過(guò)時(shí)，自控裝置處于保護(hù)狀態(tài)，停止調(diào)節(jié)；自控裝置處于調(diào)節(jié)時(shí)，禁止手動(dòng)調(diào)節(jié)，使控制閥處于工作范圍之內(nèi)。

3 運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)及操作規(guī)程

自動(dòng)控制裝置在油田生產(chǎn)單位大量使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)自動(dòng)化儀表故障問(wèn)題,造成采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或采集數(shù)據(jù)無(wú)法上傳到指揮中心。由于自動(dòng)化儀表控制過(guò)程中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象比較復(fù)雜,能否及時(shí)正確判斷和解決問(wèn)題直接關(guān)系到油氣生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定。

3.1 儀器儀表的維護(hù)

在儀表維護(hù)前，要確保220V總電源斷開(kāi)，保證儀表和操作員安全性。電機(jī)控制板在電機(jī)槽內(nèi)，由于板卡位置要求，電源線(xiàn)需從控制板側(cè)面開(kāi)口方向布線(xiàn)，由于高溫、腐蝕等原因防止電源線(xiàn)接觸殼體，防止觸電或電路短路。智能控制單元顯示板上有8組接線(xiàn)柱，1、2為電機(jī)正轉(zhuǎn)，3、4為電機(jī)反轉(zhuǎn)，5、6為測(cè)試控制信號(hào)單元。判斷電機(jī)是否正常工作，可以通過(guò)短接跳線(xiàn)的方式來(lái)分析。

如果流量表沒(méi)有顯示，首先，查看電源正負(fù)極是否對(duì)應(yīng)，供電電源是否工作；其次，查看接地線(xiàn)是否接地良好。當(dāng)指揮中心監(jiān)測(cè)到溫度值與儀表顯示值不同時(shí)，檢查網(wǎng)絡(luò)連接及組態(tài)軟件狀態(tài)。當(dāng)儀表無(wú)數(shù)據(jù)顯示時(shí)，檢查儀表密封性，法蘭固定螺栓是否松動(dòng)，套管口是否擰緊，是否有漏氣現(xiàn)象。儀表有溫度顯示，但遠(yuǎn)端沒(méi)有數(shù)據(jù)，檢查電源線(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)連接情況。

由于室內(nèi)溫度過(guò)高，要經(jīng)常檢查防爆軟管和儀表電源線(xiàn)接電是否有老化、腐蝕現(xiàn)象，針對(duì)老化線(xiàn)路及時(shí)進(jìn)行整改，避免管內(nèi)電纜損壞。

在日常運(yùn)維過(guò)程中，需要定期檢查接地和屏蔽情況，消除外界干擾，查看周?chē)欠裼行卵b電磁設(shè)備。同時(shí)，日常維護(hù)需要對(duì)密閉性檢查，差壓元件兩側(cè)法蘭固定螺栓是否有松動(dòng)、漏氣現(xiàn)象，溫度、壓力供電和信號(hào)電纜是否有破損。溫度探頭的保護(hù)套管兩端是否擰緊，有無(wú)破損。

在檢修、更換儀表前要觀(guān)察進(jìn)水管和回水管閥門(mén)是否處于開(kāi)啟狀態(tài)，如果閥門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)要保證閥門(mén)可以調(diào)節(jié)。更換閥芯首先緩慢擰開(kāi)泄壓螺絲，觀(guān)察泄壓螺絲出水壓力是否霧狀噴出，如果出水為噴射狀，必須停止繼續(xù)開(kāi)啟泄壓螺絲；防止高溫、高壓水流造成人員及設(shè)備損害；如果出水為噴霧狀或者水滴形式，確定出水為斷續(xù)水線(xiàn)后，方可繼續(xù)施工作業(yè)。

3.2 維護(hù)注意事項(xiàng)和安全措施

需要更換閥體、閥芯前，必須由值班負(fù)責(zé)人現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行關(guān)停流量計(jì)兩端閥門(mén)工作，維修班人員不得擅自對(duì)閥門(mén)進(jìn)行關(guān)停操作，防止違規(guī)操作導(dǎo)致閥門(mén)損壞。由于管內(nèi)是高溫、高壓液體，必須在確保閥門(mén)完全關(guān)閉，旁通閥門(mén)開(kāi)啟情況下進(jìn)行下一步作業(yè)。防止停止摻水后導(dǎo)致出現(xiàn)凝管等油氣生產(chǎn)事故。另外，需注意有些閥門(mén)使用周期比較長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有調(diào)節(jié)閥門(mén)會(huì)產(chǎn)生閥門(mén)銹死，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)閥門(mén)螺栓的情況。在轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓時(shí)需注意開(kāi)合方向，不能用力過(guò)大，使閥門(mén)無(wú)法閉合，發(fā)生故障。

閥芯由于長(zhǎng)時(shí)間摻水，水中摻有大量雜質(zhì)，造成閥芯閥體發(fā)生氧化。更換閥芯、電機(jī)、傳動(dòng)總軸承等設(shè)備必須先把電源斷電，待安裝好后，觀(guān)察電機(jī)倉(cāng)沒(méi)有漏水后才能通電，防止電機(jī)或主板因漏水產(chǎn)生短路，燒毀設(shè)備。手動(dòng)操作電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)也必須切斷外接電源，防止自動(dòng)設(shè)置產(chǎn)生對(duì)向作用，使得電機(jī)損毀。

更換時(shí)注意閥體狀態(tài)，如果發(fā)生氧化閥體緊固于總軸承，松動(dòng)閥體時(shí)不要破壞閥體本身。輕觸閥體周邊，然后用平口螺絲刀緩慢用力，直到閥芯松動(dòng)，不可大力使用外力撬動(dòng)閥體。閥芯老化、堵塞，產(chǎn)生的原因是水流長(zhǎng)期做功，控制單元設(shè)置水流大小后，基本水流速度不變，閥門(mén)無(wú)調(diào)節(jié)作用造成芯管氧化，產(chǎn)生堵塞。為此，定期加注黃油可以減少氧化。定期改變流量參數(shù)，可以減少腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

4 維護(hù)成本分析

受氣溫環(huán)境因素影響，油田數(shù)字化自動(dòng)化儀表消耗、損壞、維護(hù)成本要大于其他地區(qū)。儀器儀表更換周期也比正常使用年限提前。根據(jù)統(tǒng)計(jì)儀表的使用周期普遍提前為2~3年。以大慶油田第九采油廠(chǎng)龍西小隊(duì)為例，站內(nèi)儀器自控化儀表共計(jì)132塊，目前約有60%的儀表需要更換或維修，物資采購(gòu)成本每塊表12000元左右，更換成本費(fèi)用大約為96萬(wàn)元。通過(guò)對(duì)儀器儀表的拆解分析，我們把自動(dòng)化儀表分為可維修部分和不可維修部分，可維修部分通過(guò)自主維修可為公司節(jié)省成本60余萬(wàn)元。油田各采油廠(chǎng)、礦大隊(duì)使用儀表上百萬(wàn)套，信息技術(shù)公司承攬的自動(dòng)化儀表運(yùn)維數(shù)量將會(huì)逐步增加，通過(guò)對(duì)自控儀表的有效維護(hù)和技術(shù)維修可以極大地節(jié)約采購(gòu)成本。