付靈露

（大慶油田第五采油廠，黑龍江 大慶 163000）

當前，我國數(shù)字化油田增加，自動化儀表在油田中使用率也隨之加大。在油田生產(chǎn)中，廣泛采用自動化儀表，可以提高生產(chǎn)效率和施工質(zhì)量，保障油田生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。在數(shù)字化油田中，當前自動化儀表應用也存在不少問題，常見的就是儀表中元件的故障與線路接觸不良等，儀表出現(xiàn)問題會對施工進度產(chǎn)生影響。因此，管理人員需及時解決出現(xiàn)的問題，做好儀表分析與研究處理工作，從而提高數(shù)字化油田的生產(chǎn)能力與效率。

1 數(shù)字化油田與自動化儀表概述

1.1 數(shù)字化油田

實現(xiàn)油田生產(chǎn)數(shù)字化，就是將數(shù)據(jù)庫與信息管理平臺結(jié)合起來充分發(fā)揮其作用，提高油田生產(chǎn)管理水平，并應用自控系統(tǒng)，對油田生產(chǎn)過程實時監(jiān)測，提高巡回檢查的頻次，便于油田生產(chǎn)存在的安全隱患能夠被及時發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)安全平穩(wěn)生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率。數(shù)字化油田生產(chǎn)管理方面，則實現(xiàn)了集中控制管理目標，統(tǒng)一協(xié)調(diào)油田生產(chǎn)程序，加強建設數(shù)字化管理平臺，提高自動控制和管理的水平，實現(xiàn)順利生產(chǎn)。數(shù)字化管理中數(shù)據(jù)采集階段，需在生產(chǎn)現(xiàn)場使用相關數(shù)據(jù)采集設備進行，要做好設備的維護保養(yǎng)工作，及時有效采集數(shù)據(jù)。然后，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸給中控系統(tǒng)，調(diào)度管理中心會全程對油田生產(chǎn)實時監(jiān)測管理。應用計算機軟件系統(tǒng)對油田的生產(chǎn)狀態(tài)進行分析，從而及時發(fā)現(xiàn)問題，遠程控制油田生產(chǎn)安全性。

1.2 自動化儀表

自動化儀表組成包含多個自動化零件，能夠精確測量并記錄數(shù)據(jù)是其顯著優(yōu)勢，在緊急情況下，還可以自動發(fā)出報警信號，提醒相關人員。自動化儀表可以看作信息傳輸機器，其雛形是工業(yè)儀表，隨著自動化技術成熟，開始在工業(yè)儀表中融入自動化技術，最終形成當前的自動化儀表。同時，其體積也從大變小，但功能卻更加齊全，例如，自動化儀表具有相當大的存儲能力，在油田數(shù)字化建設中應用，可以準確存儲記錄龐大信息和數(shù)據(jù)。同時，儀表自身抗干擾能力強，在記錄相關數(shù)據(jù)中其他數(shù)據(jù)組不會對其形成干擾，此項出具記錄好后即可記錄下一項數(shù)據(jù)，其準確性也比較高。油田數(shù)字化的建設過程對于有著嚴格的石油生產(chǎn)量的計算要求，由此反映出建設質(zhì)量的高低，使用自動化儀表可以對產(chǎn)量準確計算，滿足使用需求。在采油設備中應用自動化儀表，其作用就是實現(xiàn)自動化采油設備、減少采油工作人員數(shù)量、提高采油效率，有效實現(xiàn)精細化的管理，采集和控制油田作業(yè)生產(chǎn)參數(shù)，方便工作人員及時掌握油田現(xiàn)場生產(chǎn)情況。儀表自動化系統(tǒng)中主要內(nèi)容就是測量系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、聯(lián)鎖保護系統(tǒng)以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都需要通過DCS系統(tǒng)來運作，將DCS系統(tǒng)結(jié)合網(wǎng)絡技術，可以有效控制生產(chǎn)指令、指導工作。先將油田作業(yè)生產(chǎn)線中，通過自動化儀表準確測量接轉(zhuǎn)站和聯(lián)合站的溫度、流量、壓力等參數(shù)，依托網(wǎng)絡技術進一步轉(zhuǎn)換讀取搜集的數(shù)據(jù)，以判定管道泄漏情況，確定泄漏點，保障作業(yè)安全。當前，自動化系統(tǒng)組成以DCS控制系統(tǒng)為主，DCS控制系統(tǒng)有顯著應用優(yōu)勢，其技術成熟、可快速運行，并能夠有效結(jié)合現(xiàn)代網(wǎng)絡，實現(xiàn)對全生產(chǎn)過程的掌控。

2 油田數(shù)字化建設愿景

石油和天然氣生產(chǎn)中，建設其物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的成本高，一些油田井間站多，難以全面開展數(shù)字化建設。因此，在油田數(shù)字化建設中，需根據(jù)實際情況量身定制建設方案。同時，要分階段開展數(shù)字油田的建設工作，當前其層次分為高、中、低 3個層次。

（1）數(shù)字化階段。此階段通過應用有線和無線兩大技術，建設可以把控和維護傳感器液位計的某些數(shù)據(jù)的新系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以連接專業(yè)的數(shù)據(jù)庫和平臺，通過底部傳感器層的儀器將各類數(shù)據(jù)指標收集起來，包括指標圖、電流圖、機油壓力、套管壓力等信息，再利用網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)平臺進行組織和存儲，結(jié)合各個井和場所的歷史操作數(shù)據(jù)與當下狀態(tài)進行分析。將工作數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫方便員工查閱使用、進行數(shù)據(jù)分析等。大批量整合基礎數(shù)據(jù)，聯(lián)通應用平臺，從而建設成數(shù)據(jù)集成平臺系統(tǒng)，并一步步完善該高級系統(tǒng)，穩(wěn)步提升其質(zhì)量與規(guī)模，便利人員操作，通過判斷分析已知數(shù)據(jù)，實現(xiàn)準確作業(yè)。

（2）可視化程度。此階段，經(jīng)過數(shù)字化階段和整合高級數(shù)據(jù)其基礎良好，應用先進可視化技術可以時刻監(jiān)控油田視頻數(shù)據(jù)和警報的周長，然后，通過人臉識別等圖形分析技術與交互式語音警報功能、聯(lián)動語音報警功能，使油井現(xiàn)場偷竊和安全事故減少。同時，數(shù)字平臺的基本設備和油井可以手動啟動和停止，降低損失。在主控制室，對整個現(xiàn)場的操作可以完全掌控。

（3）智能建設。數(shù)字油田建設的頂峰階段，超越物聯(lián)網(wǎng)技術范疇，結(jié)合智能化，數(shù)據(jù)可以大批量分析處理。比如，收集指標表可以判斷液體供應是否充足，皮帶出現(xiàn)破裂后配置平臺會發(fā)出報警信號，及時通知工作人員遠程抬起油井。在油田生產(chǎn)中，實現(xiàn)智能開發(fā)、智能生產(chǎn)和智能管理決策。

3 數(shù)字化油田中自動化儀表應用

3.1 常用自動化儀表

（1）自動化儀表中壓力儀表。石油是生產(chǎn)生活中常見的能源，因其開采過程中比較危險，在建設數(shù)字化油田過程中，如果不注意壓力表變化，容易釀成事故。應按順序進行壓力表操作，因此，操作人員要熟悉整套順序流程，嚴格按照順序操作避免安全事故，引發(fā)人員生命財產(chǎn)損失。在使用中，需先對使用環(huán)境溫度進行測量，避免使用溫度不能過高影響其正常運作。壓力表需定期維護，及時進行問題排查與維護。壓力表可正確測量壓力，發(fā)現(xiàn)壓力過高時報警，避免造成危害。相關企業(yè)需安排專門的操作人員，按照其使用要求嚴格進行培訓。

（2）自動化儀表中溫度儀表。數(shù)字化油田建設中，需使用自動化儀表中溫度儀表，及時測量開采石油溫度，石油開采有著精確的溫度要求，一般要求達到300～1800℃，控制不到位容易造成安全事故。因此，要使用溫度儀表保證開采溫度，為實現(xiàn)準確測量，需采用接觸的測量方法。相關操作人員需注意各操作步驟避免操作不當。隨著時間的推移，將溫度變化記錄下來，及時采取事故預防。

3.2 DCS控制系統(tǒng)的應用

在采油生產(chǎn)中，自動化系統(tǒng)中的DCS控制系統(tǒng)要結(jié)合油氣生產(chǎn)管控一體化系統(tǒng)，以提高采油的效率和質(zhì)量，具體各部分應用如下。

（1）現(xiàn)場采集和控制部分?，F(xiàn)場采集就是全面收集數(shù)據(jù)信息，通過控制系統(tǒng)作用整合信息，整體上掌握采油信息，提升采油質(zhì)量與效率。

（2）網(wǎng)絡通信部分。網(wǎng)絡通信部分是DCS系統(tǒng)中重要組成部分，主要就是梳理和管理信息，及時統(tǒng)一發(fā)布信息，加強各系統(tǒng)與部門間聯(lián)系，確保采油作業(yè)中信息獲取順利不會受環(huán)境制約。

（3）監(jiān)控中心。在DCS系統(tǒng)中，監(jiān)控中心是核心部分，監(jiān)控信息主要就是流量、液位、采油溫度等，數(shù)據(jù)收集完成后續(xù)整合并傳輸?shù)街锌胤掌?，服務器對信息進行分析和歸類，依據(jù)信息內(nèi)容和分類再傳送給對應人員，提升采油質(zhì)量、效率和安全性。在采油過程中存在各因素的影響，往往容易導致數(shù)據(jù)缺失，具體原因可能是服務器配置不均衡、位置不合理等。因此，布置控制系統(tǒng)過程中，專業(yè)人員要全面了解采油化解，計算數(shù)據(jù)平均值，以此為依據(jù)設置傳輸服務器，從而實現(xiàn)對各個管道內(nèi)實際情況的掌握，便于及時發(fā)現(xiàn)問題、及時解決問題，實現(xiàn)安全、穩(wěn)定輸油。人工儀表在控制不穩(wěn)定，面臨多種限制因素，不適應數(shù)字化油田發(fā)展。因此，需推廣應用自動化儀表技術。但對于一些偏遠地區(qū)，其采油自動化系統(tǒng)難以及時健全和優(yōu)化，需提高自動化儀表的使用效率。

3.3 中央控制室與子站接入

（1）中央控制室。在操作過程中，DCS系統(tǒng)必須通過傳輸信號建立在中央控制室和從站之間聯(lián)系。在中央控制室中，DCS系統(tǒng)可以設置相應的子站并進行數(shù)據(jù)記錄，通過圖形方式記錄采集的數(shù)據(jù)和自我診斷系統(tǒng)運行狀態(tài)。DCS系統(tǒng)基于Windows系統(tǒng)操作，技術人員可升級更新DCS系統(tǒng)。獲得授權(quán)的情況下，可以依據(jù)現(xiàn)場實際情況對系統(tǒng)進行更新，保證使用效果。

（2）DCS系統(tǒng)的具體功能。DCS系統(tǒng)主要包含4方面功能：①該系統(tǒng)可以實時動態(tài)化監(jiān)控油田；②分析匯總采集的數(shù)據(jù)進行分析匯總，并以折線圖的方式展示分析結(jié)果；③各類報表的時間可以自動配置生成；④及時檢測現(xiàn)場工作中的數(shù)據(jù)，超出規(guī)定參數(shù)發(fā)出警報，閱讀和打印報告方便。

第一項功能下，DCS系統(tǒng)可以分類識別復雜數(shù)據(jù)，并對現(xiàn)場工作的特定條件動態(tài)監(jiān)視和評估。現(xiàn)場出現(xiàn)故障時，工作人員可以及時、準確定位，根據(jù)實際情況采取維護措施。第二項功能保證DCS系統(tǒng)運行，數(shù)據(jù)處理得以簡化，關鍵性數(shù)據(jù)可以以詳盡的方式顯示，工作人員可及時檢測現(xiàn)場各個階段工作產(chǎn)生的相關數(shù)據(jù)，并允許分析整理數(shù)據(jù)，方便工作人員快速、準確分析。第三項功能允許在精確處理工作中，產(chǎn)生不同聲明，員工在自己的IT設備上隨時查閱信息、導出必要聲明。傳統(tǒng)的自動化工作中這種導出聲明功能難以實現(xiàn)，員工需手動關聯(lián)打印機打印，工作量和時間成本增加，產(chǎn)生了更多生產(chǎn)成本支出。第四項功能是實時監(jiān)視系統(tǒng)，緊急情況下，可以與系統(tǒng)報警功能自動連接，工作人員據(jù)此判斷故障節(jié)點。相比以前的警報系統(tǒng)，其功能更加強大、速度快，安全平穩(wěn)運行各項程。

3.4 自動化儀表的誤差調(diào)整及其選擇原則

自動化儀表主要有絕對誤差、相對誤差和傳導誤差這3種形式，油田現(xiàn)場工作環(huán)境復雜會影響儀表使用，工作人員需及時管理維護，保證其運行良好。因此，儀表校正和選擇過程中，必須按照相關原則進行，即儀表選擇經(jīng)濟性原則、校正可靠性原則。具體要根據(jù)現(xiàn)場工作環(huán)境的需要選擇，全面了解其規(guī)格和功能等，結(jié)合經(jīng)濟性原則選擇合適儀表。之后應合理選擇投放點，避免位置設置不當加大成本，對石油工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生影響。此外，科技進步的同時，當前各種自動化系統(tǒng)也在不斷更新?lián)Q代，但其維護也更加復雜、成本更高。對此，工作人員應不斷學習提升維修技術水平，定期檢測已投放儀表，以便及時發(fā)現(xiàn)問題。在儀表使用過程中，會逐漸加大誤差，維修人員應遵循可靠性原則調(diào)節(jié)儀表，以適應工作需要。

4 自動化儀表應用中維護與故障處理

（1）加強儀表檢修。自動化儀表應用時，往往容易出現(xiàn)故障而對油田正常生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響，對此工作人員需定期檢修自動化儀表，排查其故障，降低故障發(fā)生概率。維修人員應承擔起自己的責任，定期、不定期檢查油田中自動化儀表，確保其存在問題被及時發(fā)現(xiàn)，從而及時解決，降低對油田作業(yè)的影響，保證儀表在運行中靈敏度與精度足夠，滿足數(shù)字化油田的生產(chǎn)效率要求。

（2）制定排污計劃。在自動化儀表運用過程中，操作人員需要對儀表基本情況和運行參數(shù)有全面了解，以避免操作方法不當而引發(fā)設備故障。此外，操作人員在完成儀表工作后，需及時進行排污作業(yè)，對此要制定細致的排污計劃。運用自動化儀表測量過程中，導壓管容易附著粉塵、油污等物質(zhì)，對測量精度產(chǎn)生嚴重影響，甚至引發(fā)大型事故。因此，操作人員需嚴格按照排污計劃表對自動化儀表進行排污工作，排污計劃的制定需要依據(jù)儀表工作狀態(tài)和工作環(huán)境進行，制定好后要確保落實執(zhí)行，維護儀表的運行能力。

（3）對儀表進行定期維護。工作人員在自動化儀表使用過程中需對其進行檢修維護，降低其使用中故障幾率，保證油田生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。在維護儀表過程中，需重視檢修其中一次元件，了解其具體保溫伴熱情況等運行狀態(tài)，尤其是在寒冷天氣下，該項為重點檢修項目。可以避免低溫環(huán)境下，凍壞元件而導致儀表無法正常運行。

5 結(jié)語

石油企業(yè)作為國家重點工業(yè)，在其改革升級中應堅持數(shù)字化道路，進一步加強數(shù)字化建設研究，有效應用各種自動化儀表，實現(xiàn)生產(chǎn)管理數(shù)字化，保障油田的可持續(xù)發(fā)展。