管桐 韓丹 王啟波 張德彬 李迎輝 高珊

1華北油田公司工程技術(shù)研究院

2冀東油田陸上油田作業(yè)區(qū)

3中國石油新疆油田分公司百口泉采油廠

4冀東油田開發(fā)技術(shù)公司

華北油田冀中區(qū)塊原油交接點(diǎn)多達(dá)40 余座，目前原油交接點(diǎn)主要采用體積計(jì)量的流量計(jì)配玻璃密度浮計(jì)的計(jì)量方式，計(jì)量過程全人工操作，采集原油計(jì)量體積、原油交接溫度、輸油壓力，人工取樣并化驗(yàn)原油密度和含水率，從而計(jì)算出純油量，最后交接計(jì)量人員手工填寫報(bào)表。這種計(jì)量方式工作效率低，所需人員多，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性差，已不能滿足油田地面系統(tǒng)優(yōu)化簡化、減員增效的需求。

隨著油田數(shù)字化的發(fā)展及油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)在華北油田的推廣，油田生產(chǎn)管理方式已由傳統(tǒng)經(jīng)營模式向數(shù)字化管理模式轉(zhuǎn)變，應(yīng)用信息化技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)已成為油田發(fā)展的趨勢[1-4]。為提高原油交接的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確度，提升原油交接管理效率，建立了一套全自動(dòng)原油管輸交接計(jì)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了含水在線分析技術(shù)、密度在線計(jì)算技術(shù)、交接計(jì)量報(bào)表自動(dòng)生成等功能，從而構(gòu)建數(shù)字化油田新業(yè)態(tài)、新模式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)計(jì)算、多級(jí)存儲(chǔ)，油氣生產(chǎn)、集輸?shù)慕y(tǒng)一監(jiān)管和少人無人值守，達(dá)到了減員增效的目的[5-6]。

1 系統(tǒng)概述

油田管輸交接計(jì)量系統(tǒng)總體架構(gòu)為四部分，分別是數(shù)據(jù)采集端、數(shù)據(jù)處理端、數(shù)據(jù)傳輸端與服務(wù)器端（圖1）。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 Overall system architecture

（1）數(shù)據(jù)采集端主要為各類計(jì)量設(shè)備，包括精度為±0.1%的雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、精度為±0.5%射頻式含水在線分析儀、科里奧利密度計(jì)、壓力變送器、溫度變送器，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集混合液的體積、含水、密度、壓力、溫度等參數(shù)。

（2）數(shù)據(jù)處理端主要包括計(jì)量單元及上位機(jī)。計(jì)量單元包括PLC、顯示屏等組件，負(fù)責(zé)收集各計(jì)量設(shè)備的數(shù)據(jù)并計(jì)算純油量，計(jì)量單元通過RS485端口將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)。在上位機(jī)上部署Intouch 組態(tài)軟件及SQL Server 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，用Intouch 來展示原油交接計(jì)量流程及參數(shù)，并將這些參數(shù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到本地?cái)?shù)據(jù)庫。現(xiàn)場人員可登陸網(wǎng)頁“油田管輸交接計(jì)量系統(tǒng)”進(jìn)行數(shù)據(jù)核對(duì)、報(bào)表錄入等工作。報(bào)表生成后，交接計(jì)量數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫中。

（3）數(shù)據(jù)傳輸端是根據(jù)各采油廠油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)現(xiàn)狀，采用油田局域網(wǎng)進(jìn)行傳輸，各個(gè)站點(diǎn)通過光纜通信的方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接吞锎髷?shù)據(jù)中心的服務(wù)器端。

（4）服務(wù)器位于油田大數(shù)據(jù)中心，在服務(wù)器上部署B(yǎng)/S 架構(gòu)的“油田管輸交接計(jì)量系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和其他各個(gè)機(jī)關(guān)處室能夠監(jiān)測和管理原油交接計(jì)量數(shù)據(jù)信息。

2 自動(dòng)交接計(jì)量流程

該系統(tǒng)以計(jì)量單元為基礎(chǔ)，利用雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、含水在線分析儀、密度計(jì)、溫度及壓力變送器，測量來液的體積流量、含水、混液工況下密度、溫度及壓力，并將各數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)量單元中。計(jì)量單元根據(jù)GB/T 1885—1998《石油計(jì)量表》將混液工密轉(zhuǎn)換為混液標(biāo)況下密度，手動(dòng)輸入人工化驗(yàn)的純油、純水的密度值，通過計(jì)量單元計(jì)算來液中的油、水比例和純油量（圖2）。

圖2 管輸自動(dòng)交接計(jì)量流程Fig.2 Automatic custody transfer metering process of pipeline transportation

目前各交接站點(diǎn)管輸交接來液為處理后的凈化油，含水率為±1%，采用射頻式含水在線分析儀測量含水率，考慮到溫度、壓力等因素對(duì)含水率的影響，對(duì)影響含水率的偏差進(jìn)行補(bǔ)償，提高含水測量準(zhǔn)確度。流量計(jì)計(jì)量算法是基于GB/T 1885—1998《石油計(jì)量表（原油部分）》和GB/T 9109.5—2017《石油和液體石油產(chǎn)品動(dòng)態(tài)計(jì)量（第5 部分：油量計(jì)算）》構(gòu)建的[7-8]，并采用基本誤差法進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，即流量計(jì)運(yùn)行期間，如果其誤差在允許的基本誤差（±0.2%）限內(nèi)，則流量計(jì)系數(shù)MF 視同為1.000 0，即不對(duì)流量計(jì)示值誤差進(jìn)行修正，所計(jì)量的油品體積量經(jīng)溫度、壓力及扣除含水等修正后的數(shù)量即為貿(mào)易雙方認(rèn)可的交接數(shù)量。

現(xiàn)場相關(guān)儀表設(shè)備數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳，取消人工錄入，每10 s 采集一次，每1 min 刷新一次，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、報(bào)警、報(bào)表的自動(dòng)生成。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 軟件架構(gòu)

系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，采用數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層及數(shù)據(jù)展示層3種模型進(jìn)行系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)與開發(fā)，在網(wǎng)頁端進(jìn)行計(jì)量數(shù)據(jù)的展示及分析。該系統(tǒng)部署在局域網(wǎng)中，通過Web 服務(wù)提供數(shù)據(jù)的雙向傳送，軟件架構(gòu)如圖3所示。

圖3 軟件架構(gòu)Fig.3 Software architecture

后臺(tái)采用Spring Boot框架，利用面向切面編程進(jìn)行聲明式的事務(wù)管理，整合多種持久化技術(shù)管理數(shù)據(jù)，并通過創(chuàng)建業(yè)務(wù)層接口API與前臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)請(qǐng)求與響應(yīng)，以Jason的數(shù)據(jù)格式來展示[9-10]。設(shè)計(jì)了預(yù)留接口，基于松耦合架構(gòu)可輕松實(shí)現(xiàn)后期功能擴(kuò)展、數(shù)據(jù)共享等功能，數(shù)據(jù)共享可提供Jason 格式、XML 格式等不同形式接口，具體按需求定制。前端采用的是Vue+ElementUI 的管理框架，動(dòng)態(tài)路由，權(quán)限驗(yàn)證，提煉了典型的業(yè)務(wù)模型，能夠提供豐富的功能組件，快速搭建產(chǎn)品原型。

3.2 功能設(shè)計(jì)

油田管輸交接計(jì)量系統(tǒng)（圖4）主要有4 個(gè)功能模塊，分別是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、計(jì)量分析、系統(tǒng)管理。

圖4 系統(tǒng)功能模塊Fig.4 System function modules

（1）數(shù)據(jù)采集模塊主要實(shí)時(shí)顯示計(jì)量單元收集的各類計(jì)量設(shè)備的數(shù)據(jù)，包括含水率、混合液體積流量、混合液工況下的密度、混合液標(biāo)況（20℃）下的密度、集輸溫度、集輸壓力、班累計(jì)純油質(zhì)量流量、日累計(jì)純油質(zhì)量流量等。

（2）數(shù)據(jù)查詢模塊?，F(xiàn)場工作人員、廠內(nèi)管理人員及公司領(lǐng)導(dǎo)可通過該模塊自選起止時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，可按起止時(shí)間查詢?nèi)A北油田各交接點(diǎn)的含水率、累計(jì)純油量、溫度、壓力等歷史數(shù)據(jù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)列表視圖，并可保存或下載到本地。

（3）計(jì)量分析模塊分為外輸交接日?qǐng)?bào)、計(jì)量憑證、曲線分析、原油計(jì)算器四個(gè)部分。外輸交接日?qǐng)?bào)模塊支持按時(shí)間段查詢并導(dǎo)出，計(jì)量憑證模塊具有上傳電子簽章、選擇和顯示功能。曲線分析模塊主要包括對(duì)人工化驗(yàn)與自動(dòng)交接測的含水率對(duì)比曲線、密度對(duì)比曲線、日累計(jì)純油量對(duì)比曲線，現(xiàn)場工作人員、廠內(nèi)管理人員及公司領(lǐng)導(dǎo)可選擇日期，對(duì)各類曲線進(jìn)行查看。原油計(jì)算器模塊可對(duì)手動(dòng)輸入的體積、含水率、密度等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到純油量。

（4）系統(tǒng)管理模塊主要包括人員權(quán)限管理、數(shù)據(jù)應(yīng)急恢復(fù)、站點(diǎn)管理三部分。人員權(quán)限管理模塊分為管理員、計(jì)量人員、石化人員三個(gè)級(jí)別，根據(jù)不同的工作量賦予不同的軟件操作權(quán)限。針對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)可能被意外刪除或沒有存儲(chǔ)等情況，增加了數(shù)據(jù)應(yīng)急恢復(fù)功能模塊，可選擇時(shí)間恢復(fù)計(jì)量數(shù)據(jù)。站點(diǎn)管理模塊分為作業(yè)區(qū)信息管理、交接點(diǎn)信息管理、原油交接計(jì)量參數(shù)、計(jì)量參數(shù)修改日志、修訂儀表底數(shù)五個(gè)部分。

4 應(yīng)用效果分析

目前油田管輸交接計(jì)量系統(tǒng)在華北油田8個(gè)廠際交接點(diǎn)現(xiàn)場安裝應(yīng)用，主要分布在廊坊、霸州、任丘與河間等工區(qū)，歷時(shí)6個(gè)月的調(diào)試，系統(tǒng)正式上線。雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、含水在線分析儀、密度計(jì)、溫度變送器、壓力變送器安裝在主管線上，在含水分析儀前端加裝除氣包，消除來液中游離的氣體。各計(jì)量設(shè)備采集的數(shù)據(jù)通過光纜傳輸?shù)接?jì)量單元中，計(jì)量單元位于機(jī)柜間，計(jì)量單元處理后的數(shù)據(jù)通過485端口上傳至上位機(jī)。

對(duì)XX站2020—2021年自動(dòng)交接系統(tǒng)與人工化驗(yàn)計(jì)量純油量的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，數(shù)據(jù)顯示自動(dòng)交接系統(tǒng)與人工化驗(yàn)計(jì)量純油量相差272.18 t，相對(duì)誤差為0.28%，符合貿(mào)易交接要求。通過該系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)了油田管輸交接數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、傳輸全過程自動(dòng)化和集中調(diào)控，目前8個(gè)站點(diǎn)已實(shí)現(xiàn)了交接計(jì)量無人值守，減少計(jì)量交接人員21 人，節(jié)約了人工成本，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，推動(dòng)了油田地面系統(tǒng)的優(yōu)化簡化，提升了原油交接管理水平。

5 結(jié)束語

通過對(duì)油田管輸交接計(jì)量系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用，表明該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)管輸原油的自動(dòng)交接計(jì)量，計(jì)量精度可滿足貿(mào)易交接要求，取消了人工化驗(yàn)含水流程，極大地減輕了計(jì)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了油田管輸交接計(jì)量數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、傳輸全過程自動(dòng)化和集中監(jiān)控，提升了交接計(jì)量的工作效率。