邢二濤（大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司）

薩北某油田共有7 個(gè)作業(yè)區(qū)，管理計(jì)量間300余座，分布在110 km2區(qū)域內(nèi)。計(jì)量間采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行管理模式：手動(dòng)量油和人工巡檢（儀表參數(shù)、運(yùn)行情況等），勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，同時(shí)由于計(jì)量間較為分散，需要耗費(fèi)大量人力、物力進(jìn)行日常運(yùn)營(yíng)；生產(chǎn)參數(shù)也不能及時(shí)反饋，需要員工定時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)抄寫，然后反饋到隊(duì)部匯總，再錄入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，上傳到作業(yè)區(qū)管理中心[1]。

近幾年隨著退休人員的增多，人力資源愈發(fā)緊張；另外根據(jù)開(kāi)發(fā)安排，未來(lái)幾年該油田還將增加上千口油水井，需要大量的工作人員進(jìn)行操作和管理，在自然減員的大形勢(shì)下，若仍采用現(xiàn)有的管理模式，人力資源將嚴(yán)重不足[2]。

因此，只有加快推進(jìn)計(jì)量間的數(shù)字化建設(shè)，找準(zhǔn)提質(zhì)增效、深化改革的契合點(diǎn)，滿足智慧油田的建設(shè)需要，才能擺脫目前的困境。

該油田已建設(shè)了完善的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（A11），計(jì)量間的數(shù)字化建設(shè)有了充分的依托，采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以經(jīng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳至上位機(jī)組態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)生產(chǎn)網(wǎng)在生產(chǎn)指揮中心實(shí)時(shí)監(jiān)控[3]。

1 計(jì)量間數(shù)字化改造內(nèi)容

無(wú)線通信具有投資低、施工簡(jiǎn)便、部署靈活等優(yōu)勢(shì)，因此，計(jì)量間通信采用無(wú)線傳輸方式。

1.1 U 型管自動(dòng)量油裝置

1）技術(shù)路線。傳統(tǒng)計(jì)量間一直采用手動(dòng)量油裝置，因此需要手動(dòng)記錄液位通過(guò)上下限的時(shí)間。手動(dòng)量油裝置需2～3 人緊密配合操作，而且受人為因素影響，在記錄數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大誤差；同時(shí)，液位達(dá)到上限后要及時(shí)打開(kāi)出口閥，否則就可能出現(xiàn)油氣溢出分離器情況，造成生產(chǎn)事故，尤其是油氣產(chǎn)量較高的油井。

更換為U 型管量油裝置后，僅需1 名員工打開(kāi)油氣出口閥、油氣進(jìn)口閥，啟動(dòng)電動(dòng)執(zhí)行器和多功能數(shù)傳儀，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)量油，并滿足對(duì)同一井連續(xù)多次量油，量油數(shù)據(jù)經(jīng)多功能數(shù)傳儀自動(dòng)換算為量油/氣數(shù)據(jù)結(jié)果，排除了人為因素影響；同時(shí)，由于U 型管的氣平衡作用，不會(huì)出現(xiàn)油氣溢出分離器情況[4]。U 型管自動(dòng)量油裝置原理見(jiàn)圖1。

圖1 U 型管自動(dòng)量油裝置原理Fig.1 Principle of U-tube automatic oil measuring device

針對(duì)傳統(tǒng)U 型管量油數(shù)據(jù)僅能就地顯示的情況，該數(shù)字化改造將量油數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線智能遠(yuǎn)程自動(dòng)采集與控制終端自動(dòng)上傳到作業(yè)區(qū)管理中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控[5]。

2）現(xiàn)場(chǎng)改造。計(jì)量分離器內(nèi)為油氣混合物，而更換U 型管量油裝置需要將分離器排氣管線與U型管上部連接，從而達(dá)到氣平衡以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)量油目的，這樣就需要對(duì)分離器進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)。為滿足動(dòng)火作業(yè)條件，需要將計(jì)量分離器內(nèi)的天然氣、污油排出。

為降低作業(yè)成本，合理調(diào)整作業(yè)流程。利用分離器內(nèi)高氣壓將污油排出，與常規(guī)作業(yè)方式相比，充分利用了油田伴生氣，降低了作業(yè)費(fèi)用，提高了作業(yè)效率；利用連通器原理，改變氣平衡管線連接位置，將動(dòng)火點(diǎn)由天然氣出氣管線，改到天然氣放空管線處（此處用截止閥可以切斷與分離器的連接），從而實(shí)現(xiàn)不進(jìn)行分離器氮?dú)庵脫Q動(dòng)火。計(jì)量分離器現(xiàn)場(chǎng)改造前、后情況見(jiàn)圖2。

圖2 計(jì)量分離器改造情況Fig.2 Transformation situation of the metering separator

1.2 無(wú)線遠(yuǎn)傳儀表

1）技術(shù)路線。計(jì)量間內(nèi)儀表主要參數(shù)為溫度和壓力。溫度測(cè)量采用10～20 個(gè)水銀溫度計(jì)；壓力測(cè)量采用3～4 塊就地顯示壓力表，其中計(jì)量分離器壓力表在3 m 高的分離器頂部，查看極為不便。

將計(jì)量間內(nèi)就地顯示的溫度、壓力儀表全部更換為無(wú)線傳輸?shù)膬x表（帶就地顯示功能），數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到作業(yè)區(qū)管理中心，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)儀表參數(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控[6]。

改造前，每個(gè)計(jì)量間需要1 名員工每2 h 檢查、抄寫一遍儀表數(shù)據(jù)，手動(dòng)錄入并上傳數(shù)據(jù)，工作量大、效率低，不能隨時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)變化，也不能實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；改造后，儀表數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)上傳，可以隨時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的變化情況，管理中心值班員工可以監(jiān)控轄區(qū)內(nèi)所有計(jì)量間的數(shù)據(jù)情況，減少了員工數(shù)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)安全性[7]。

2）現(xiàn)場(chǎng)改造。將計(jì)量摻水匯管、集油匯管、計(jì)量分離器的壓力表更換為無(wú)線遠(yuǎn)傳壓力變送器，將測(cè)量單井集油支管溫度、摻水匯管溫度的水銀溫度計(jì)更換為無(wú)線遠(yuǎn)傳溫度變送器。

為減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，將無(wú)線傳輸?shù)膬x表（無(wú)線遠(yuǎn)傳壓力變送器、無(wú)線遠(yuǎn)傳溫度變送器）全部使用電池供電，電池更換周期為3 a。

電池供電的儀表與有線供電的儀表相比，減少了現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)電纜的工程量，在計(jì)量間有限的空間內(nèi)，不再進(jìn)行破拆墻面、地面用以布設(shè)電纜，減輕了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了維護(hù)工作量，安全性也大大提高。

1.3 安裝無(wú)線監(jiān)控?cái)z像頭

1）技術(shù)路線。目前，計(jì)量間以人工定期巡檢為主、不定期巡檢為輔，通過(guò)員工的實(shí)地查看，確定有無(wú)跑、冒、滴、漏等情況，確保生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行。這種方式耗費(fèi)大量人力、物力，同時(shí)在巡檢間隙的生產(chǎn)異常情況也無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。在計(jì)量間內(nèi)安裝無(wú)線監(jiān)控?cái)z像頭，可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)情況，節(jié)省人力、物力，異常情況也可以及時(shí)收到反饋，避免事故擴(kuò)大造成損失增加。

2）現(xiàn)場(chǎng)改造。在計(jì)量間合理位置安裝無(wú)線監(jiān)控?cái)z像頭，確保攝像頭可以監(jiān)控到主要間內(nèi)主要工藝閥組、設(shè)備。為減少現(xiàn)場(chǎng)工程量，節(jié)省工程成本，電纜采用計(jì)量間外布設(shè)，間內(nèi)不再開(kāi)挖電纜溝。

1.4 智能遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制終端裝置

在計(jì)量間值班室安裝智能遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制終端裝置（Z-RTU）[8]，該裝置將末端檢測(cè)儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與遠(yuǎn)程主控制系統(tǒng)連接起來(lái)，具有數(shù)據(jù)采集、控制和通信功能，完成計(jì)量間內(nèi)生產(chǎn)過(guò)程中工藝參數(shù)（壓力、溫度、量油/氣數(shù)據(jù)）的采集、控制和數(shù)據(jù)上傳功能[9]。

1.5 數(shù)據(jù)流向

計(jì)量間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)運(yùn)營(yíng)商4G 網(wǎng)絡(luò)及VPDN專線進(jìn)入油田生產(chǎn)指揮中心，經(jīng)指揮中心二次安全認(rèn)證及DMZ 區(qū)域，最終進(jìn)入薩北某油田所屬各作業(yè)區(qū)的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)并傳輸至作業(yè)區(qū)生產(chǎn)管理中心，由設(shè)置在作業(yè)區(qū)生產(chǎn)管理中心的組態(tài)服務(wù)器完成計(jì)量間的數(shù)據(jù)接入。

2 效果分析

2.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

1）改造費(fèi)用。每個(gè)計(jì)量間需改造U 型管量油裝置1 套，全部改造費(fèi)用為3.77 萬(wàn)元；需改造3 塊無(wú)線遠(yuǎn)傳壓力變送器、10～15 塊無(wú)線遠(yuǎn)傳溫度變送器，改造費(fèi)用為1.44 萬(wàn)元；需安裝1 套監(jiān)控?cái)z像頭，配套安裝交換器等設(shè)備，改造費(fèi)用為0.87 萬(wàn)元；需要安裝1 套智能遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制終端裝置，全部費(fèi)用為0.64 萬(wàn)元。綜上所述，單個(gè)計(jì)量間數(shù)字化改造費(fèi)用為6.72 萬(wàn)元，該油田計(jì)量間數(shù)字化改造總費(fèi)用為2 029 萬(wàn)元。

2）節(jié)約成本。改造前2 名員工管理2 座計(jì)量間，2 名員工白班、夜班兩班倒；1 名員工配合量油，每天量油2 個(gè)間；每個(gè)作業(yè)區(qū)有1 名后線員工負(fù)責(zé)錄取、上傳計(jì)量間數(shù)據(jù)；一線員工每人配備1臺(tái)電瓶車用于往返。改造后1 名員工每天量油5 個(gè)間；作業(yè)區(qū)管理中心配備6 名員工輪班值守；一線員工每人配備1 臺(tái)電瓶車用于往返。

與改造前相比，用工量減少了232 人，減少67%；車輛減少了272 臺(tái)，減少80%；年總成本降低了1 351萬(wàn)元（人工15萬(wàn)元/a，車輛1.2萬(wàn)元/a）[10]，減少27%。改造前后對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 薩北油田某區(qū)塊計(jì)量間數(shù)字化改造前后對(duì)比Tab.1 Comparison of digital transformation of measuring room before and after transformation in a certain oilfield in Sabei oilfield

2.2 社會(huì)效益分析

1）提高了工作質(zhì)量和勞動(dòng)效率。單井量油準(zhǔn)確性提高，與功圖量油數(shù)據(jù)對(duì)比，誤差在2%左右；儀表數(shù)據(jù)的反饋時(shí)間由12 h 縮短為10 min，提高了數(shù)據(jù)監(jiān)控的實(shí)時(shí)性；現(xiàn)場(chǎng)情況實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控，減輕了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，也降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）提升了安全環(huán)保健康水平。日常生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，故障實(shí)時(shí)報(bào)警，能夠及時(shí)掌控現(xiàn)場(chǎng)情況。異常發(fā)現(xiàn)時(shí)間由原來(lái)3～8 h，變?yōu)閷?shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)，安全環(huán)保事件得到及時(shí)處理，避免小事件演變?yōu)榇笫鹿?。?jì)量間實(shí)現(xiàn)了按需巡檢、遠(yuǎn)程調(diào)控、無(wú)人值守，減少了員工在高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境下的操作次數(shù)。

3）計(jì)量間數(shù)字化的建設(shè)與應(yīng)用充分依托油田已建的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（A11），改變了過(guò)去傳統(tǒng)的、經(jīng)驗(yàn)的、甚至粗放的管理模式，使油田管理更加規(guī)范、科學(xué)、精細(xì)。

計(jì)量間數(shù)字化的推廣應(yīng)用，促進(jìn)了油田管理水平的提升、勞動(dòng)組織的主動(dòng)變革。更為重要的是促進(jìn)了干部員工思想觀念、管理理念的重大轉(zhuǎn)變，以計(jì)量間數(shù)字化為契機(jī)，該油田進(jìn)一步提出了“四化”（數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、監(jiān)控分析系統(tǒng)化、調(diào)度指揮一體化、生產(chǎn)運(yùn)行智能化）的管理模式，使管理水平進(jìn)一步提高。

3 結(jié)論及建議

1）在傳統(tǒng)的U 型管量油裝置的基礎(chǔ)上，計(jì)量間數(shù)字化改造使量油數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)上傳、遠(yuǎn)程監(jiān)控，既方便了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（對(duì)于量油數(shù)據(jù)異常的井），又便于管理中心迅速下達(dá)重復(fù)量油的指令，提高量油效率。

2）通過(guò)優(yōu)化改造方案，提高了改造效率，節(jié)約了改造成本。

3）計(jì)量間數(shù)字改造可以節(jié)省人力物力，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，降低運(yùn)營(yíng)成本。

4）計(jì)量間數(shù)字化改造提高了資料準(zhǔn)確性。通過(guò)數(shù)字化建設(shè)，計(jì)量間數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)上傳，各級(jí)管理人員能及時(shí)掌握生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、信息關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)共享，減少人為失誤，資料更加準(zhǔn)確。

5）通過(guò)實(shí)施油田信息化建設(shè)，計(jì)量間內(nèi)各類數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、處理與應(yīng)用，改變了過(guò)去傳統(tǒng)的、經(jīng)驗(yàn)的、甚至粗放的管理模式。管理模式轉(zhuǎn)型再造，信息系統(tǒng)整合升級(jí)，促進(jìn)了管理組織模式和勞動(dòng)組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提升了科學(xué)決策和管理水平，降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本，提高了生產(chǎn)本質(zhì)安全。