謝遠(yuǎn)新，黃 藍(lán)，郭梁柱，屈 藝

（西南油氣田公司蜀南氣礦，四川瀘州 646000）

1 背景

某頁巖氣田是勘探、開發(fā)、生產(chǎn)頁巖氣的專業(yè)化區(qū)塊，由于頁巖氣的開發(fā)特性，在完善頁巖氣井的過程中會實(shí)施大型加砂壓裂施工，使得氣井在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)出大量的水和砂，對生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生沖蝕、堵塞等損壞現(xiàn)象，使設(shè)備不能正常工作，造成設(shè)備運(yùn)行參數(shù)超限，站控系統(tǒng)報(bào)警數(shù)量增多。頁巖氣的開發(fā)屬于低效開發(fā)，所以在設(shè)備設(shè)施的使用方面也是受到了限制，由于設(shè)備設(shè)施的選型不合理，造成設(shè)備失效、儀表故障、傳輸偏離等現(xiàn)象產(chǎn)生大量報(bào)警。目前該氣田處于上產(chǎn)階段，產(chǎn)能建設(shè)快，建設(shè)過程中難免會遺留一些不完善的地方，也為無效報(bào)警的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。如在野外使用紅外線可燃?xì)怏w檢測儀，因微小動物的侵入會引發(fā)大量的誤報(bào)警；如除砂器采用的過濾原理，因液體的流動阻力大也會造成除砂器的差壓超限等。由于誤報(bào)警、無效報(bào)警的數(shù)量過大，使得員工無法認(rèn)真處置每條報(bào)警信息，使得真正起有警示作用的報(bào)警被忽略，為生產(chǎn)安全埋下隱患。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查

該氣田管理中心站3座，脫水站1座，集氣站8座，井組109座。目前在SCADA系統(tǒng)中設(shè)置的報(bào)警點(diǎn)位一共3629個點(diǎn)位。2022年共產(chǎn)生報(bào)警322947條，每月報(bào)警平均為26912.25條，每日報(bào)警平均為884.79條，具體每月報(bào)警總數(shù)詳見圖1；具體每月日均條數(shù)詳見圖2。

圖1 2022年每月報(bào)警總數(shù)

圖2 2022年每月日均條數(shù)

2022年高頻報(bào)警總共分為六大類，分別是液位報(bào)警、除砂器差壓報(bào)警、可燃?xì)怏w報(bào)警、井安蓄能壓力報(bào)警、針閥后壓力報(bào)警以及其他報(bào)警。其中液位報(bào)警占2022年報(bào)警總數(shù)的54%，液位報(bào)警主要包括分離器液位、污水池液位報(bào)警；除砂器差壓報(bào)警占2022年報(bào)警總數(shù)的22%；可燃?xì)怏w報(bào)警占2022年報(bào)警總數(shù)的6%；井安蓄能壓力報(bào)警占2022年報(bào)警總數(shù)的4%；井口針閥后壓力報(bào)警占2022年報(bào)警總數(shù)的4%；其他報(bào)警則占10%。2022年高頻報(bào)警分類占比見下圖3。

圖3 2022年高頻報(bào)警分類占比

由以上數(shù)據(jù)可見，整個頻繁報(bào)警主要為液位報(bào)警以及除砂器差壓報(bào)警。

3 報(bào)警原因分析

3.1 設(shè)備自身故障

在生產(chǎn)過程中，所有的設(shè)備都可能發(fā)生故障，都會引發(fā)報(bào)警，但頁巖氣井的生產(chǎn)特性，這種現(xiàn)象尤為突出。如頁巖氣井生產(chǎn)過程的會產(chǎn)出大量的水和壓裂砂，這些介質(zhì)會對分離器的排液系統(tǒng)產(chǎn)生損壞或堵塞，造成運(yùn)行參數(shù)超限而引發(fā)報(bào)警。同時(shí)持續(xù)的不均勻的固、液介質(zhì)產(chǎn)出，會使此類參數(shù)發(fā)生持續(xù)的報(bào)警，如分離器排污調(diào)節(jié)閥和截?cái)嚅y內(nèi)漏。運(yùn)行參數(shù)的值來源于檢測儀表，此信號還要經(jīng)過線路、浪涌、隔離柵、I/O模塊等設(shè)備，只要此過程的任一設(shè)備出現(xiàn)故障都會引發(fā)報(bào)警。

3.2 內(nèi)外部干擾影響

頁巖氣的開發(fā)屬于一個新興的活動，沒有什么可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，一切都是摸索著前行，難免會出現(xiàn)設(shè)備選型不合理的現(xiàn)象，這也可能引發(fā)大量的報(bào)警。如整個頁巖氣區(qū)塊都是處在一個野外環(huán)境，選用固定式紅外線可燃?xì)怏w檢測儀，由于野外存在眾多的小動物，當(dāng)進(jìn)入檢測儀的檢測腔時(shí)，會觸發(fā)誤報(bào)警；又如排采平臺的分離器排液系統(tǒng)沒有采用抗沖蝕的工藝，導(dǎo)致設(shè)備失效率高，也會引發(fā)報(bào)警。

環(huán)境不可避免地都會有噪聲和干擾的存在，噪聲指在信號檢測的領(lǐng)域內(nèi)，系統(tǒng)檢測和傳輸?shù)挠杏眯盘栆酝獾囊磺行盘柧环Q為噪聲。干擾指具有一定幅值和一定強(qiáng)度、能夠影響檢測系統(tǒng)正常工作的噪聲被稱為干擾。由于噪聲和聲干擾在存在，使得即使被檢測值是一個定值，但通過線路和線路上的設(shè)備，加上檢測儀器的精度，以及干擾的隨機(jī)性，差模干擾或共模干擾的介入，進(jìn)入控制器的值會是一個在定值附近波動的值。而站控系統(tǒng)設(shè)定的報(bào)警值是一個定值，當(dāng)運(yùn)行定值等于報(bào)警值時(shí)，檢測值會在報(bào)警值上下波動，不斷地產(chǎn)生報(bào)警和復(fù)位，一個超限過程會產(chǎn)生無限多的報(bào)警數(shù)。

3.3 報(bào)警設(shè)置、管理機(jī)制需完善

報(bào)警參數(shù)的設(shè)置是為了滿足前的運(yùn)行條件的要求，但生產(chǎn)運(yùn)行條件不是恒定的，當(dāng)運(yùn)行條件發(fā)生改變時(shí)，若沒有及時(shí)地修改報(bào)警參數(shù)，將會引發(fā)大量的報(bào)警。現(xiàn)場所投用的生產(chǎn)設(shè)備，是根據(jù)氣井正常生產(chǎn)時(shí)的條件設(shè)計(jì)的，當(dāng)氣井的生產(chǎn)制度發(fā)生變化時(shí)，現(xiàn)行設(shè)備已不能滿足現(xiàn)生產(chǎn)制度下的運(yùn)行參數(shù)，也會引發(fā)報(bào)警。由于頁巖氣田面廣點(diǎn)多，投產(chǎn)時(shí)間跨度大，工藝設(shè)備維修和改造的施工作業(yè)多，有的施工可能會影響到檢測儀器儀表的正常工作，如果沒有對此實(shí)行相應(yīng)的措施，會引發(fā)報(bào)警。

4 制定對策

4.1 針對生產(chǎn)設(shè)備故障造成運(yùn)行參數(shù)超限引發(fā)的報(bào)警的對策

對于由于設(shè)備故障引發(fā)的報(bào)警，通過對該報(bào)警點(diǎn)報(bào)警時(shí)段實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線的分析，根據(jù)故障設(shè)備的現(xiàn)象和原因，確定維修方案，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。如分離器的液位曲線，在確保開關(guān)量或模擬量控制的調(diào)節(jié)閥達(dá)到0%開度時(shí)的液位高于低報(bào)設(shè)定值的前提下，如果此點(diǎn)發(fā)生低報(bào)，說明此排液調(diào)節(jié)閥有故障；如果出現(xiàn)此液位值低于低低報(bào)設(shè)定值，或直接歸0%，則表明此排液控制系統(tǒng)的截?cái)嚅y故障，或調(diào)節(jié)閥內(nèi)漏、卡阻，或執(zhí)行器故障等，協(xié)調(diào)場站管理技術(shù)干部及相關(guān)運(yùn)維人員到現(xiàn)場進(jìn)行排查，就能明確故障點(diǎn)，并以對應(yīng)的措施進(jìn)行整改。

4.2 針對參數(shù)檢測系統(tǒng)故障引發(fā)的報(bào)警的對策

對于參數(shù)檢測系統(tǒng)故障引發(fā)的報(bào)警，有其鮮明的特點(diǎn)，此類報(bào)警的實(shí)時(shí)曲線多數(shù)突變，或高頻率大幅度波動。如變送器故障，曲線的表現(xiàn)形式多為高頻率大幅度的波動，且多是連續(xù)的；如傳輸線路故障多為曲線歸0%；隔離柵故障多為間隙式的突變等。協(xié)調(diào)信息管理技術(shù)干部及相關(guān)運(yùn)維人員到現(xiàn)場進(jìn)行排查，就能明確故障點(diǎn)，并以對應(yīng)的措施進(jìn)行整改。

4.3 針對由于設(shè)備故障在管理方面的對策

為降低因設(shè)備故障產(chǎn)生的報(bào)警數(shù)量過多的情況。加快設(shè)備故障處置進(jìn)度，由中心站及時(shí)按事故事件管理進(jìn)行上報(bào)，按現(xiàn)場實(shí)際情況制定整改期限，優(yōu)先安排重復(fù)報(bào)警的設(shè)備故障的恢復(fù)工作，有效地降低報(bào)警數(shù)量。加強(qiáng)設(shè)備故障的跟蹤管理，定期統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)數(shù)據(jù)，積極做好備品備件，縮短處理周期，降低因設(shè)備故障產(chǎn)生過多報(bào)警。緊急任務(wù)時(shí)趕赴現(xiàn)場的運(yùn)維承包商響應(yīng)時(shí)間原則上不超過4 h。

4.4 針對報(bào)警參數(shù)不合理的對策

報(bào)警參數(shù)應(yīng)根據(jù)該點(diǎn)當(dāng)下的運(yùn)行參數(shù)值整定，但該氣田點(diǎn)多面廣，生產(chǎn)制度改變快，各點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)變化大。所以對場站管理人員，要隨時(shí)了解各項(xiàng)工程，分析工程的實(shí)施可能引發(fā)運(yùn)行參數(shù)的變化，跟蹤工程的實(shí)施情況，在工程施工完成，新的工藝使用前，預(yù)計(jì)新的參數(shù)運(yùn)行范圍，并以此為依據(jù)整定新的報(bào)警參數(shù)，而不是被動地修改，以避免報(bào)警參數(shù)不合理引發(fā)的報(bào)警。

在管理方面，組織各專業(yè)管理人員結(jié)合安全風(fēng)險(xiǎn)、現(xiàn)場工況等實(shí)際適時(shí)優(yōu)化報(bào)警參數(shù)臺賬，本質(zhì)上避免無效頻繁報(bào)警；完善關(guān)鍵點(diǎn)位（關(guān)鍵閥門狀態(tài)、可燃?xì)怏w報(bào)警、進(jìn)出站壓力報(bào)警等）報(bào)警組態(tài)及設(shè)置，為安全管控做好報(bào)警信息支撐；優(yōu)化參數(shù)變更流程，及時(shí)根據(jù)運(yùn)行工況對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，避免參數(shù)長時(shí)間未修改導(dǎo)致報(bào)警發(fā)生。

4.5 針對生產(chǎn)制度不符合引發(fā)的報(bào)警的對策

由于生產(chǎn)制度的不合理，其運(yùn)行條件偏離了設(shè)備的處理能力，從而引發(fā)報(bào)警。如泡沫排水采氣工藝的起泡劑的加注方式、量、周期及消泡劑的加注量、周期等，若不能匹配，會造成消泡不徹底，在液位計(jì)中產(chǎn)生氣泡段引發(fā)液位高報(bào)警。所以在管理方面，現(xiàn)階段以治理報(bào)警為基礎(chǔ)，優(yōu)化工藝的生產(chǎn)制度，在保證生產(chǎn)的前提下，保證各運(yùn)行參數(shù)不超限。

4.6 針對施工作業(yè)引發(fā)的報(bào)警的對策

由于頁巖氣井的布局密度高，生產(chǎn)規(guī)律變化大，所以流程或工藝的適應(yīng)性改造的量大，導(dǎo)致施工作業(yè)多。而在所有的施工作業(yè)中都可能改變生產(chǎn)制度，致使運(yùn)行參數(shù)偏離初始設(shè)置值而引發(fā)報(bào)警。如井組的增壓工程碰頭施工，放空時(shí)會使壓力、液位等達(dá)到0；如井口裝置安裝油管作業(yè)，會拆移井口裝置及其所有附件，井口裝置上的所有運(yùn)行參數(shù)也會歸0，若此時(shí)沒有對作業(yè)涉及的參數(shù)點(diǎn)的報(bào)警進(jìn)行相應(yīng)的處置，便會引發(fā)大量的報(bào)警。所以管理人員應(yīng)密切關(guān)注各項(xiàng)施工作業(yè)，只要有涉及可能引發(fā)報(bào)警的點(diǎn)，都要進(jìn)行相應(yīng)的處置，避免無效報(bào)警的干擾。針對此類情況，在管理方面，要求管理人員在施工中涉及儀器儀表及信息化方面的施工作業(yè)及新、改、擴(kuò)等投運(yùn)中，應(yīng)在方案編寫階段，將儀器儀表拆除、信息化聯(lián)鎖及報(bào)警參數(shù)屏蔽及恢復(fù)時(shí)聯(lián)鎖測試等要求寫入施工方案里面。

4.7 針對強(qiáng)外部干擾引發(fā)報(bào)警的對策

對于強(qiáng)烈的電網(wǎng)電壓波動、電磁輻射、高壓電源漏電、工業(yè)電火花干擾、雷電干擾等所產(chǎn)生的偏差幅度大、時(shí)間短，都是毫秒級的，故在此時(shí)選用“延時(shí)報(bào)警時(shí)間”功能，此功能的作用是當(dāng)檢測值超限時(shí)（大于或小于）報(bào)警值，開始計(jì)時(shí)，延時(shí)結(jié)束時(shí)，檢測值一直超限于（大于或小于）報(bào)警值，則產(chǎn)生報(bào)警；如果在延時(shí)時(shí)間內(nèi)，沒有滿足檢測值一直超限于（大于或小于）報(bào)警值這一條件時(shí)，則不會產(chǎn)生報(bào)警，如此循環(huán)，以區(qū)分運(yùn)行參數(shù)的緩變強(qiáng)烈干擾引發(fā)的突變，把此類因?yàn)楦蓴_而引發(fā)的報(bào)警過濾，但在運(yùn)行曲線里會有記錄。此延時(shí)報(bào)警時(shí)間不能設(shè)置過長，若時(shí)間過長則會把一些設(shè)備故障引發(fā)的高頻率大幅度報(bào)警過濾掉，將會導(dǎo)致設(shè)備故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，目前設(shè)置值均小于100毫秒，但具體要根據(jù)檢測儀表的位置而引發(fā)的偏差值確定，此偏差值可由現(xiàn)場校驗(yàn)儀表得到。

4.8 針對內(nèi)部干擾引發(fā)報(bào)警的對策

對于電路的過渡過程、寄生反饋、內(nèi)部電磁場等引起的干擾，所產(chǎn)生的偏差和特點(diǎn)是幅度小、面廣，幾乎所有檢測系統(tǒng)都存在這個現(xiàn)象，此時(shí)選用“高低偏差界限值”功能，此功能的作用是當(dāng)檢測值超限于（大于或小于）報(bào)警值時(shí)，報(bào)警發(fā)生，只有滿足檢測值小于或大于報(bào)警值再減去或加上高低偏差界限值條件時(shí)，系統(tǒng)才能自行復(fù)位（只有在復(fù)位的條件下，才能因超限引發(fā)報(bào)警，有的SCADA系統(tǒng)還有死區(qū)過濾功能，此功能是在報(bào)警值上的兩側(cè)形成新的報(bào)警值和復(fù)位值），此值也不能設(shè)定過大，過大后過濾掉一些正常的報(bào)警，我們的經(jīng)驗(yàn)是此值不超過儀表的量程的1%，這個量的確定是根據(jù)儀表的精度和噪聲干擾的誤差疊加的最大值而得。

5 結(jié)論及展望

通過以上的相關(guān)報(bào)警治理對策，開展報(bào)警治理以來，該氣田2022年12月日均報(bào)警156條，環(huán)比2022年1月日均報(bào)警2075條下降92.48%，有效改善了SCADA系統(tǒng)中報(bào)警泛濫的現(xiàn)象。通過報(bào)警治理，實(shí)現(xiàn)了員工管理經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù)運(yùn)行規(guī)律的有效結(jié)合。