李鵬,曾路,張喻鵬,汪春華,唐平安

(中國石油塔里木油田分公司,新疆 庫爾勒 841000)

隨著油田自動化程度不斷提高,場站無人值守改造廣泛被應(yīng)用于試采點(diǎn)、集輸點(diǎn)以及油氣井的場站和聯(lián)合站,但是目前由場站無人值守在西北地區(qū)的油田,由于分布面積大,人員維修時(shí)間長等特點(diǎn),長期處于概念階段,未有效實(shí)施,且實(shí)施過程及不同階段所遇問題并沒有一個系統(tǒng)地總結(jié)和借鑒,難以形成合理的理論依據(jù)。早在2006年關(guān)永晉[1]通過PLC網(wǎng)絡(luò)控制空壓機(jī)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)無人值守,提出了自動化水平的提升無人值守是一個鮮明的發(fā)展趨勢,而后2008沐峻丞等人[2]通過試點(diǎn),對新疆油田某區(qū)塊進(jìn)行了注汽站無人值守巡檢模式的嘗試,這是西北地區(qū)最早的探索,為后續(xù)實(shí)施提供了一定的基礎(chǔ)。2023年李秉軍[3]等人從工藝參數(shù)控制、監(jiān)控平臺、自動化儀表管理等措施入手,明確了無人值守的具體方面,為塔里木油田無人值守提供了一定的經(jīng)驗(yàn),但是由于環(huán)境以及油品性質(zhì)的不同,具體的無人值守階段特點(diǎn)并沒有明確的借鑒[4-6],因此結(jié)合塔里木油田某采油氣管理區(qū)具體實(shí)施無人值守改造過程,通過數(shù)據(jù)總結(jié)和分析,系統(tǒng)總結(jié)了西北地區(qū)井站一體化的無人值守階段特點(diǎn),為后續(xù)智能油田發(fā)展提供一定的借鑒和理論依據(jù)。

1 井站一體化無人值守改造的過程

在不斷的產(chǎn)能開發(fā)過程中,新老地面建設(shè)呈現(xiàn)出兩極分化的局面,新裝置自動控制程度高,具備完善的聯(lián)鎖應(yīng)急流程,舊裝置自動化程度低,工藝控制主要依托機(jī)械式調(diào)節(jié)設(shè)備,應(yīng)急依靠人員反應(yīng)控制與現(xiàn)場拉油,沒有應(yīng)急流程,急需進(jìn)行改造以達(dá)到無人值守條件,以實(shí)現(xiàn)少人高效的運(yùn)行模式。為全面推行無人值守,管理區(qū)形成了從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)運(yùn)行的全流程標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)模式,兼顧產(chǎn)能建設(shè)與舊裝置改造,使得無人值守快速推進(jìn)。

1.1 處理能力分析

在無人值守之前,首先需要對場站的處理能力進(jìn)行分析,根據(jù)主要設(shè)備處理能力與臺數(shù),計(jì)算場站的外輸油與外輸氣的處理能力,并通過模擬流體流速,計(jì)算管輸能力。最后通過目前產(chǎn)量配比與具體實(shí)際情況,對場站進(jìn)行適應(yīng)性分析。以某轉(zhuǎn)油站為例,場站中主要設(shè)備有分離器、外輸泵、壓縮機(jī),具體的參數(shù)見表1。

表1 某場站設(shè)備設(shè)施參數(shù)

通過與研究院協(xié)同計(jì)算,具體的參數(shù)如下表2所示。

表2 模擬計(jì)算場站適應(yīng)分析

通過表2,對場站的處理能力進(jìn)行分析,可以通過增加分離器或者外輸泵數(shù)量的方法解決場站的處理能力的不足,或者通過集輸復(fù)線增加管網(wǎng)的技術(shù)能力,以此實(shí)現(xiàn)流程工藝上滿足無人值守的硬性要求。

1.2 場站設(shè)備無人值守功能完善

根據(jù)場站不同設(shè)備設(shè)施類別,前期工作需要完善各設(shè)備設(shè)施的功能以滿足無人值守要求,通過分析形成表3。

表3 無人值守站場各設(shè)備功能

1.3 老舊裝置改造

針對已建老舊試采點(diǎn)、中小型站場,無人值守改造工作采用“先試點(diǎn)、后推廣”的思路。試點(diǎn)由改造難度最小,生產(chǎn)運(yùn)行最平穩(wěn)的井站開展,試點(diǎn)改造完成,試運(yùn)行平穩(wěn)后開始逐步推廣。全面分析有人值守的中小型場站和井場的運(yùn)行現(xiàn)狀,從每條工藝流程、每項(xiàng)日常操作、每個運(yùn)行環(huán)節(jié)進(jìn)行梳理,查找實(shí)現(xiàn)無人值守的制約因素并一一消除。

1)優(yōu)化工藝流程,完善應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)。如圖1對計(jì)轉(zhuǎn)站分離器氣相自力式調(diào)節(jié)閥、液相機(jī)械式液位調(diào)節(jié)閥進(jìn)行改造,更換為電動調(diào)節(jié)閥,氣路現(xiàn)場壓力表更換為遠(yuǎn)傳壓力表,與氣相調(diào)節(jié)閥進(jìn)行聯(lián)鎖控制,現(xiàn)場磁翻板液位計(jì)增加磁致伸縮液位計(jì),與液相調(diào)節(jié)閥進(jìn)行聯(lián)鎖控制。完善緊急泄放流程,實(shí)現(xiàn)分離器氣路調(diào)壓放空,壓力平穩(wěn)泄放,分離器油路設(shè)置應(yīng)急流程及電動調(diào)節(jié)閥,實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)泄放。

圖1 生產(chǎn)分離器無人值守改造示意圖

2)試采井利用就近集輸干線優(yōu)先實(shí)施集輸生產(chǎn),不具備集輸條件的,同樣對可靠性不高的機(jī)械式控制設(shè)備進(jìn)行改造,增加事故罐提高事故儲油能力,延長應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間。

3)試采井安裝RTU和無線傳輸設(shè)備,采集單井壓力、溫度、液位等生產(chǎn)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)在集中監(jiān)控點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)數(shù)據(jù)(圖2)。在采油樹生產(chǎn)翼安裝緊急切斷閥,回壓異常時(shí)實(shí)現(xiàn)三級聯(lián)鎖關(guān)井,保護(hù)地面生產(chǎn)流程?；鹁鎱^(qū)安裝紫外線探測器,實(shí)時(shí)監(jiān)控火炬狀態(tài),實(shí)現(xiàn)火炬熄滅報(bào)警,防止火炬熄滅后天然氣和硫化氫逸散傷人。

圖2 改造后區(qū)域控制中心畫面

4)優(yōu)化視頻監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置“可視化”。計(jì)轉(zhuǎn)站通過加裝攝像頭,調(diào)整已安裝攝像頭的位置,實(shí)現(xiàn)廠區(qū)主要裝置區(qū),外輸油泵、外輸水泵關(guān)鍵動設(shè)備監(jiān)控覆蓋,消除監(jiān)控盲區(qū),實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程“可視”。在計(jì)轉(zhuǎn)站門口增加語音廣播系統(tǒng)(圖3),實(shí)現(xiàn)外來人員異常闖入或現(xiàn)場應(yīng)急處置時(shí)可以遠(yuǎn)程指揮。

圖3 含硫場站視頻全覆蓋+進(jìn)場語音提示

通過工藝流程、自控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和人機(jī)界面四方面優(yōu)化,消除無人值守的所有“硬件”制約點(diǎn),做好無人值守的基礎(chǔ)支撐。

2 無人值守階段特征

2.1 無人值守改造初期階段特征

無人值守階段初期,由于自控儀表和閥門的質(zhì)量和精度問題,仍舊出現(xiàn)了人員上站,頻繁處理液位、壓力異常等情況,主要集中在分離器液位遠(yuǎn)傳與現(xiàn)場相差較遠(yuǎn)、外輸泵異常停泵等,同時(shí)由于人員大幅減少,前期綜合培訓(xùn)較少,導(dǎo)致員工到新崗位難以適應(yīng)等問題,具體的問題見表4。

表4 無人值守站場各設(shè)備功能

以上特征進(jìn)行總結(jié)即前期自動化儀表由于質(zhì)量等問題,導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)存在失真等情況,占所有故障超過83%,同時(shí)由于人工值守時(shí),未考慮到泵體振動、溫度檢測等問題,導(dǎo)致外輸泵出現(xiàn)異常停泵造成泵損傷,且由于監(jiān)屏崗位工作量增加,導(dǎo)致部分工作存在疏漏,原值守人員由于時(shí)間問題,導(dǎo)致對新崗位不熟悉,能力不達(dá)標(biāo)造成短時(shí)間人員聚集等情況。

2.2 無人值守改造中、后期階段特征

無人值守中、后期主要對初期暴露的問題進(jìn)行整改,該階段主要對自控儀表進(jìn)行更換,同時(shí)對人員巡檢制度等進(jìn)行完善,下面進(jìn)行詳細(xì)措施進(jìn)行總結(jié)。

2.2.1 集中監(jiān)控中心

監(jiān)控中心需有復(fù)合型操作監(jiān)屏崗對轄區(qū)井站數(shù)據(jù)及視頻進(jìn)行24 h不間斷監(jiān)屏。監(jiān)屏崗負(fù)責(zé)整個采油作業(yè)區(qū)DCS參數(shù)監(jiān)控+趨勢分析、視頻監(jiān)控+異常上報(bào)、報(bào)警記錄+診斷處置,同時(shí)開展視頻抓違章、配合現(xiàn)場進(jìn)行測試調(diào)試及操作運(yùn)行等工作。

2.2.2 報(bào)表優(yōu)化

無人值守片區(qū)井站巡檢報(bào)表按照巡檢頻次設(shè)置,原每日巡檢內(nèi)容數(shù)據(jù)并入監(jiān)控中心監(jiān)屏崗日常報(bào)表中,無人值守片區(qū)單井遠(yuǎn)程監(jiān)屏數(shù)據(jù)至少每天記錄一次,無人值守站場遠(yuǎn)程監(jiān)屏數(shù)據(jù)至少每班記錄一次。

2.2.3 巡檢頻次優(yōu)化

無人值守單井工藝巡檢頻次1次/周。自動化、電力巡檢頻次1次/月,無人值守站場工藝巡檢頻次1次/d。自動化、電力巡檢頻次1次/周。

2.2.4 儀表測試要求

聯(lián)鎖測試周期按照《油氣開發(fā)部基層作業(yè)單元聯(lián)鎖管理細(xì)則》執(zhí)行。單井緊急切斷閥測試每季度1次,站場聯(lián)鎖每年開展一次。

該階段人員急劇減少、制度不斷完善,場站成本不斷降低,到那時(shí)需要對自控儀表進(jìn)行優(yōu)選,不斷更換穩(wěn)定可靠的儀表和閥門。

2.3 無人值守改造中、后期階段特征

無人值守后期尤其要注意以下4類問題:

1)氣相聯(lián)鎖控制失效導(dǎo)致憋壓刺漏,這需要巡檢時(shí)關(guān)注參與聯(lián)鎖儀表的完好性,氣相壓力是否控制穩(wěn)定同時(shí)避免氣相各路閥門之后閥門管道狀態(tài)異常,放空管線(夏季每周、冬季隔天)進(jìn)行一次吹掃保證后路暢通。

2)液相聯(lián)鎖控制失效導(dǎo)致火炬跑油對于這一類問題可以通過加強(qiáng)巡檢保證新增對比磁致伸縮液位計(jì)液位準(zhǔn)確,設(shè)立窄幅報(bào)警值。

3)開井時(shí)站內(nèi)流程異常,開井時(shí)應(yīng)專人值守,負(fù)責(zé)進(jìn)行流程確認(rèn)后再開井,新井開井管理人員必須在場,老井開井承包商管理人員必須在場。

4)參與聯(lián)鎖儀表失效導(dǎo)致無法控制,這需要主控室監(jiān)屏人員需認(rèn)真對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控,按照要求進(jìn)行記錄,加裝聯(lián)鎖儀表前置對比監(jiān)控儀表,發(fā)現(xiàn)異常報(bào)警及時(shí)上報(bào),人員第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場處置。

3 無人值守效果驗(yàn)證

無人值守經(jīng)過前期的問題梳理和排查,到中后期儀表閥門的更換,不斷完善無人值守后的制度完善,在塔里木油田取得了較好的效果,表5是某場站無人值守效果。

表5 實(shí)施無人值守后效果分析

無人值守后,人員數(shù)量減少一半, 由于自動化儀表質(zhì)量和閥門質(zhì)量提高異常處置次數(shù)明顯減少,人員成本和維護(hù)成本約減少150萬元,做到了較為明顯的降本增效。

4 結(jié)論

1)無人值守前期主要存在自動化儀表和閥門的困擾,需要不斷優(yōu)化選型,完善設(shè)備參數(shù)監(jiān)控。

2)無人值守后期對原有站內(nèi)值班人員調(diào)整為其他崗位后,需要及時(shí)進(jìn)行培訓(xùn),以達(dá)到取得集輸崗證件和采油崗證件,滿足場站巡檢和單井巡檢的復(fù)合工作需要。

3)無人值守效果是顯著的,在此過程中不斷對產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)化選型,并減少綜合維護(hù)成本,對智能化油田建設(shè)是一級的促進(jìn)作用。