1、*1第二章 油氣田自動(dòng)化 概述 第一節(jié) 計(jì)量站自動(dòng)化 第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化 第三節(jié) 聯(lián)合站自動(dòng)化*2第二章 油氣田自動(dòng)化 概述 1、油氣田自動(dòng)化的主要對(duì)象 油氣田生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及的設(shè)備及工藝，采油集輸處理油氣集輸油氣田從井口-計(jì)量間-聯(lián)合站-原油庫(kù)*3油氣田生產(chǎn)過(guò)程*4 2、油氣集輸生產(chǎn)過(guò)程特點(diǎn) （1）油井產(chǎn)物復(fù)雜。油氣水砂鹽蠟 （2）油田地理環(huán)境惡劣。沙漠荒原沼澤 （3）生產(chǎn)單元分布廣-點(diǎn)多、面廣、線長(zhǎng) SCADA系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)的混合 （4）生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)粗放-可靠性高 皮實(shí)耐用。PLC 控制精度相對(duì)煉廠要求不高*5 3、油氣田自動(dòng)化的主要內(nèi)容自動(dòng)計(jì)量自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警與保護(hù)自動(dòng)

2、調(diào)節(jié)與控制數(shù)據(jù)采集、傳輸、報(bào)表、匯總*6 3、油氣田自動(dòng)化的主要內(nèi)容自動(dòng)計(jì)量 油氣產(chǎn)量、注水量、能耗的計(jì)量?？梢苑?類一、供油氣藏動(dòng)態(tài)分析為目的的計(jì)量，單井計(jì)量 -計(jì)量站二、油氣田生產(chǎn)管理用的各生產(chǎn)單元的油氣計(jì)量，接轉(zhuǎn)站出口流量計(jì)量、聯(lián)合站各入口及出口計(jì)量。三、外銷的商品計(jì)量、要求精度高。*7 3、油氣田自動(dòng)化的主要內(nèi)容自動(dòng)檢測(cè)對(duì)各種工藝參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量，如井口套壓、油壓、回壓、溫度等。三相分離器、電脫水器的油水界面長(zhǎng)輸管道的進(jìn)出口壓力溫度流量等各種機(jī)泵壓縮機(jī)的壓力、溫度、震動(dòng)、轉(zhuǎn)速等*8 3、油氣田自動(dòng)化的主要內(nèi)容報(bào)警與保護(hù)自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制數(shù)據(jù)采集、傳輸、報(bào)表、匯總*94、油

3、氣田自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)框架 管控一體化的體系 (1)過(guò)程控制層 (2)采油廠控制層 (3)采油廠管理層 (4)經(jīng)營(yíng)決策層 構(gòu)成系統(tǒng) PLC PC DCS FCS SCADA 系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制設(shè)備*10*11*12*135、油氣田自動(dòng)化的意義 (1)科學(xué)決策支持 (2)安全生產(chǎn)保障 (3)節(jié)能降耗經(jīng)濟(jì) (4)勞動(dòng)效率提高 發(fā)展現(xiàn)狀 *14 第一節(jié) 計(jì)量站自動(dòng)化 1 計(jì)量站的任務(wù)是什么？對(duì)各個(gè)油氣井進(jìn)行集油；單獨(dú)選井，檢測(cè)油、氣、水的各自產(chǎn)量；對(duì)于注水開采，需要檢測(cè)注水壓力及流量；*15 計(jì)量站是油田的重要組成部分。 計(jì)量站生產(chǎn)擔(dān)負(fù)著站內(nèi)各個(gè)油井的液、油、氣三相計(jì)量任務(wù)，需要及時(shí)、準(zhǔn)確地為油田地質(zhì)部

4、門提供油藏工程資料。 油田計(jì)量站外輸分離器的主要作用是將從地下打上來(lái)的原油進(jìn)行分離，即對(duì)天然氣、油、水三者進(jìn)行分離，在分離器中天然氣在最上層，油在中間層、水在最下層。 一般用手動(dòng)操作，油位很容易低于出油口，這樣天然氣就從出油口跑掉，造成很大的浪費(fèi)，并且天然氣的計(jì)量采用雙波紋差壓計(jì)進(jìn)行手工測(cè)量很不準(zhǔn)確，為解決這一問(wèn)題，將油位和天然氣采用自動(dòng)控制和測(cè)量，即采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 *16 一 計(jì)量站自動(dòng)化 2 計(jì)量站的計(jì)量方法主要分為哪兩類？傳統(tǒng)的兩相分離法進(jìn)行計(jì)量； 計(jì)量速度慢； 精度較高、置信度高、可靠性好； 復(fù)雜、巨大、笨重、通用性差；新型的多相流混合計(jì)量； 計(jì)量速度快； 體積小、重量輕； 精度

5、較低、價(jià)格偏高；*17 3 采用分離法的計(jì)量方案一 A. 加熱密閉流程示意圖*18 3 采用分離法的計(jì)量方案一 B. 計(jì)量站流程計(jì)量站流程*19 3 采用分離法的計(jì)量方案一*20 3 采用分離法的計(jì)量方案一*21 立式分離器*22 3 采用分離法的計(jì)量方案 3.1.計(jì)量方案是如何實(shí)現(xiàn)的？選井控制：采用電動(dòng)三通球閥計(jì)量分離：采用立式兩相分離器氣體計(jì)量：采用漩渦氣體流量計(jì)液體計(jì)量：設(shè)定某一容積V(m3)，然后測(cè)量液體充滿這個(gè)容積的時(shí)間秒數(shù)T(s)，則單日產(chǎn)液量為：Q=V*(24*3600/T) (m3/day)含水率f(%)：采用含水分析儀檢測(cè)單日產(chǎn)水量：Qw = Q * f (m3)單日產(chǎn)油量：

6、Qo = Q - Q * f (m3)溫度壓力補(bǔ)償*23 3 采用分離法的計(jì)量方案 3.2.原油含水的在線分析方法主要有哪些？電容法：根據(jù)油和水對(duì)電容數(shù)值的影響不同來(lái)測(cè)量含水率，僅適用于中低含水率情況；射頻法：根據(jù)射頻阻抗的不同來(lái)測(cè)量含水率；微波法：根據(jù)微波傳輸衰減的不同來(lái)測(cè)量含水率；放射性含水分析儀：根據(jù)油和水對(duì)放射線的影響不同來(lái)測(cè)量含水率；*24 電容法： 根據(jù)油和水對(duì)電容數(shù)值的影響不同來(lái)測(cè)量含水率，僅適用于中低含水率情況； 原油 和 水的介電常數(shù)不同 2.22.4 80-84*25 3 采用分離法的計(jì)量方案 3.2.原油含水的在線分析方法有哪些？射頻法 電磁波譜：*26 3 采用分離法的

7、計(jì)量方案 3.3.計(jì)量方案需要注意哪些問(wèn)題？根據(jù)各井的產(chǎn)液量，合理選擇計(jì)量容積； 容積過(guò)小，則液面波動(dòng)劇烈，測(cè)量時(shí)間很短 容積過(guò)大，則時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，測(cè)量次數(shù)少根據(jù)各井的產(chǎn)油規(guī)律，建立合理的計(jì)量制度；合理選擇與使用計(jì)量?jī)x表； 各儀表的量程范圍 現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)出水的礦化度在具備SCADA系統(tǒng)的油氣田，計(jì)量站的另一功能是與主站的通訊及就地監(jiān)控。如某計(jì)量站RTU監(jiān)控系統(tǒng)如圖所示：主要功能是RTU通過(guò)選井控制箱、電動(dòng)球閥1-12實(shí)現(xiàn)選井控制。液量計(jì)量、含水率*27*28 4、 兩相流混合計(jì)量法 a.兩相流的直接測(cè)量是怎樣實(shí)現(xiàn)的？ 理想情況下： 各相在管道橫截面中瞬時(shí)占據(jù)的面積 各相通過(guò)管道橫截面時(shí)的瞬時(shí)軸向速度 現(xiàn)

8、有條件下： 各相在管道橫截面中占據(jù)面積的平均值 各相通過(guò)管道橫截面時(shí)軸向速度的平均值 截面相分率：管道橫截面中，各相占據(jù)面積的百分比 體積相分率：流體單位體積中，各相占據(jù)面積的百分比*29 4、 兩相流混合計(jì)量法 b.兩相計(jì)量的有關(guān)技術(shù)有哪些？ 總量檢測(cè)（流速檢測(cè)） 容積式儀表、超聲波、渦輪、節(jié)流裝置 電阻、電容等電信號(hào)的互相關(guān)等 相分率檢測(cè) 示蹤劑法、伽瑪射線、電阻抗（電容、電導(dǎo)） 微波傳感器、核磁共振、脈沖中子活化分析等*305 多相流混合計(jì)量法 a.三相流計(jì)量類型之一：完全分離型 精度高、置信度高、可靠性好 復(fù)雜、巨大、笨重、通用性很差氣氣油油水水截面面積流動(dòng)速度*31 5 多相流混合計(jì)

9、量法 b.三相流計(jì)量類型之二：部分分離型 精度、置信度較高，價(jià)格適中 體積重量偏大、濕氣計(jì)量沒(méi)有有效手段截面面積流動(dòng)速度*32 5 多相流混合計(jì)量法*33 5 多相流混合計(jì)量法*34 第一節(jié) 計(jì)量站自動(dòng)化 6 計(jì)量站為什么要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化？降低勞動(dòng)強(qiáng)度，增加檢測(cè)次數(shù)；提高計(jì)量結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性；確保輔助設(shè)備的安全、高效運(yùn)行；便于向上匯報(bào)本站有關(guān)參數(shù)；*35案例 1 某計(jì)量站自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成 1、工作原理單井來(lái)油經(jīng)三相分離后，原油進(jìn)入油桶，當(dāng)液面達(dá)到上浮球時(shí)，浮球發(fā)出信號(hào)使氣動(dòng)薄膜閥全開排油，原油經(jīng)過(guò)在線含水分析儀，刮板流量計(jì)、薄膜閥等排出；分離后的水經(jīng)水堰管口溢出，進(jìn)入集水桶。同樣，當(dāng)水位升到上

10、浮球時(shí)，薄膜閥打開排水，水經(jīng)過(guò)流量計(jì)、薄膜閥排出，當(dāng)油或水液位降到下浮球位置，薄膜閥關(guān)閉，進(jìn)行下一桶的油或水的積累。在分離器頂部的氣出口處，設(shè)有溫度、壓力變送器、過(guò)濾器、氣體腰輪流量計(jì)、自動(dòng)式調(diào)壓閥、單流閥等。三相分離器的進(jìn)油管線裝有一套加藥裝置，可連續(xù)可控地給來(lái)油加破乳劑。*36 2、計(jì)量站遠(yuǎn)程控制終端（RTU）應(yīng)能夠完成以下功能 倒井控制倒井控制：根據(jù)RTU人機(jī)界面操作命令或中控室遠(yuǎn)程操作命令，自動(dòng)將某一個(gè)或多個(gè)油井切換到計(jì)量位，并啟動(dòng)計(jì)量。 計(jì)量流程控制：某一個(gè)或多個(gè)油井切換到計(jì)量位后，實(shí)時(shí)采集原油流量、含水率、天然氣流量，完成一定時(shí)間的計(jì)量（由RTU人機(jī)界面或中控室設(shè)置）。 計(jì)量計(jì)算：

11、計(jì)量過(guò)程結(jié)束后，根據(jù)計(jì)量有效時(shí)間、原油和天然氣流量累計(jì)、含水率情況，自動(dòng)計(jì)算出液、油、氣的日產(chǎn)量。*37*38 3、采用模塊：、采用模塊： 采用研祥亞當(dāng)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和電磁閥控制，A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)油位變送器和天然氣流量變送器： ARK-24017 12位8路模擬量輸入（8路差分） ARK-24060 4路繼電器輸出、4路帶隔離數(shù)字輸入 接口：RS-485，2線制 速度(bps)：1200，2400，4800，9600，19.2K，38.4K*39 將各個(gè)計(jì)量站RTU與中控室連接起來(lái)，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)，在中控室完成生產(chǎn)監(jiān)控。 計(jì)量監(jiān)控的任務(wù)全部轉(zhuǎn)移到了中控室SCADA系統(tǒng)。

12、 中控室SCADA系統(tǒng)既要面向現(xiàn)場(chǎng)RTU，管理實(shí)時(shí)計(jì)量生產(chǎn)，另一方面還要將生產(chǎn)數(shù)據(jù)和計(jì)量結(jié)果傳送到MIS系統(tǒng)，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。 中控室SCADA系統(tǒng)設(shè)備包括SCADA服務(wù)器、交換機(jī)（或集線器）、打印機(jī)等，構(gòu)成局域網(wǎng)。對(duì)于規(guī)模較大的SCADA系統(tǒng)，為提高可靠性，一般應(yīng)采用兩臺(tái)互為熱備份的SCADA服務(wù)器作為SCADA系統(tǒng)的核心，通過(guò)雙機(jī)熱備的主站電臺(tái)與多個(gè)計(jì)量站通信。4、計(jì)量站SCADA系統(tǒng)*40中控室SCADA系統(tǒng)設(shè)備包括SCADA服務(wù)器、交換機(jī)（或集線器）、打印機(jī)等，構(gòu)成局域網(wǎng)。*41第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化 A.接轉(zhuǎn)站的作用是什么？油井分散且產(chǎn)量較低的情況下，可降低投資；匯集各計(jì)量站來(lái)的

13、油氣并進(jìn)行初步氣液分離；氣、液分別干燥、加熱處理后送往聯(lián)合站；*42第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化 示意流程圖*43第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化 B.接轉(zhuǎn)站內(nèi)那些操作需要自動(dòng)化？參數(shù)監(jiān)控： 來(lái)油進(jìn)站壓力、溫度；外輸出站壓力、溫度； 電機(jī)供電電壓、電流； 緩沖罐、事故儲(chǔ)油罐液位；氣液計(jì)量：緩沖罐液位控制、加熱爐功率控制；通訊聯(lián)絡(luò)：匯報(bào)參數(shù)、接收及執(zhí)行命令；輔助設(shè)備：如摻活性水工藝等；*44第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化 C.緩沖罐液位控制的必要性：控制液位的目的是什么？ 保證密閉輸送，減少油氣損耗；導(dǎo)致液位波動(dòng)的主要因素是什么？ 上游的來(lái)油流量在波動(dòng)，導(dǎo)致罐內(nèi)液位波動(dòng)； 上游的來(lái)油帶有溶解氣，導(dǎo)致氣液界面模糊；*45第二節(jié)

14、 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化 D.節(jié)流法液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)是如何工作的？ 節(jié)流法液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖如下： 通過(guò)改變節(jié)流的程度來(lái)調(diào)節(jié)流量，從而調(diào)節(jié)液位 氣動(dòng)閥的選擇：保證安全*46*47第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化 E.節(jié)流法的主要缺點(diǎn)是什么？如何克服？節(jié)流導(dǎo)致離心泵效率低下，造成電能浪費(fèi)； 改進(jìn)方法：取消節(jié)流，用變頻調(diào)速裝置（VFD）來(lái)調(diào)節(jié)離心泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)流量；節(jié)電效果：據(jù)報(bào)道大致能節(jié)電20-40%；*48第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化 F.電機(jī)有哪兩類？各有什么特點(diǎn)？直流電機(jī)與交流電機(jī)；與直流電機(jī)相比，交流電機(jī)的特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、慣量小、維護(hù)方便； 可以在惡劣環(huán)境中運(yùn)行； 容易實(shí)現(xiàn)大容量化，高壓化、高速化； 價(jià)格比較低廉； 高效率的調(diào)速難于實(shí)現(xiàn)；*49第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化 G.直流電機(jī)的調(diào)速方法主要有哪些？ 調(diào)節(jié)電樞供電電壓； 電樞中串聯(lián)電阻； 激磁回路串聯(lián)電阻；*50第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化 H.交流電機(jī)的調(diào)速方法主要有哪些？ 改變極對(duì)數(shù)調(diào)速； 效率高，線路簡(jiǎn)單，易維修，價(jià)格低； 只能實(shí)現(xiàn)23種極對(duì)數(shù)的有級(jí)調(diào)速 ，范圍有限； 定子調(diào)壓調(diào)速： 線路簡(jiǎn)單，裝置體積小，易維修，價(jià)格低； 效率較低，調(diào)速范圍較小，不適合大容量電機(jī)； 變頻調(diào)速；*51第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化 I.什么是變頻調(diào)速裝置（VFD）？一種新興的交流電機(jī)調(diào)速