張樹(shù)文《油氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)自動(dòng)化》第二章1油氣田自動(dòng)化

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,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)程涉及的設(shè)備及工藝 聯(lián)合站操作演示程序 -力控,油氣集輸,油氣田,從井口-計(jì)量間-聯(lián)合站-原油庫(kù),油氣田生產(chǎn)過(guò)程,2、油氣集輸生產(chǎn)過(guò)程特點(diǎn) （1）油井產(chǎn)物復(fù)雜 （2）油田地理環(huán)境惡劣 （3）生產(chǎn)單元分布廣-點(diǎn)多、面廣、線長(zhǎng) （4）生產(chǎn)過(guò)程相對(duì)粗放-可靠性高 皮實(shí)耐用,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)調(diào)節(jié)與控制 數(shù)據(jù)采集、傳輸、報(bào)表、匯總,4、油氣田自動(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、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,5、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,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(kāi)采，需要檢測(cè)注水壓力及流量；,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(lèi)？ 傳統(tǒng)的分離法進(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；

3、精度較低、價(jià)格偏高；,3 采用分離法的計(jì)量方案一,A. 加熱密閉流程示意圖,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,3 采用分離法的計(jì)量方案一,3 采用分離法的計(jì)量方案一,立式分離器,3 采用分離法的計(jì)量方案一,3.1.計(jì)量方案一是如何實(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(mǎn)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：Qo = Q

4、 - Q * f (m3),溫度壓力補(bǔ)償,3 采用分離法的計(jì)量方案一,3.2.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；,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 80-84,3 采用分離法的計(jì)量方案一,3.2.原油含水的在線分析方法主要有哪些？ 射頻法 電磁波譜：,3 采用分離法的計(jì)量方案一,3.

5、3.計(jì)量方案一需要注意哪些問(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,4、 多相流混合計(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)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,5、 多相流混合計(jì)

6、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,5 多相流混合計(jì)量法,I.三相流計(jì)量類(lèi)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,油,水,截面面積,流動(dòng)速度,5 多相流混合計(jì)量法,J.三相流計(jì)量類(lèi)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,5 多相流混合計(jì)量法,5 多相流混合計(jì)量法,5 多相流混合計(jì)量法,5 多相流混合計(jì)量法,

7、5 多相流混合計(jì)量法,K.三相流計(jì)量類(lèi)型之三：混合均速型 體積小、重量輕 壓力損失大，精度不足、高含氣率時(shí)失效,截面面積,流動(dòng)速度,5 多相流混合計(jì)量法,5 多相流混合計(jì)量法,5 多相流混合計(jì)量法,L.三相流計(jì)量類(lèi)型之四：混合非均速型 體積小、重量輕、模型更合理 精度仍不足、高含氣率時(shí)效果仍不理想,截面面積,流動(dòng)速度,5 多相流混合計(jì)量法,5 多相流混合計(jì)量法,5 多相流混合計(jì)量法,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)；,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化,A.接轉(zhuǎn)站的作用

8、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；,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化,示意流程圖,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；,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)，

9、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；,第二節(jié) 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,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%；,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化,F.電機(jī)有哪兩類(lèi)？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

10、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)；,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；,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；,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)速技術(shù)； 通過(guò)變頻器改變電動(dòng)機(jī)定子的供

11、電頻率來(lái)調(diào)速 優(yōu)點(diǎn)： 調(diào)速范圍寬、精度高、效率高 啟動(dòng)能耗低：有利于起停頻繁，長(zhǎng)期低負(fù)荷的應(yīng)用 動(dòng)態(tài)響應(yīng)快：有利于過(guò)程控制應(yīng)用 缺點(diǎn)： 技術(shù)復(fù)雜：價(jià)格較高、維護(hù)要求高 對(duì)電網(wǎng)有干擾,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化,應(yīng)用VFD調(diào)節(jié)液位方案示意圖：,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化,I.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,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化,L.系統(tǒng)與外界互相影響的渠道分哪幾類(lèi)？ 外界影響系統(tǒng)的主要渠道-輸入 系統(tǒng)發(fā)生變化的主要原因 影響作用明顯、持續(xù)存在、是當(dāng)前的研究重點(diǎn) 外界影響系統(tǒng)的次要渠道-干擾 系統(tǒng)發(fā)生變化的次

12、要原因 影響作用較弱、不一定持續(xù)、不是當(dāng)前的研究重點(diǎn) 外界受系統(tǒng)影響的各種渠道-輸出 系統(tǒng)變化所造成的結(jié)果、是當(dāng)前的研究重點(diǎn),第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化,M.什么是反饋？ 是一種機(jī)制，它導(dǎo)致系統(tǒng)輸出的某種變化返回來(lái)并且影響系統(tǒng)輸入，進(jìn)而加強(qiáng)或者消弱系統(tǒng)輸出的該種變化 負(fù)反饋：能夠消弱系統(tǒng)輸出變化的反饋 以眼睛為例：輸入為控制瞳孔開(kāi)度的神經(jīng)信號(hào)，輸出為視網(wǎng)膜上的光線強(qiáng)度,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化,M.什么是反饋？ 正反饋：能夠加強(qiáng)系統(tǒng)輸出變化的反饋 以倒立的圓錐體為例：輸入為重力所產(chǎn)生的力矩M，輸出為圓錐體偏離垂直位置的角度x, M = G * H * Sin( x ) - 隨著 x 的增大而增大,H,G

13、,x,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化,N.什么是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)？ 根據(jù)系統(tǒng)是否存在反饋而劃分 通常開(kāi)環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單穩(wěn)定，但可靠性、精度不足 閉環(huán)系統(tǒng)可靠、準(zhǔn)確但穩(wěn)定性有可能下降 O.什么是前饋？ 為了得到希望的系統(tǒng)輸出結(jié)果，根據(jù)擾動(dòng)的變化來(lái)提前確定系統(tǒng)的輸入量,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動(dòng)化,P.采用前饋控制的系統(tǒng)有什么特點(diǎn)？ 通常系統(tǒng)的干擾幅值大，影響劇烈； 控制作用及時(shí)、有效； 屬于“開(kāi)環(huán)系統(tǒng)”； 一種前饋只能克服一種可以測(cè)量的干擾； 前饋控制器本身與控制對(duì)象特性有關(guān)；,第三節(jié) 聯(lián)合站自動(dòng)化,聯(lián)合站的任務(wù) 集油、計(jì)量、油氣水分離、脫水穩(wěn)定、儲(chǔ)存、外輸、污水處理等 主要設(shè)備： 三相分離器、電脫水器、加熱爐原油穩(wěn)定裝置、天然氣處理系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng),一、