第二章1油氣田自動化

1、*1第二章 油氣田自動化 概述 第一節(jié) 計量站自動化 第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化 第三節(jié) 聯(lián)合站自動化*2第二章 油氣田自動化 概述 1、油氣田自動化的主要對象 油氣田生產(chǎn)過程是一個復雜的系統(tǒng)工程，涉及的設備及工藝，采油集輸處理油氣集輸油氣田從井口-計量間-聯(lián)合站-原油庫*3油氣田生產(chǎn)過程*4 2、油氣集輸生產(chǎn)過程特點 （1）油井產(chǎn)物復雜。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-點多、面廣、線長 SCADA系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)的混合 （4）生產(chǎn)過程相對粗放-可靠性高 皮實耐用。PLC 控制精度相對煉廠要求不高*5 3、油氣田自動化的主要內(nèi)容自動計量自動檢測報警與保護自動

2、調(diào)節(jié)與控制數(shù)據(jù)采集、傳輸、報表、匯總*6 3、油氣田自動化的主要內(nèi)容自動計量 油氣產(chǎn)量、注水量、能耗的計量?？梢苑?類一、供油氣藏動態(tài)分析為目的的計量，單井計量 -計量站二、油氣田生產(chǎn)管理用的各生產(chǎn)單元的油氣計量，接轉(zhuǎn)站出口流量計量、聯(lián)合站各入口及出口計量。三、外銷的商品計量、要求精度高。*7 3、油氣田自動化的主要內(nèi)容自動檢測對各種工藝參數(shù)、設備參數(shù)、環(huán)境參數(shù)的實時測量，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輸管道的進出口壓力溫度流量等各種機泵壓縮機的壓力、溫度、震動、轉(zhuǎn)速等*8 3、油氣田自動化的主要內(nèi)容報警與保護自動調(diào)節(jié)與控制數(shù)據(jù)采集、傳輸、報表、匯總*94、油

3、氣田自動化的結(jié)構(gòu)框架 管控一體化的體系 (1)過程控制層 (2)采油廠控制層 (3)采油廠管理層 (4)經(jīng)營決策層 構(gòu)成系統(tǒng) PLC PC DCS FCS SCADA 系統(tǒng) 現(xiàn)場儀表和控制設備*10*11*12*135、油氣田自動化的意義 (1)科學決策支持 (2)安全生產(chǎn)保障 (3)節(jié)能降耗經(jīng)濟 (4)勞動效率提高 發(fā)展現(xiàn)狀 *14 第一節(jié) 計量站自動化 1 計量站的任務是什么？對各個油氣井進行集油；單獨選井，檢測油、氣、水的各自產(chǎn)量；對于注水開采，需要檢測注水壓力及流量；*15 計量站是油田的重要組成部分。 計量站生產(chǎn)擔負著站內(nèi)各個油井的液、油、氣三相計量任務，需要及時、準確地為油田地質(zhì)部

4、門提供油藏工程資料。 油田計量站外輸分離器的主要作用是將從地下打上來的原油進行分離，即對天然氣、油、水三者進行分離，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，并且天然氣的計量采用雙波紋差壓計進行手工測量很不準確，為解決這一問題，將油位和天然氣采用自動控制和測量，即采用計算機控制系統(tǒng)。 *16 一 計量站自動化 2 計量站的計量方法主要分為哪兩類？傳統(tǒng)的兩相分離法進行計量； 計量速度慢； 精度較高、置信度高、可靠性好； 復雜、巨大、笨重、通用性差；新型的多相流混合計量； 計量速度快； 體積小、重量輕； 精度

5、較低、價格偏高；*17 3 采用分離法的計量方案一 A. 加熱密閉流程示意圖*18 3 采用分離法的計量方案一 B. 計量站流程計量站流程*19 3 采用分離法的計量方案一*20 3 采用分離法的計量方案一*21 立式分離器*22 3 采用分離法的計量方案 3.1.計量方案是如何實現(xiàn)的？選井控制：采用電動三通球閥計量分離：采用立式兩相分離器氣體計量：采用漩渦氣體流量計液體計量：設定某一容積V(m3)，然后測量液體充滿這個容積的時間秒數(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)溫度壓力補償*23 3 采用分離法的計量方案 3.2.原油含水的在線分析方法主要有哪些？電容法：根據(jù)油和水對電容數(shù)值的影響不同來測量含水率，僅適用于中低含水率情況；射頻法：根據(jù)射頻阻抗的不同來測量含水率；微波法：根據(jù)微波傳輸衰減的不同來測量含水率；放射性含水分析儀：根據(jù)油和水對放射線的影響不同來測量含水率；*24 電容法： 根據(jù)油和水對電容數(shù)值的影響不同來測量含水率，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、計量方案 3.3.計量方案需要注意哪些問題？根據(jù)各井的產(chǎn)液量，合理選擇計量容積； 容積過小，則液面波動劇烈，測量時間很短 容積過大，則時間過長，測量次數(shù)少根據(jù)各井的產(chǎn)油規(guī)律，建立合理的計量制度；合理選擇與使用計量儀表； 各儀表的量程范圍 現(xiàn)場產(chǎn)出水的礦化度在具備SCADA系統(tǒng)的油氣田，計量站的另一功能是與主站的通訊及就地監(jiān)控。如某計量站RTU監(jiān)控系統(tǒng)如圖所示：主要功能是RTU通過選井控制箱、電動球閥1-12實現(xiàn)選井控制。液量計量、含水率*27*28 4、 兩相流混合計量法 a.兩相流的直接測量是怎樣實現(xiàn)的？ 理想情況下： 各相在管道橫截面中瞬時占據(jù)的面積 各相通過管道橫截面時的瞬時軸向速度 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 各相通過管道橫截面時軸向速度的平均值 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、 兩相流混合計量法 b.兩相計量的有關(guān)技術(shù)有哪些？ 總量檢測（流速檢測） 容積式儀表、超聲波、渦輪、節(jié)流裝置 電阻、電容等電信號的互相關(guān)等 相分率檢測 示蹤劑法、伽瑪射線、電阻抗（電容、電導） 微波傳感器、核磁共振、脈沖中子活化分析等*305 多相流混合計量法 a.三相流計量類型之一：完全分離型 精度高、置信度高、可靠性好 復雜、巨大、笨重、通用性很差氣氣油油水水截面面積流動速度*31 5 多相流混合計

9、量法 b.三相流計量類型之二：部分分離型 精度、置信度較高，價格適中 體積重量偏大、濕氣計量沒有有效手段截面面積流動速度*32 5 多相流混合計量法*33 5 多相流混合計量法*34 第一節(jié) 計量站自動化 6 計量站為什么要實現(xiàn)自動化？降低勞動強度，增加檢測次數(shù)；提高計量結(jié)果的可靠性和準確性；確保輔助設備的安全、高效運行；便于向上匯報本站有關(guān)參數(shù)；*35案例 1 某計量站自動化系統(tǒng)的構(gòu)成 1、工作原理單井來油經(jīng)三相分離后，原油進入油桶，當液面達到上浮球時，浮球發(fā)出信號使氣動薄膜閥全開排油，原油經(jīng)過在線含水分析儀，刮板流量計、薄膜閥等排出；分離后的水經(jīng)水堰管口溢出，進入集水桶。同樣，當水位升到上

10、浮球時，薄膜閥打開排水，水經(jīng)過流量計、薄膜閥排出，當油或水液位降到下浮球位置，薄膜閥關(guān)閉，進行下一桶的油或水的積累。在分離器頂部的氣出口處，設有溫度、壓力變送器、過濾器、氣體腰輪流量計、自動式調(diào)壓閥、單流閥等。三相分離器的進油管線裝有一套加藥裝置，可連續(xù)可控地給來油加破乳劑。*36 2、計量站遠程控制終端（RTU）應能夠完成以下功能 倒井控制倒井控制：根據(jù)RTU人機界面操作命令或中控室遠程操作命令，自動將某一個或多個油井切換到計量位，并啟動計量。 計量流程控制：某一個或多個油井切換到計量位后，實時采集原油流量、含水率、天然氣流量，完成一定時間的計量（由RTU人機界面或中控室設置）。 計量計算：

11、計量過程結(jié)束后，根據(jù)計量有效時間、原油和天然氣流量累計、含水率情況，自動計算出液、油、氣的日產(chǎn)量。*37*38 3、采用模塊：、采用模塊： 采用研祥亞當模塊進行數(shù)據(jù)采集和電磁閥控制，A/D轉(zhuǎn)換器對應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 將各個計量站RTU與中控室連接起來，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。 計量監(jiān)控的任務全部轉(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RTU，管理實時計量生產(chǎn)，另一方面還要將生產(chǎn)數(shù)據(jù)和計量結(jié)果傳送到MIS系統(tǒng)，以便進行數(shù)據(jù)分析處理。 中控室SCADA系統(tǒng)設備包括SCADA服務器、交換機（或集線器）、打印機等，構(gòu)成局域網(wǎng)。對于規(guī)模較大的SCADA系統(tǒng)，為提高可靠性，一般應采用兩臺互為熱備份的SCADA服務器作為SCADA系統(tǒng)的核心，通過雙機熱備的主站電臺與多個計量站通信。4、計量站SCADA系統(tǒng)*40中控室SCADA系統(tǒng)設備包括SCADA服務器、交換機（或集線器）、打印機等，構(gòu)成局域網(wǎng)。*41第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化 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；匯集各計量站來的

13、油氣并進行初步氣液分離；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)站自動化 示意流程圖*43第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化 B.接轉(zhuǎn)站內(nèi)那些操作需要自動化？參數(shù)監(jiān)控： 來油進站壓力、溫度；外輸出站壓力、溫度； 電機供電電壓、電流； 緩沖罐、事故儲油罐液位；氣液計量：緩沖罐液位控制、加熱爐功率控制；通訊聯(lián)絡：匯報參數(shù)、接收及執(zhí)行命令；輔助設備：如摻活性水工藝等；*44第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化 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；導致液位波動的主要因素是什么？ 上游的來油流量在波動，導致罐內(nèi)液位波動； 上游的來油帶有溶解氣，導致氣液界面模糊；*45第二節(jié)

14、 接轉(zhuǎn)站自動化 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： 通過改變節(jié)流的程度來調(diào)節(jié)流量，從而調(diào)節(jié)液位 氣動閥的選擇：保證安全*46*47第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化 E.節(jié)流法的主要缺點是什么？如何克服？節(jié)流導致離心泵效率低下，造成電能浪費； 改進方法：取消節(jié)流，用變頻調(diào)速裝置（VFD）來調(diào)節(jié)離心泵驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)流量；節(jié)電效果：據(jù)報道大致能節(jié)電20-40%；*48第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化 F.電機有哪兩類？各有什么特點？直流電機與交流電機；與直流電機相比，交流電機的特點： 結(jié)構(gòu)簡單、慣量小、維護方便； 可以在惡劣環(huán)境中運行； 容易實現(xiàn)大容量化，高壓化、高速化； 價格比較低廉； 高效率的調(diào)速難于實現(xiàn)；*49第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化 G.直流電機的調(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)站自動化 H.交流電機的調(diào)速方法主要有哪些？ 改變極對數(shù)調(diào)速； 效率高，線路簡單，易維修，價格低； 只能實現(xiàn)23種極對數(shù)的有級調(diào)速 ，范圍有限； 定子調(diào)壓調(diào)速： 線路簡單，裝置體積小，易維修，價格低； 效率較低，調(diào)速范圍較小，不適合大容量電機； 變頻調(diào)速；*51第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化 I.什么是變頻調(diào)速裝置（VFD）？一種新興的交流電機調(diào)速