第二章-1--油氣田自動化

12:21,1,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,12:21,2,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(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-計量間-聯(lián)合站-原油庫,12:21,3,油氣田生產(chǎn)過程,12:21,4,2、油氣集輸生產(chǎn)過程特點（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,12:21,5,3、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(hù)自動調(diào)節(jié)與控制數(shù)據(jù)采集、傳輸、報表、匯總,12:21,6,3、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。,12:21,7,3、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(shè)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(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、轉(zhuǎn)速等,12:21,8,3、油氣田自動化的主要內(nèi)容報警與保護(hù)自動調(diào)節(jié)與控制數(shù)據(jù)采集、傳輸、報表、匯總,12:21,9,4、油氣田自動化的結(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),PLCPCDCSFCSSCADA系統(tǒng)現(xiàn)場儀表和控制設(shè)備,12:21,10,12:21,11,12:21,12,12:21,13,5、油氣田自動化的意義,(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)勞動效率提高發(fā)展現(xiàn)狀,12:21,14,第一節(jié)計量站自動化,1計量站的任務(wù)是什么？對各個油氣井進(jìn)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；,12:21,15,計量站是油田的重要組成部分。計量站生產(chǎn)擔(dān)負(fù)著站內(nèi)各個油井的液、油、氣三相計量任務(wù)，需要及時、準(zhǔn)確地為油田地質(zhì)部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(jìn)行分離，即對天然氣、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(jìn)行手工測量很不準(zhǔn)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(jī)控制系統(tǒng)。,12:21,16,一計量站自動化,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(jìn)行計量；計量速度慢；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量；計量速度快；體積小、重量輕；精度較低、價格偏高；,12:21,17,3采用分離法的計量方案一,A.加熱密閉流程示意圖,12:21,18,3采用分離法的計量方案一,B.計量站流程,計量站流程,12:21,19,3采用分離法的計量方案一,12:21,20,3采用分離法的計量方案一,12:21,21,立式分離器,12:21,22,3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(shè)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：Qo=Q-Q*f(m3),溫度壓力補(bǔ)償,12:21,23,3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；,12:21,24,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2.22.480-84,12:21,25,3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：,12:21,26,3采用分離法的計量方案,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,12:21,27,12:21,28,4、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)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,12:21,29,4、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(dǎo)）微波傳感器、核磁共振、脈沖中子活化分析等,12:21,30,5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(fù)雜、巨大、笨重、通用性很差,氣,油,水,截面面積,流動速度,12:21,31,5多相流混合計量法,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,12:21,32,5多相流混合計量法,12:21,33,5多相流混合計量法,12:21,34,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(qiáng)度，增加檢測次數(shù)；提高計量結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性；確保輔助設(shè)備的安全、高效運行；便于向上匯報本站有關(guān)參數(shù)；,12:21,35,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(jìn)入油桶，當(dāng)液面達(dá)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(jìn)入集水桶。同樣，當(dāng)水位升到上浮球時，薄膜閥打開排水，水經(jīng)過流量計、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(jìn)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。,12:21,36,2、計量站遠(yuǎn)程控制終端（RTU）應(yīng)能夠完成以下功能倒井控制：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(jī)界面或中控室設(shè)置）。計量計算：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。,12:21,37,12:21,38,3、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)換器對應(yīng)油位變送器和天然氣流量變送器：ARK-2401712位8路模擬量輸入（8路差分）ARK-240604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,12:21,39,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(wù)全部轉(zhuǎn)移到了中控室SCADA系統(tǒng)。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(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)采用兩臺互為熱備份的SCADA服務(wù)器作為SCADA系統(tǒng)的核心，通過雙機(jī)熱備的主站電臺與多個計量站通信。,4、計量站SCADA系統(tǒng),12:21,40,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)。,12:21,41,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；,12:21,42,第二節(jié)接轉(zhuǎn)站自動化,示意流程圖,12:21,43,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(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(luò)：匯報參數(shù)、接收及執(zhí)行命令；輔助設(shè)備：如摻活性水工藝等；,12:21,44,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(dǎo)致液位波動的主要因素是什么？上游的來油流量在波動，導(dǎo)致罐內(nèi)液位波動；上游的來油帶有溶解氣，導(dǎo)致氣液界面模糊；,12:21,45,第二節(jié)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,12:21,46,12:21,47,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(dǎo)致離心泵效率低下，造成電能浪費；改進(jìn)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(jī)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%；,12:21,48,第二節(jié)接轉(zhuǎn)站自動化,F.電機(jī)有哪兩類？各有什么特點？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：結(jié)構(gòu)簡單、慣量小、維護(hù)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)；,12:21,49,第二節(jié)接轉(zhuǎn)站自動化,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；,12:21,50,第二節(jié)接轉(zhuǎn)站自動化,H.交流電機(jī)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(jī)；變頻調(diào)速；,12:21,51,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(jī)調(diào)速技術(shù)；通過