第二章1油气田自动化.

12:261第二章油气田自动化–概述–第一节计量站自动化–第二节接转站自动化–第三节联合站自动化12:262第二章油气田自动化•概述•1、油气田自动化的主要对象•油气田生产过程是一个复杂的系统工程，涉及的设备及工艺，采油—集输—处理油气集输油气田从井口-计量间-联合站-原油库12:263油气田生产过程12:264•2、油气集输生产过程特点•（1）油井产物复杂。油气水砂盐蜡•（2）油田地理环境恶劣。沙漠荒原沼泽•（3）生产单元分布广-点多、面广、线长•SCADA系统和DCS系统的混合•（4）生产过程相对粗放---可靠性高•皮实耐用。PLC•控制精度相对炼厂要求不高12:265•3、油气田自动化的主要内容»自动计量»自动检测»报警与保护»自动调节与控制»数据采集、传输、报表、汇总12:266•3、油气田自动化的主要内容»自动计量油气产量、注水量、能耗的计量。可以分3类一、供油气藏动态分析为目的的计量，单井计量--计量站二、油气田生产管理用的各生产单元的油气计量，接转站出口流量计量、联合站各入口及出口计量。三、外销的商品计量、要求精度高。12:267•3、油气田自动化的主要内容»自动检测对各种工艺参数、设备参数、环境参数的实时测量，如井口套压、油压、回压、温度等。三相分离器、电脱水器的油水界面长输管道的进出口压力温度流量等各种机泵压缩机的压力、温度、震动、转速等12:268•3、油气田自动化的主要内容»报警与保护自动调节与控制»数据采集、传输、报表、汇总12:2694、油气田自动化的结构框架•管控一体化的体系•(1)过程控制层•(2)采油厂控制层•(3)采油厂管理层•(4)经营决策层•构成系统•PLC•PC•DCS•FCS•SCADA系统•现场仪表和控制设备12:261012:261112:261212:26135、油气田自动化的意义•(1)科学决策支持•(2)安全生产保障•(3)节能降耗经济•(4)劳动效率提高•发展现状12:2614第一节计量站自动化•1计量站的任务是什么？–对各个油气井进行集油；–单独选井，检测油、气、水的各自产量；–对于注水开采，需要检测注水压力及流量；12:2615•计量站是油田的重要组成部分。•计量站生产担负着站内各个油井的液、油、气三相计量任务，需要及时、准确地为油田地质部门提供油藏工程资料。•油田计量站外输分离器的主要作用是将从地下打上来的原油进行分离，即对天然气、油、水三者进行分离，在分离器中天然气在最上层，油在中间层、水在最下层。•一般用手动操作，油位很容易低于出油口，这样天然气就从出油口跑掉，造成很大的浪费，并且天然气的计量采用双波纹差压计进行手工测量很不准确，为解决这一问题，将油位和天然气采用自动控制和测量，即采用计算机控制系统。12:2616一计量站自动化•2计量站的计量方法主要分为哪两类？–传统的两相分离法进行计量；•计量速度慢；•精度较高、置信度高、可靠性好；•复杂、巨大、笨重、通用性差；–新型的多相流混合计量；•计量速度快；•体积小、重量轻；•精度较低、价格偏高；12:26173采用分离法的计量方案一•A.加热密闭流程示意图12:26183采用分离法的计量方案一•B.计量站流程计量站流程12:26193采用分离法的计量方案一12:26203采用分离法的计量方案一12:2621立式分离器12:26223采用分离法的计量方案•3.1.计量方案是如何实现的？–选井控制：采用电动三通球阀–计量分离：采用立式两相分离器–气体计量：采用漩涡气体流量计–液体计量：设定某一容积V(m3)，然后测量液体充满这个容积的时间秒数T(s)，则单日产液量为：Q=V*(24*3600/T)(m3/day)–含水率f(%)：采用含水分析仪检测–单日产水量：Qw=Q*f(m3)–单日产油量：Qo=Q-Q*f(m3)温度压力补偿12:26233采用分离法的计量方案•3.2.原油含水的在线分析方法主要有哪些？–电容法：根据油和水对电容数值的影响不同来测量含水率，仅适用于中低含水率情况；–射频法：根据射频阻抗的不同来测量含水率；–微波法：根据微波传输衰减的不同来测量含水率；–放射性含水分析仪：根据油和水对放射线的影响不同来测量含水率；12:2624•电容法：•根据油和水对电容数值的影响不同来测量含水率，仅适用于中低含水率情况；•原油和水的介电常数不同•2.2—2.480--8412:26253采用分离法的计量方案•3.2.原油含水的在线分析方法有哪些？–射频法电磁波谱：12:26263采用分离法的计量方案•3.3.计量方案需要注意哪些问题？–根据各井的产液量，合理选择计量容积；•容积过小，则液面波动剧烈，测量时间很短•容积过大，则时间过长，测量次数少–根据各井的产油规律，建立合理的计量制度；–合理选择与使用计量仪表；•各仪表的量程范围•现场产出水的矿化度在具备SCADA系统的油气田，计量站的另一功能是与主站的通讯及就地监控。•如某计量站RTU监控系统如图所示：•主要功能是RTU通过选井控制箱、电动球阀1-12实现选井控制。•液量计量、含水率12:262712:26284、两相流混合计量法•a.两相流的直接测量是怎样实现的？–理想情况下：•各相在管道横截面中瞬时占据的面积•各相通过管道横截面时的瞬时轴向速度–现有条件下：•各相在管道横截面中占据面积的平均值•各相通过管道横截面时轴向速度的平均值•截面相分率：管道横截面中，各相占据面积的百分比•体积相分率：流体单位体积中，各相占据面积的百分比12:26294、两相流混合计量法•b.两相计量的有关技术有哪些？–总量检测（流速检测）•容积式仪表、超声波、涡轮、节流装置•电阻、电容等电信号的互相关等–相分率检测•示踪剂法、伽玛射线、电阻抗（电容、电导）•微波传感器、核磁共振、脉冲中子活化分析等12:26305多相流混合计量法•a.三相流计量类型之一：完全分离型–精度高、置信度高、可靠性好–复杂、巨大、笨重、通用性很差气油水截面面积流动速度12:26315多相流混合计量法•b.三相流计量类型之二：部分分离型–精度、置信度较高，价格适中–体积重量偏大、湿气计量没有有效手段截面面积流动速度12:26325多相流混合计量法12:26335多相流混合计量法12:2634第一节计量站自动化•6计量站为什么要实现自动化？–降低劳动强度，增加检测次数；–提高计量结果的可靠性和准确性；–确保辅助设备的安全、高效运行；–便于向上汇报本站有关参数；12:2635案例1某计量站自动化系统的构成•1、工作原理•单井来油经三相分离后，原油进入油桶，当液面达到上浮球时，浮球发出信号使气动薄膜阀全开排油，原油经过在线含水分析仪，刮板流量计、薄膜阀等排出；•分离后的水经水堰管口溢出，进入集水桶。同样，当水位升到上浮球时，薄膜阀打开排水，水经过流量计、薄膜阀排出，当油或水液位降到下浮球位置，薄膜阀关闭，进行下一桶的油或水的积累。•在分离器顶部的气出口处，设有温度、压力变送器、过滤器、气体腰轮流量计、自动式调压阀、单流阀等。三相分离器的进油管线装有一套加药装置，可连续可控地给来油加破乳剂。12:2636•2、计量站远程控制终端（RTU）应能够完成以下功能•倒井控制：根据RTU人机界面操作命令或中控室远程操作命令，自动将某一个或多个油井切换到计量位，并启动计量。•计量流程控制：某一个或多个油井切换到计量位后，实时采集原油流量、含水率、天然气流量，完成一定时间的计量（由RTU人机界面或中控室设置）。•计量计算：计量过程结束后，根据计量有效时间、原油和天然气流量累计、含水率情况，自动计算出液、油、气的日产量。12:263712:2638•3、采用模块：•采用研祥亚当模块进行数据采集和电磁阀控制，A/D转换器对应油位变送器和天然气流量变送器：•ARK-2401712位8路模拟量输入（8路差分）•ARK-240604路继电器输出、4路带隔离数字输入•接口：RS-485，2线制•速度(bps)：1200，2400，4800，9600，19.2K，38.4K12:2639•将各个计量站RTU与中控室连接起来，构成数据采集和监控（SCADA）系统，在中控室完成生产监控。•计量监控的任务全部转移到了中控室SCADA系统。•中控室SCADA系统既要面向现场RTU，管理实时计量生产，另一方面还要将生产数据和计量结果传送到MIS系统，以便进行数据分析处理。•中控室SCADA系统设备包括SCADA服务器、交换机（或集线器）、打印机等，构成局域网。对于规模较大的SCADA系统，为提高可靠性，一般应采用两台互为热备份的SCADA服务器作为SCADA系统的核心，通过双机热备的主站电台与多个计量站通信。4、计量站SCADA系统12:2640中控室SCADA系统设备包括SCADA服务器、交换机（或集线器）、打印机等，构成局域网。12:2641第二节接转站自动化•A.接转站的作用是什么？–油井分散且产量较低的情况下，可降低投资；–汇集各计量站来的油气并进行初步气液分离；–气、液分别干燥、加热处理后送往联合站；12:2642第二节接转站自动化示意流程图12:2643第二节接转站自动化•B.接转站内那些操作需要自动化？–参数监控：•来油进站压力、温度；外输出站压力、温度；•电机供电电压、电流；•缓冲罐、事故储油罐液位；–气液计量：–缓冲罐液位控制、加热炉功率控制；–通讯联络：汇报参数、接收及执行命令；–辅助设备：如掺活性水工艺等；12:2644第二节接转站自动化•C.缓冲罐液位控制的必要性：–控制液位的目的是什么？•保证密闭输送，减少油气损耗；–导致液位波动的主要因素是什么？•上游的来油流量在波动，导致罐内液位波动；•上游的来油带有溶解气，导致气液界面模糊；12:2645第二节接转站自动化•D.节流法液位调节系统是如何工作的？•节流法液位调节系统示意图如下：•通过改变节流的程度来调节流量，从而调节液位•气动阀的选择：保证安全12:264612:2647第二节接转站自动化•E.节流法的主要缺点是什么？如何克服？–节流导致离心泵效率低下，造成电能浪费；•改进方法：–取消节流，用变频调速装置（VFD）来调节离心泵驱动电机的转速，从而调节流量；–节电效果：据报道大致能节电20-40%；12:2648第二节接转站自动化•F.电机有哪两类？各有什么特点？–直流电机与交流电机；–与直流电机相比，交流电机的特点：•结构简单、惯量小、维护方便；•可以在恶劣环境中运行；•容易实现大容量化，高压化、高速化；•价格比较低廉；••高效率的调速难于实现；12:2649第二节接转站自动化•G.直流电机的调速方法主要有哪些？–调节电枢供电电压；–电枢中串联电阻；–激磁回路串联电阻；12:2650第二节接转站自动化•H.交流电机的调速方法主要有哪些？–改变极对数调速；•效率高，线路简单，易维修，价格低；•只能实现2～3种极对数的有级调速，范围有限；–定子调压调速：•线路简单，装置体积小，易维修，价格低；•效率较低，调速范围较小，不适合大容量电机；–变频调速；12:2651第二节接转站自动化•I.什么是变频调速装置（VFD）？–一种新兴的交流电机调速技术；–通过变频器改变电动机定子的供电频率来调速–优点：•调速范围宽、精度高、效率高•启动能耗低：有利于起停频繁，长期低负荷的应用•动态响应快：有利于过程控制应用–缺点：•技术复杂：价格较高、维护要求高•对电网有干扰12:2652第二节接转站自动化–应用VFD调节液位方案示意图：•力控智慧油田解决方案•是针对油气田行业推出的整体解决方案，可以推进企业自动化系统和信息化系统的深度融合。•智慧油田方案遵循：标准化设计、模块化建设、标准化采购、信息化提升的四化原则。12:265312:2654•END