油田仪表自动化中的仪表选择探讨

王巨鹏

摘要：在经济和科学技术日益发展的大环境下，不同的行业都在全球化的趋势下寻找新的商机和迎接新的挑战，在快速发展的各种新技术之中，仪表自动化技术成为了一支先行军，它在我国的油田数字化、自动化领域内得到了广泛的应用，它以其自动化、数字化的精准特性，为我国的油田提供了安全生产、高效产出的依据，成为了我国油田发展中有力的技术支撑，本文重点论述在我国油田环境中自动化仪表的选择，为油田的信息化、自动化、数字化提供理论支持。

关键词：油田 仪表选择 自动化 数字化

伴随着油田开采装备及设施的不断更新与改造，在自动化、数字化先进技术的引领下，我国的油田开采已经在向信息化、自动化、数字化的趋势发展，它充分利用自动化仪表及传感技术、网络自动化技术、图形控制技术、集散控制技术等，对油田的运行状态进行流量、温度、压力等参数的测量与控制，通过网络技术手段，以及自动化仪表数据显示，对油田的生产状态进行数据采集和处理，实现安全、可控的自动化管理。

1 仪器仪表的范围及其作用

在我国的工业化经济特点日益显著的环境下，作为生产运行所用的仪器仪表是重要的设备之一，它的设计和选择是具有经济价值的技术性工作，尤其在监视油气水井的生产，监控油气水的处理过程，保证油田作业的安全性、提升油田产品质量方面，具有不可估量的重要意义，我们在仪器仪表选型的过程中，要明晰仪器仪表的不同工作原理和工作范围，并对仪器仪表的误差进行分析，以提高仪器仪表的精确度和可靠度。

仪器仪表由于其性能和工作方式的不同，因而在其使用范围内也有不同的型号和原理，其精准度、适用范围和计量参数均有较大差异，它的工作范围是指在生产应用中能够承载的最大强度和最小强度；其测量范围是指仪器仪表测量的上限和下限之间的绝对值，在这个空间内的幅度变化会有效提高仪器仪表的精准度，提高仪器仪表的使用效率。

2 油田仪器仪表自动化系统现状概述

伴随着我国油田生产作业过程中智能化、自动化的仪表装备的加入，我国油气田生产的联合站、接转站及井组的现场仪表测量更加精准，减轻了人工作业强度，实现了精细化管理，进行网络传输的油田作业生产参数采集及控制，使生产作业人员足不出户，即可对油田生产作业现场状况了如指掌。

仪表自动化系统涵盖测量系统、信号系统、联锁保护系统和调节系统，这些系统都是由DCS（即分散控制系统）来完成的，它与网络技术相互结合，进行远程监控，下达生产调控指令，安全指导生产作业。具体步骤是：将油田作业生产线的接转站、联合站的温度、流量、压力、液位等参数数据，借助于自动化仪器仪表设备，进行精准的测量，并上传到自动网络监控系统中，通过数字化的数据读取与转换，进行指挥控制操作。这个自动化仪器仪表控制系统可以自动分析和判断管道的泄露情况，并确定泄露点、通知系统操作人员进行处理，避免安全事故，这有益于前端自动化仪表的精准测量，是DCS控制系统与GPRS网络的有机结合。

3 仪器仪表的误差控制及选择原则

仪器仪表的误差以三种形态而存在，即：绝对误差、相对误差和传导误差。由于油田的作业环境一般来说，都较为复杂，它要受到来自外部环境和内部因素的不同影响，这些都会导致仪器仪表的工作误差，这种仪器仪表的误差是无法避免的，但是它却是可控的，首先在对仪器仪表的选择上，必须依循其使用范围，这样不致出现太大的偏差，使仪器仪表在规定值之内，进行正常的工作和运转，保证精确度和可靠性。

在对仪器仪表的误差进行可控性的调整之下，还必须依循以下原则进行仪器仪表的选择：

3.1 经济有效性和高精度的选择原则

在油田作业环境中，为了保证安全生产、降低生产成本，都必须在仪器仪表的精确测量和计量基础下，进行测量数据参数的处理，因而，对仪器仪表的精度选择原则，是油田作业环境的要求，也是工业生产过程的要求。但是，另一方面，我们还要考虑到，在精度提高的同时，也增加了仪器仪表的高成本费用，因而，要从经济和技术的双重层面进行综合分析，以达到经济性和准确性兼顾的目标。

3.2 安全可靠性的选择原则

在油田作业过程中，其经济效益主要来自于生产运行过程的全程化和持续化状态，任何故障维修和诊断都对油田作业造成影响或损失，因此，为了保证油田作业的效率，需要对仪器仪表进行安全可靠的首选，在其安全可靠值较高的环境下，可以较大地提升企业的经济效益；而安全可靠值较低的仪器仪表，则会由于其可靠性能低而花费较高的维修费用和经济损失。由上可知，仪器仪表的选择，必须是在安全可靠的前提下，选取的经济实用的选择。

4 油田作业过程中自动化仪表系统的仪表选择分析

4.1 温度测量仪器仪表

在油田作业的自动化进程中，温度是重要的参考因素，而最早的温度测量仪表，是意大利人伽利略创造的一种测量物体冷热程度的工业自动化仪表，是一种没有刻度的指示器。它有热电阻温度仪表、热电偶温度仪表、膨胀式温度仪表和辐射式温度仪表几类，它们的工作原理各不相同，热电阻温度仪表是利用导体电阻随温度变化的特性，进行低温的自动化和远距离测量；热电偶温度仪表是利用热电效应来进行温度测量的，这种热电效应与导体材料和结点温度相关；膨胀式温度仪表是利用物体遇热膨胀的原理进行温度计量的，它与液体汽化和凝固温度有直接的关系；而辐射式温度仪表可以用于900℃以上的高温，它是在热能转化为辐射能的基础上，进行温度的测量。

在油田作业环境中，就地指示的温度仪表，主要是选择金属温度仪表，并通过自动化装置，将其温度控制在-80℃和零上500℃之间，精度为1.0-1.5级。对于-8℃ 以下的低温介质或者无法进行准确接触性测量的情况，则可以选择低温压力温度计，并进行相应型号的选择。另外，油田作业过程中的温度仪表安装，也要在选择之后的又一关键步骤，在仪表易受介质冲击的环境下，要采取必要的防弯曲措施，并使仪器的感温面与被测介质表面进行牢固的对接。

4.2 压力测量仪器仪表

在油田仪表自动化系统中，压力测量仪表是和温度测量仪器仪表具有同等重要意义的仪表，它对于油田作业的自动化过程同样也有误差的考虑因素，对于压力状态不同的介质，为了最大化地减少误差，获得精准的测量，要选取不同的型号的压力测量仪表。例如：一些粘度较高的原油，要选用隔膜式的压力仪表，或者采用弹簧管压力表，它们都具有1.5-2.5的精度等级；一些以标准信号输出的压力仪表，要考虑选用相应的压力变送器，对于固体颗粒状的腐蚀性介质，则要选择法兰膜片式压力变送器；对于具有激烈振动的介质，则可以选用数字压力变送器。

4.3 流量计量仪器仪表

在油田作业生产过程中，油井的产液量计量在有分离器生产的方式下，采用人工玻璃管进行计量的方式，通过手动控制液面，以调节阀来实现操作的。在接转站、联合站原油液量的计量采用涡街流量计、双转子流量计等计量方式；而轻质原油在其粘度小于5mps的情况下，要选用涡轮流量计仪表。污水、注入水的流量计量采用涡轮流量计、电磁流量计等计量方式计量。这些流量计量仪表在安装的过程中要注意清理，才能进行准确度的保护与控制。

油田作业环境下，流量计量测量系统的检测元件、一次仪表和显示、记录等要进行恰当的配置。如果配置得当，则可以节约大量加重材料的费用，因此，对流量计量仪表进行不同粘度、不同密度性能参数的改变，在自动化控制系统的处理中，可以为我国油田解决材料浪费的问题。

4.4 液位测量仪器仪表

被测介质的性质是选择“就地液位”指示仪器仪表的重要依据，在实际的油田作业过程中，被测的介质性质有不同种类：轻质油、原油、地下水池、污油池、易液化的介质等，一般来说，玻璃板液位仪表适用于轻质油；原油适用于浮球液位计；地下水池适用于“顶装式浮球液位计”或深度计；污油池适用于电容液位计；掺入乙二醇水溶液的隔离容器适用于易液化的介质。

由上可以看出，用于油田作业生产中的液位测量仪表，是有不同的分类和应用选择的，这里主要介绍“浮球式液位计”、“压变式液位计”、“差压式液位计”。首先，“浮球式液位计”仪表是利用力平衡原理进行测量的，其计量误差为：±2cm（绝对误差），但是这种仪表具有进液稳定性较差的缺点，在需要在容器上开孔安装检测存在较大难度。其次，“压变式液位计”在油田生产中主要用于测量开口容器内的液面高度，如：污水罐等，在被测介质是纯油或纯水的情况下，测量精度较高，但也存在一定误差。最后，还有“差压式液位计”，它在油田作业生产中适用于测量密闭容器内的液位，具有检测量程范围大、精度高、不受介质压力和温度的影响的优点。

4.5 用于油田作业生产的分析仪表选择

众所周知，原油具有不同的密度，其密度的测量也是油田作业过程中的一个重要考虑因素，我们也要根据生产实际情况进行密度计的不同选择。一般情况下，主要选择振动式密度计；对于污水的分析，则要依据其含量进行分析仪表的选择，通常可以选择水中溶解氧分析仪表，用于生产过程中的连续性测量。

5 结束语

在科技和工业技术不断发展的环境下，我国的油田建设程度越来越高，油田自动化仪表的选择也越来越科学和合理，为了更好地推动我国油田自动化、数字化、智能化的建设，油田自动化仪表的选择具有降低产品成本、减少消耗、提升经济效益的重要作用。总之，自动化、数字化的油田建设离不开自动化仪器仪表的选择和应用，只有在精心操控和维护的自动化仪表操作中，才能实现前端油田作业参数的精准测量，实现生产数据的自动化采集和处理控制，排除油田作业中的生产漏洞，体现出自动化仪表的功能和价值。

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