油田自动化仪表的应用与维护

孙海瑞

摘要：随着油田数字化建设的不断深入，大量自动化、智能化程度高的仪表设备广泛应用于油田生产中，满足了油田生产、开发的需求，确保了生产现场前端数据采集的准确性、提高了生產过程的可控度、降低了生产人员劳动强度，使油田生产、开发发生质的飞跃。文中对油田自动化仪表的应用与维护进行了探讨，具有一定借鉴意义。

关键词：自动化仪表；应用；维护

1 油田自动化仪表概况

随着信息技术的发展，油田大力倡导数字化建设。数字化是将各种信号及信息转换为数字或数据，然后将这些数据信息建立数字化模型，转换成二进制代码，导入计算机内部，进行统一处理。数字化具有集成、定量、智能等特点，用数据说话，听数据指挥，充分利用计算机网络技术、自动控制技术、数据交换技术、数据共享技术、视频处理技术、智能分析技术等，实现对生产过程的准确判断及控制，优化生产工艺流程，提高生产自动化程度，降低生产人员的劳动强度。

在油田生产过中，在地面过程建设中大量采用自动化控制技术和装备，实现对生产过程的自动化控制，代替生产操作人员的劳动，提升自动化控制水平，降低生产人员劳动强度。在油田自动化仪表系统中，使用变送器采集生产过程中温度、压力、流量、液位等参数，为生产数据网络提高前端数据。整个自动化系统组成包括自动测量系统、自动信号系统、自动保护系统、自动调节系统。其中，自动调节系统和自动保护系统有DCS来实现，DCS是分散控制系统，该系统利用计算机技术，通讯技术、控制技术，图形技术等，实现对生产过程 的控制和管理，并且能够实现人机交换，在油田自动化生产中应用广泛。

2 DCS控制系统

2.1 DCS 系统功能

（1）可实现对整个工艺流程实时监测动态模拟。DCS 系统可对现有的数据信息进行分析，并结合实时监测的情况对其进行模拟，进而将采油过程中可能发生的情况更为直观的呈现在技术人员面前，以此促使其能够及时为采油工作做好准备。

（2）所有数据的采集与存储以及实时趋势曲线描述。使用 DCS 控制系统，可让数据的采集与分析更为简便，其所使用的实时趋势曲线对于数据的分析与整理具有一定帮助，使技术人员能够一目了然，避免了操作与实际不符的情况。

（3）自动定时对班报表、日报表、月报表以及年报表的打印输出。早期的自动仪表控制系统需要人工手动进行报表打印与输出，不仅增加了工作时间，同时也无法达到相对良好的工作效果，进一步增加了采油工作的基本成本，不利于对成本的控制。

（4）超限报警以对报警信号的汇总、存储、报警报表打印输出。超限报警是保护采油安全的一种有效措施，传统的报警方式不仅不够安全，在报警延迟上也有一定的问题，而 DCS 控制系统的超限报警更为完善，可在第一时间进行报警信号的存储与输出，在较大程度上提升了采油工作的安全性。

2.2 操作站

操作站是DCS系统实现人机交换的平台，其功能主要包括：以不同形式显示各种生产过程变量，允许操作人员干预生产过程；存储各种生产过程变量的历史数据，可以对各种数据进行处理；显示和打印各种关键信息；自主编制各种用户显示界面，灵活调用各种显示信息；编制各种数据表格形式，打印输出各种数据表格；监测各仪表设备工作状态，装载各控制管理软件；对通讯线路上的各种设备进行组态，将组态结果装载到各对应设备；实现系统的自我诊断。DCS系统具有传统控制仪表所不具备的巨大优势，在油田得到广泛应用。

2.3 中央控制

系统 DCS 子站通过通信总线接入中央控制室的 DCS 系统，在中央控制室可显示系统 DCS 子站的实时数据库、流程与仪表检测点图形实时显示、趋势报表等系统数据的生成和下装，完成对子站系统自诊断和系统数据的列表和后备，DCS 运行用 Windows7 操作系统。同时中央控制室的工程师站可对下一级的 DCS 子站进行系统组态、下装，在授权的情况下，可对 DCS 子站进行在线或离线修改，为中央控制室值班长等管理人员进行系统运行情况、制定决策提供数据，从而对设备、人员优化管理，实现过程的优化和动态综合自动化管理。

2.4 通讯方式

DCS系统子站与中央控制室主系统通过通信总线双绞线或光缆接人，通信总线为双冗余采用子站总线通信的方式有明显的优点，可减少电缆布线在具体实施中，根据操作要求，设计成以下几种形式：①DCS子站由远程I/O组成，设有操作员站，信号用总线传送至中央控制室的DCS系统；②DCS子站由远程I/O与PLC相衔接的方式组成；③设计中也有尝试用现场总线仪表，以节省电缆光缆安装工程量；④摄像监视系统单独成系统，也可设计成摄像进人DCS成为画中画的兼容系统在具体过程设计中，一般用FF总线、Profibus总线，鉴于从成熟的角度考虑，设计中以Profibus总线为首选，Profibus用令牌传递，多主站协议，持有令牌的站可轮询其他站。

3 自动化仪表系统存在的问题

自动化仪表虽然相比于传统仪表具有相对较多的优势，但仍存在一定的问题。

主要的问题首先是系统功能过多，大部分不实用，难以在采油过程中发挥作用。同时在监测站点的设置方面，也存在着一定的问题，专业功能性不强，无法为采油企业提高经济效益。其次在社会效益方面，也不能够发挥出较为良好的效果。在多数的使用过程中，自动化仪表过于依赖实际情况，导致智能仪表在环境相对恶劣的情况下容易出现信息不准及故障的情况。最后是专业人员的缺失与设备维护难度过大，相对而言维护成本也不断增加，给设备的正常使用与采油工作带来一定的影响。

4 自动化仪表的维护

由于设备常年在地表下受到不同程度的腐蚀，对器件都有一定的损伤，所以要加强日常的保养。在日常维护过程中主要是观察及更换测试信号灯，对老化的线路及受损的元件及时更换，以免影响正常工作。在更换测试信号灯时，要注意不是任何信号灯都可以安装到此仪表设备上，因为在高温高压的环境下，一般的信号测试灯不易承受，即便安装好以后，在自动化仪表正常工作过程中，甚至有时使用不到1 h就会炸裂。目前信号测试灯都是采用耐高温、耐高压的材料制作，并且在灯泡内充入了惰性气体 — —氖气，其化学性质稳定，不易发生爆炸等现象。

在对老化的线路更换时，也要注意以下几点原则：首先，设备本身的功率较大，对缆线的粗细程度有一定的要求，过细的线缆不仅会烧焦本身绝缘胶皮，而且引带的电流较小，不能支撑设备的功率，使仪表发出“嗡嗡”的声响，这对设备的损坏最大；其次，较粗的缆线提供的功率远远大于仪表正常工作时的功率，所以缆线的功率务必要选择好；最后，是对零部件的更换，对于一般的零部件而言，只要掌握好技术参数，在数控车床上进行相应的加工便可得到。但是在这里面也包含了许多小细节，其中之一就是零部件的材质。需要耐酸碱的材质时，就不能用简单的铁、铝等制做，需要用到合金。合金的最大优点就是多种金属混杂在一起，兼容了多方材质的优点。

5 结束语

自动化仪表技术发展技术较快，在多个油田的开采过程中发挥出了较大作用，是油田开采中必不可少的基础设施。但由于受技术使用较为繁琐及维护成本过高等因素影响，导致自动化仪表技术的发展受到制约，难以进行推广与应用，对于实现数字化油田产生了不利影响，所以需在后期使用过程中不断进行探索，将自动化仪表技术进行优化与完善，进而为油田开采行业的数字化发展奠定坚实的基础。

参考文献

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（作者单位：大庆油田采油三厂第二油矿）