集油间智能掺水管理的探索与实践

曲胜龙

摘要：为解决前线岗位缺员的问题，大庆油田有限责任公司第七采油厂正在大力推进数字化建设进程。在集油间的数字化建设方面，已经实现了数据远程采集、参数远程调节等数字化功能，如何在数字化基础上进行智能化升级是一项亟待解决的问题。文章提出了基于RTU的二次开发实现智能掺水管理的建设思路，主要从控制周期、调节幅度等关键因素上对智能掺水调节规则进行分析和讨论，提出一套可行的智能掺水建设方案。通过智能掺水的应用，对集油间无人值守的推进具有重大意义。

关键词：智能掺水;RTU二次开发;无人值守

中图分类号：TP3        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）08-0074-02

1研究背景

1.1 整体趋势

近年来国际油价持续走低，对石油企业的发展造成了巨大冲击，资源型企业的核心竞争力显著下降。同时，油田每年新入职人员数量有限，外围油田人员补充数量少之又少，全厂员工总量逐年减少，岗位缺员现象日益凸显。在这样的背景下，应积极探索油田管理低成本运行的现代化管理模式和运行体系，通过数字油田、智能油田的建设，实现油田管理的提质增效的低成本运行战略。

1.2 目前集油间数字化建设进展

目前，大庆油田有限责任公司第七采油厂在集油间的数字化建设上进展迅速，大部分集油间已完成了数字化建设。集油间数字化建设完成在即，智能化研究亦需未雨绸缪。做好集油间的智能化升级，将极大地减小掺水管理的工作量，为集油间无人值守提供技术保障。

2智能掺水的概念

要想了解智能掺水，应先了解集油间掺水的数字化改造。每个集油间由数个集油环组成。每个集油环都有一个安全生产的温度范围。在数字化改造前，每个集油间在白天都有班井长或资料员驻扎，晚上由夜班人员进行周期性的巡检。按照要求，巡检人员每2个小时需要查看一次各个环的生产情况，操作人员根据需要在生产现场旋转手轮调节掺水阀，使掺水环的回油温度保持在安全生产温度范围内。

集油间的数字化建设就是通过引进数字化设备对集油间进行改造，将集油环的回油温度、掺水压力、瞬时水量等数据采集并存储，再通过生产调度系统将生产数据在网页中展示和远程设定。在数字化改造后，集油间的管理方式由现场驻扎转变为远程集中管理。在这种管理方式下，中控室人员主要通过周期性的电子巡检来主动发现温度、压力、流量等参数的异常情况，然后根据需要对异常的掺水环的设定流量进行远程重新设定，使掺水量增大或减小，进而使温度达到安全生产温度范围内。随着集油间管理的集中化，现场巡检工作后移至中控室，人员配置也由从前的一个间由一个班组管理改革成为一个队由一个班组管理，改革后中控班组的工作量较大。智能掺水的目的就是要通过技术手段有效减轻中控班组的工作强度，这对于数字化改革具有重要的意义。

在生产中，回油温度是集油管理的核心，集油环管理的目的就是要把回油温度控制在安全生产温度范围内。而调节回油温度的手段则是通过调节掺水阀门的开度来控制管线内通过的热水的流量，阀门的开度直接影响回油温度的高低。因此，现阶段的智能掺水管理就是在集油间数字化建设的基础上对数字化设备进行扩展，让数字化设备代替人来自动分析当前的生产情况并根据需要自动调節水量，使回油温度保持在安全生产范围内的一种管理方式。

3智能掺水实践

3.1 制定合理的智能调节算法

在实际生产中，由于每个环的掺水都需要经过热水由间到井、油水混合、由井到间几个温降过程，因此在每次调节阀门开度后，都需要经过一定时间的延时才能真正体现出温度变化结果。经过调研发现，这个时间一般需要0.5小时～2小时，不同的环，情况各异，在程序中应该考虑什么时候调、多久调一次、一次调多少这三个关键问题。

1）什么时候调

研究智能掺水主要是为了减小人为分析和调节的工作量，对于一个管理者来说，在人为管理的时候要知道哪些情况需要调节。目前集油环掺水主要根据温度来管理，一般来说温度低于设定温度时就应该开大，而高于设定温度时就应该关小。为避免在温度接近目标温度时依然不断调节，可以为其设定一个合理区间，当温度处于这个区间内时就不再调节。

2）多久调一次

因为每个环的温度延时时长不同，所以应该根据不同环各自的延时周期设定不同的调节频率，需要解决以下两个问题：

（1）确定单环的延时周期。在数字化正式运行后，就能够远程采集和查看历史数据。可以通过手动修改设定流量值，再通过观察温度变化情况确定一个大概的延时周期。

（2）确定调节频率。由于温度变化的延时周期较长，如果以延时周期为调节频率，那么在这个延时期间内存在太多的不确定性，隐患较大。可以将延时周期三等分，以延时周期的1/3为调节频率。这样保证了不会因为调节过于频繁导致的过度调节，同时1/3的调节频率也能初步体现出温度的变化，在温度变化的过程中能够分析当前调节的效果，适时地进行微调。

3）一次调多少

一次调多少，即是调节的幅度，是决定系统运行效果的主要因素。调节得小了，达不到想要的效果;调节得大了，又会影响系统的稳定状态。因此，需要考虑在每个调节节点究竟需要调多大。从影响调节幅度的主要因素入手，对以下两个方面进行分析：

（1）由于各个掺水环内的流体状态有区别，如果对不同的环增大或减小相同的瞬时水量，带来的温度变化不同。因此，需要设立一个变量ε，根据不同环的情况人为设定该变量的值。水量变化时温度变化越敏感，则ε的值越大，反之则ε的值越小。

（2）对于同一个掺水环，其每个调节周期的调节幅度，应该和当前温度（t当前）与目标温度（t目标）之间的差距呈正相关。温度相差越多，调节幅度就应该越大。

基于上述分析，对于调节的幅度，可以先定义一个基数0.05，根据影响幅度的因素，拟用以下公式用来计算流量增幅：

△q=0.05*ε*（T目标-T当前）

式中：△q --设定水量增量;Ɛ--为用户输入的调整系数;T目标--设定的目标温度;T当前--从温度表中读取的当前温度。

3.2 RTU二次开发

近年来，随着数字化设备的更新换代，边缘设备具有越来越强大的逻辑运算能力。RTU作为数字化设备中重要的组成部分，它不仅能够将传感器中的数据进行采集和上传充当着数据传输的角色，还能进行扩展和二次开发充当集油间的大脑。目前，集油间所使用的RTU均为智能RTU，具有一定的可扩展性，可进行二次开发。此处需要同RTU厂家沟通，获取与RTU相匹配的二次开发工具、学习工具的使用及与工具相匹配的开发语言，最后将自动控制流程编写为代码，写入RTU设备中。

3.3 取得的阶段性成果

目前，掺水自动控制程序已经在第二油矿部分集油间投入使用。在运行过程中，RTU设备运行平稳，与程序应用前相比未见明显异常;各掺水环的掺水流量能够按照制定的规则进行自动调节。

在实际应用过程中，将各集油环的目标温度设置为35℃。以X集油间2环为例，初始时温度为39℃上下，超出设定目标温度。程序根据既定规则减小了2环的设定流量，使得回油温度降低。程序按照一定的周期执行调节操作，最终平稳地将回油温度控制在35℃上下，达到合理的温度范围内。

通过自动调节程序的应用使RTU具备了智能调节的功能，能够自动分析当前掺水情况，并代替管理人员对掺水流量进行实时调节，极大地减小了集油间掺水管理工作量，進一步推进了集油间无人值守进程。

4总结

目前，我厂数字化进展迅速，如何理论联系实际从实际出发做好智能化研究，更好地辅助管理人员工作非常重要。本文首先介绍了智能掺水的建设背景，提出了智能掺水的概念，又针对智能掺水的什么时候调、调节频率、调节幅度几方面关键问题提出了自己的观点和论述。在实际应用中，达到了较理想的控制效果，具备一定的可推广性，对于集油间掺水智能化建设具有一定的借鉴意义。

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