自动化仪表在实现油田数字化中的应用

付灵露

（大庆油田第五采油厂，黑龙江 大庆 163000）

当前，我国数字化油田增加，自动化仪表在油田中使用率也随之加大。在油田生产中，广泛采用自动化仪表，可以提高生产效率和施工质量，保障油田生产的经济效益。在数字化油田中，当前自动化仪表应用也存在不少问题，常见的就是仪表中元件的故障与线路接触不良等，仪表出现问题会对施工进度产生影响。因此，管理人员需及时解决出现的问题，做好仪表分析与研究处理工作，从而提高数字化油田的生产能力与效率。

1 数字化油田与自动化仪表概述

1.1 数字化油田

实现油田生产数字化，就是将数据库与信息管理平台结合起来充分发挥其作用，提高油田生产管理水平，并应用自控系统，对油田生产过程实时监测，提高巡回检查的频次，便于油田生产存在的安全隐患能够被及时发现，实现安全平稳生产、提高生产效率。数字化油田生产管理方面，则实现了集中控制管理目标，统一协调油田生产程序，加强建设数字化管理平台，提高自动控制和管理的水平，实现顺利生产。数字化管理中数据采集阶段，需在生产现场使用相关数据采集设备进行，要做好设备的维护保养工作，及时有效采集数据。然后，将生产数据通过网络传输给中控系统，调度管理中心会全程对油田生产实时监测管理。应用计算机软件系统对油田的生产状态进行分析，从而及时发现问题，远程控制油田生产安全性。

1.2 自动化仪表

自动化仪表组成包含多个自动化零件，能够精确测量并记录数据是其显著优势，在紧急情况下，还可以自动发出报警信号，提醒相关人员。自动化仪表可以看作信息传输机器，其雏形是工业仪表，随着自动化技术成熟，开始在工业仪表中融入自动化技术，最终形成当前的自动化仪表。同时，其体积也从大变小，但功能却更加齐全，例如，自动化仪表具有相当大的存储能力，在油田数字化建设中应用，可以准确存储记录庞大信息和数据。同时，仪表自身抗干扰能力强，在记录相关数据中其他数据组不会对其形成干扰，此项出具记录好后即可记录下一项数据，其准确性也比较高。油田数字化的建设过程对于有着严格的石油生产量的计算要求，由此反映出建设质量的高低，使用自动化仪表可以对产量准确计算，满足使用需求。在采油设备中应用自动化仪表，其作用就是实现自动化采油设备、减少采油工作人员数量、提高采油效率，有效实现精细化的管理，采集和控制油田作业生产参数，方便工作人员及时掌握油田现场生产情况。仪表自动化系统中主要内容就是测量系统、信号系统、联锁保护系统以及调节系统等，这些系统都需要通过DCS系统来运作，将DCS系统结合网络技术，可以有效控制生产指令、指导工作。先将油田作业生产线中，通过自动化仪表准确测量接转站和联合站的温度、流量、压力等参数，依托网络技术进一步转换读取搜集的数据，以判定管道泄漏情况，确定泄漏点，保障作业安全。当前，自动化系统组成以DCS控制系统为主，DCS控制系统有显著应用优势，其技术成熟、可快速运行，并能够有效结合现代网络，实现对全生产过程的掌控。

2 油田数字化建设愿景

石油和天然气生产中，建设其物联网系统的成本高，一些油田井间站多，难以全面开展数字化建设。因此，在油田数字化建设中，需根据实际情况量身定制建设方案。同时，要分阶段开展数字油田的建设工作，当前其层次分为高、中、低 3个层次。

（1）数字化阶段。此阶段通过应用有线和无线两大技术，建设可以把控和维护传感器液位计的某些数据的新系统。此系统可以连接专业的数据库和平台，通过底部传感器层的仪器将各类数据指标收集起来，包括指标图、电流图、机油压力、套管压力等信息，再利用网络传输到数据平台进行组织和存储，结合各个井和场所的历史操作数据与当下状态进行分析。将工作数据存储在数据库方便员工查阅使用、进行数据分析等。大批量整合基础数据，联通应用平台，从而建设成数据集成平台系统，并一步步完善该高级系统，稳步提升其质量与规模，便利人员操作，通过判断分析已知数据，实现准确作业。

（2）可视化程度。此阶段，经过数字化阶段和整合高级数据其基础良好，应用先进可视化技术可以时刻监控油田视频数据和警报的周长，然后，通过人脸识别等图形分析技术与交互式语音警报功能、联动语音报警功能，使油井现场偷窃和安全事故减少。同时，数字平台的基本设备和油井可以手动启动和停止，降低损失。在主控制室，对整个现场的操作可以完全掌控。

（3）智能建设。数字油田建设的顶峰阶段，超越物联网技术范畴，结合智能化，数据可以大批量分析处理。比如，收集指标表可以判断液体供应是否充足，皮带出现破裂后配置平台会发出报警信号，及时通知工作人员远程抬起油井。在油田生产中，实现智能开发、智能生产和智能管理决策。

3 数字化油田中自动化仪表应用

3.1 常用自动化仪表

（1）自动化仪表中压力仪表。石油是生产生活中常见的能源，因其开采过程中比较危险，在建设数字化油田过程中，如果不注意压力表变化，容易酿成事故。应按顺序进行压力表操作，因此，操作人员要熟悉整套顺序流程，严格按照顺序操作避免安全事故，引发人员生命财产损失。在使用中，需先对使用环境温度进行测量，避免使用温度不能过高影响其正常运作。压力表需定期维护，及时进行问题排查与维护。压力表可正确测量压力，发现压力过高时报警，避免造成危害。相关企业需安排专门的操作人员，按照其使用要求严格进行培训。

（2）自动化仪表中温度仪表。数字化油田建设中，需使用自动化仪表中温度仪表，及时测量开采石油温度，石油开采有着精确的温度要求，一般要求达到300～1800℃，控制不到位容易造成安全事故。因此，要使用温度仪表保证开采温度，为实现准确测量，需采用接触的测量方法。相关操作人员需注意各操作步骤避免操作不当。随着时间的推移，将温度变化记录下来，及时采取事故预防。

3.2 DCS控制系统的应用

在采油生产中，自动化系统中的DCS控制系统要结合油气生产管控一体化系统，以提高采油的效率和质量，具体各部分应用如下。

（1）现场采集和控制部分。现场采集就是全面收集数据信息，通过控制系统作用整合信息，整体上掌握采油信息，提升采油质量与效率。

（2）网络通信部分。网络通信部分是DCS系统中重要组成部分，主要就是梳理和管理信息，及时统一发布信息，加强各系统与部门间联系，确保采油作业中信息获取顺利不会受环境制约。

（3）监控中心。在DCS系统中，监控中心是核心部分，监控信息主要就是流量、液位、采油温度等，数据收集完成后续整合并传输到中控服务器，服务器对信息进行分析和归类，依据信息内容和分类再传送给对应人员，提升采油质量、效率和安全性。在采油过程中存在各因素的影响，往往容易导致数据缺失，具体原因可能是服务器配置不均衡、位置不合理等。因此，布置控制系统过程中，专业人员要全面了解采油化解，计算数据平均值，以此为依据设置传输服务器，从而实现对各个管道内实际情况的掌握，便于及时发现问题、及时解决问题，实现安全、稳定输油。人工仪表在控制不稳定，面临多种限制因素，不适应数字化油田发展。因此，需推广应用自动化仪表技术。但对于一些偏远地区，其采油自动化系统难以及时健全和优化，需提高自动化仪表的使用效率。

3.3 中央控制室与子站接入

（1）中央控制室。在操作过程中，DCS系统必须通过传输信号建立在中央控制室和从站之间联系。在中央控制室中，DCS系统可以设置相应的子站并进行数据记录，通过图形方式记录采集的数据和自我诊断系统运行状态。DCS系统基于Windows系统操作，技术人员可升级更新DCS系统。获得授权的情况下，可以依据现场实际情况对系统进行更新，保证使用效果。

（2）DCS系统的具体功能。DCS系统主要包含4方面功能：①该系统可以实时动态化监控油田；②分析汇总采集的数据进行分析汇总，并以折线图的方式展示分析结果；③各类报表的时间可以自动配置生成；④及时检测现场工作中的数据，超出规定参数发出警报，阅读和打印报告方便。

第一项功能下，DCS系统可以分类识别复杂数据，并对现场工作的特定条件动态监视和评估。现场出现故障时，工作人员可以及时、准确定位，根据实际情况采取维护措施。第二项功能保证DCS系统运行，数据处理得以简化，关键性数据可以以详尽的方式显示，工作人员可及时检测现场各个阶段工作产生的相关数据，并允许分析整理数据，方便工作人员快速、准确分析。第三项功能允许在精确处理工作中，产生不同声明，员工在自己的IT设备上随时查阅信息、导出必要声明。传统的自动化工作中这种导出声明功能难以实现，员工需手动关联打印机打印，工作量和时间成本增加，产生了更多生产成本支出。第四项功能是实时监视系统，紧急情况下，可以与系统报警功能自动连接，工作人员据此判断故障节点。相比以前的警报系统，其功能更加强大、速度快，安全平稳运行各项程。

3.4 自动化仪表的误差调整及其选择原则

自动化仪表主要有绝对误差、相对误差和传导误差这3种形式，油田现场工作环境复杂会影响仪表使用，工作人员需及时管理维护，保证其运行良好。因此，仪表校正和选择过程中，必须按照相关原则进行，即仪表选择经济性原则、校正可靠性原则。具体要根据现场工作环境的需要选择，全面了解其规格和功能等，结合经济性原则选择合适仪表。之后应合理选择投放点，避免位置设置不当加大成本，对石油工业发展产生影响。此外，科技进步的同时，当前各种自动化系统也在不断更新换代，但其维护也更加复杂、成本更高。对此，工作人员应不断学习提升维修技术水平，定期检测已投放仪表，以便及时发现问题。在仪表使用过程中，会逐渐加大误差，维修人员应遵循可靠性原则调节仪表，以适应工作需要。

4 自动化仪表应用中维护与故障处理

（1）加强仪表检修。自动化仪表应用时，往往容易出现故障而对油田正常生产产生不利影响，对此工作人员需定期检修自动化仪表，排查其故障，降低故障发生概率。维修人员应承担起自己的责任，定期、不定期检查油田中自动化仪表，确保其存在问题被及时发现，从而及时解决，降低对油田作业的影响，保证仪表在运行中灵敏度与精度足够，满足数字化油田的生产效率要求。

（2）制定排污计划。在自动化仪表运用过程中，操作人员需要对仪表基本情况和运行参数有全面了解，以避免操作方法不当而引发设备故障。此外，操作人员在完成仪表工作后，需及时进行排污作业，对此要制定细致的排污计划。运用自动化仪表测量过程中，导压管容易附着粉尘、油污等物质，对测量精度产生严重影响，甚至引发大型事故。因此，操作人员需严格按照排污计划表对自动化仪表进行排污工作，排污计划的制定需要依据仪表工作状态和工作环境进行，制定好后要确保落实执行，维护仪表的运行能力。

（3）对仪表进行定期维护。工作人员在自动化仪表使用过程中需对其进行检修维护，降低其使用中故障几率，保证油田生产效率和生产质量。在维护仪表过程中，需重视检修其中一次元件，了解其具体保温伴热情况等运行状态，尤其是在寒冷天气下，该项为重点检修项目。可以避免低温环境下，冻坏元件而导致仪表无法正常运行。

5 结语

石油企业作为国家重点工业，在其改革升级中应坚持数字化道路，进一步加强数字化建设研究，有效应用各种自动化仪表，实现生产管理数字化，保障油田的可持续发展。