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1  引言

    原油計(jì)量站作為油井原油計(jì)量和匯集的樞紐，在油田的生產(chǎn)中扮演十分重要的角色。實(shí)現(xiàn)原油計(jì)量站的自動(dòng)化計(jì)量與監(jiān)控，對(duì)于實(shí)現(xiàn)整個(gè)油田系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控，提高原油計(jì)量的準(zhǔn)確性和生產(chǎn)效率等都具有十分重要的意義。
華北油田霸六計(jì)量站自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分別對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了智能化和電氣化改造，并增加了PLC控制站和中央控制室，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

    整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制由和利時(shí)公司的HOLLiAS G5系列PLC完成。

2  工藝概述

    簡(jiǎn)要工藝流程如圖1所示。系統(tǒng)主要由計(jì)量用三通閥、分離器、平衡罐和原油伴熱等部分組成。

                        圖1  華北油田霸六計(jì)量站工藝流程框圖

(1) 工作流程描述

    油井原油通過(guò)輸油管道被輸送到計(jì)量站。在非計(jì)量狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)每口油井的三通閥都指向工作匯管方向，原油直接通過(guò)工作匯管被輸送出去。當(dāng)需要對(duì)某一口油井原油進(jìn)行計(jì)量時(shí)，則將此口油井對(duì)應(yīng)的三通閥指向計(jì)量匯管方向。原油由計(jì)量匯管進(jìn)入分離器，在分離器中開(kāi)始對(duì)原油進(jìn)行計(jì)量。計(jì)量后的原油經(jīng)平衡罐流入輸出匯管被輸送出去。

(2) 計(jì)量原理

    對(duì)油井原油的計(jì)量包括混合液的產(chǎn)量（M3）和體積含水率（%）計(jì)量?jī)刹糠帧；旌弦寒a(chǎn)量V是通過(guò)計(jì)量油井完成設(shè)定的分離器高度（50cm）所需要的時(shí)間T，并由公式：

                                V = δ / T

得到。其中，δ=15564,計(jì)量系數(shù)（可修改）。

    由上面計(jì)量得到的產(chǎn)量并不能直接得出油井的原油產(chǎn)量τ（噸），因?yàn)槠渲羞€有相當(dāng)一部分是水。所以要計(jì)量原油產(chǎn)量，還需要得到對(duì)應(yīng)于每口油井的原油體積含水率（%）。原油體積含水率ξ（%）是由安裝在分離器油出口管道上的含水分析儀測(cè)量含水率的瞬時(shí)值，并通過(guò)在PLC對(duì)得到的含水率瞬時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)加權(quán)平均而得到。

                                 ξ=（V-τ/ρ）/ V

最后由公式：

                                 τ =（1-ξ）Vρ

得到油井的原油產(chǎn)量τ（噸）。其中，ρ為原油密度。

3  系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

    根據(jù)系統(tǒng)的控制要求和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)系統(tǒng)做如下設(shè)計(jì)：
    (1) 系統(tǒng)設(shè)現(xiàn)場(chǎng)操作站和中央控制室，以分別實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集中控制管理和現(xiàn)場(chǎng)就地操作。
    (2) 中央控制室主要設(shè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)上運(yùn)行和利時(shí)公司的FocSoft3.1監(jiān)控軟件，完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控管理。
    (3) 在現(xiàn)場(chǎng)操作站設(shè)PLC系統(tǒng)，以完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和程序控制。PLC系統(tǒng)選擇和利時(shí)公司的HOLLiAS  G5系列PLC，HOLLiAS  G5系列PLC具有完善的模塊種類(lèi)和靈活、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以容易地構(gòu)建自己的系統(tǒng)。
另外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的就地操作，在現(xiàn)場(chǎng)操作站還設(shè)有觸摸屏。通過(guò)觸摸屏，用戶可以在計(jì)量站內(nèi)完成對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控。
    (4) 由于現(xiàn)場(chǎng)站和中央控制室之間的距離較遠(yuǎn)，考慮到搭建無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)的可行性，在現(xiàn)場(chǎng)站和中央控制室之間搭建了無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)站與中央控制室之間的通訊。
    (5) 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備進(jìn)行智能化改造，以適應(yīng)控制系統(tǒng)的要求。

4  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。整個(gè)系統(tǒng)可以分為四個(gè)層，從下到上依次為現(xiàn)場(chǎng)層，控制層，網(wǎng)絡(luò)層和管理層。

                                  圖2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    (1) 現(xiàn)場(chǎng)層為現(xiàn)場(chǎng)儀表部分，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)參數(shù)的采集。
    (2) 控制層位于計(jì)量站內(nèi)，包括PLC和觸摸屏等主要控制設(shè)備，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的工藝流程控制，數(shù)據(jù)處理和現(xiàn)場(chǎng)操作，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。
    (3) 網(wǎng)絡(luò)傳輸層是管理層與控制層之間數(shù)據(jù)信息交換通道。
    (4) 管理層位于中央監(jiān)控室，包括系統(tǒng)的管理和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，主要完成對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理、報(bào)表、打印等。

5  系統(tǒng)的控制流程

    系統(tǒng)的計(jì)量方式包括自動(dòng)計(jì)量和手動(dòng)計(jì)量?jī)煞N。自動(dòng)計(jì)量要求整個(gè)計(jì)量過(guò)程由程序控制自動(dòng)完成，對(duì)于每口油井的計(jì)量定時(shí)循環(huán)進(jìn)行（如每天計(jì)量3次）；手動(dòng)計(jì)量則可以根據(jù)用戶要求選擇需要計(jì)量的井號(hào)和計(jì)量次數(shù)，對(duì)某口井單獨(dú)做計(jì)量。具體計(jì)量控制流程如下：

(1) 自動(dòng)計(jì)量流程

    整個(gè)計(jì)量過(guò)程由程序自動(dòng)控制完成。每天定時(shí)循環(huán)計(jì)量每口采油井。具體為：每天定時(shí)（3次/天，整點(diǎn)計(jì)量）啟動(dòng)計(jì)量程序，在計(jì)量時(shí)間到時(shí)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的次序及次數(shù)，依次對(duì)計(jì)量站的每口油井進(jìn)行計(jì)量，直到計(jì)量完成。計(jì)量完成后，等待下一計(jì)量時(shí)間到達(dá)信號(hào)，再依次對(duì)每口井進(jìn)行計(jì)量。

    另外，在計(jì)量過(guò)程中需要判斷對(duì)應(yīng)油井的工作狀態(tài)。如果在判斷出某口油井停井時(shí)，要在計(jì)量到此口油井時(shí)跳過(guò)不進(jìn)行計(jì)量，并繼續(xù)其他井的計(jì)量。

(2) 手動(dòng)計(jì)量流程

    由于每口油井來(lái)油狀態(tài)不確定，在進(jìn)行對(duì)每口油井的自動(dòng)計(jì)量后，有時(shí)還需對(duì)其進(jìn)行手動(dòng)計(jì)量操作，以保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。在手動(dòng)計(jì)量中，需要人工輸入計(jì)量井號(hào)、計(jì)量次數(shù)和計(jì)量開(kāi)始時(shí)間。輸入計(jì)量信息后，由程序執(zhí)行計(jì)量操作。以每次計(jì)量結(jié)果的平均值作為計(jì)量的最終結(jié)果。

                              圖3  手/自動(dòng)計(jì)量過(guò)程邏輯框圖

6  系統(tǒng)的功能特點(diǎn)

    華北油田霸六計(jì)量站自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)主要具有以下幾方面特點(diǎn)：

    (1) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠；
    (2) 無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用帶以太網(wǎng)接口的無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)，可直接與和利時(shí)公司帶以太網(wǎng)接口的CPU-連接，無(wú)需另行開(kāi)發(fā)上位機(jī)和PLC無(wú)線串口通訊程序；
    (3) 實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化自動(dòng)計(jì)量，計(jì)量精度高；
    (4) 遠(yuǎn)程、現(xiàn)場(chǎng)可控的兩位控制方案，可以靈活地滿足用戶的實(shí)際需求；
    (5) 簡(jiǎn)潔、生動(dòng)的監(jiān)控畫(huà)面顯示，可以方便用戶隨時(shí)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀況；
    (6) 系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單、具有良好的可擴(kuò)充性。

7  結(jié)束語(yǔ)

    作為油田生產(chǎn)自動(dòng)化的重要組成部分，油田計(jì)量站的自動(dòng)化改造工程受到了越來(lái)越多的重視。華北油田霸六計(jì)量站系統(tǒng)的自動(dòng)化改造工程作為和利時(shí)PLC在本行業(yè)的首次嘗試，在工程實(shí)施過(guò)程中積累了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，確立了以和利時(shí)HOLLiAS G5系列PLC為控制核心的系統(tǒng)解決方案，顯示了其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活，計(jì)量準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的分析和解決，為以后相關(guān)工程的實(shí)施工作提供了有效的技術(shù)支持。