自动化技术在油田中的应用

[摘 要]随着计算机技术、信息技术和网络技术的高速发展，可编程控制系统（PLC）、集散控制系统（DCS）和数据采集及监控系统（SCADA）在油田中得到广泛应用。对PLC技术、DCS技术和SCADA技术的优劣性进行了系统的总结和分析。指出国外油田自动化技术正在向开放性、网络化和集成化方向发展，表现为PLC向微型化、PC化、网络化和开放性方向发展，DCS系统设计面向测控管一体化，SCADA系统向标准化和集成化方向发展。

[关键词]自动化技术；产量计量

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0006-01

引言

产量计量是油田生产中很重要的一个环节，PLC控制技术在新型的油田自动化计量装置系统中应用非常广泛。为了解决油井生产过程中低产问题和间歇性出油的计量问题，使用S7200 可编程控制器，通过构架不同的处理模块（如警报处理、控制、检测、切换等），最终完成各个油井的计量信息采集和统计，实现对油井计量系统的实时监控。

1、 PLC技术的发展

自20世纪60年代美国推出可编程控制器取代传统继电器控制装置以来，PLC进入了发展快车道，在世界得到了广泛应用。作为国外油田自动化控制的首选产品之一，PLC在20世纪80―90年代得到了迅速发展。目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多种产品，Siemens、Modicon、A-B、OMRON和三菱等是众多生产厂家的代表。起初PLC 系统主要用于油田生产过程中的顺序控制，随着计算机技术、信号处理技术和控制技术的不断发展以及用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理及运动控制等功能。如今的PLC不再局限于顺序控制，在过程控制和运动控制等领域也发挥着相当重要的作用。

微型化、网络化、PC化和开放性是PLC未来发展的主要方向。早期的PLC 体积庞大而且价格昂贵。最近几年，体积小、质量轻且价格便宜的微型PLC（小于32I/O）已经出现。

传统PLC 虽然得到了长足的发展，但也存在着兼容性差、扩展能力差、功能实现主要依赖硬件以及对使用者和维护人员的专业要求高等不足。随着计算机软硬件技术的发展，在计算机上以软件的方式来实现PLC 成为了发展的热点，这也就是软PLC（Soft PLC）。

软PLC是一种基于PC 机开放结构的控制装置。它综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理和通信网络等功能，通过一个多任务的控制内核，提供了强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接的各种I/O系统及网络的开放结构。可以预见，随着软PLC控制组态软件的进一步完善和发展，软PLC的市场份额将逐步增长。

Ethernet（以太网） 技术的发展是油田过程控制领域主要的发展趋势之一。为适应控制系统开放性的需要，越来越多的PLC厂商开始提供Ethernet接口，使得PLC向开放式控制系统方向快步发展。

2、自动化计量系统设计

2.1 基本结构解析

可编程控制器PLC主要选取的是OMRON下位机，这种PLC不仅性能稳定可靠，并且抗干扰能力很强，易于做现场的维护和管理，具有很强的使用性。它的主要功能是控制、检测温度变化，感受压力跃动幅度并对液位进行监测，同时可以控制电动阀的状态。现场数据采集以及控制最终要与主机就是工控机相连接，利用TCP/IP协议和无线微波网络进行数据连通，完成数据交换。对于油田计量的具体工作来说，系统会根据预

先设定好的顺序进行自动地循环、计算和控制，当然也可以人为地中断机器的工作并进行适时调整。计量的控制主要分为自动、指定、停止3个过程。

自动计量就是初始化程序设定，在系统中输入希望达成的数值，如单井的选择和触发的时间，一旦液置达到设定的液位数值时，就进行自动的倒阀门排液；若液置已经低于设定的最低限度值时，就停止自动排液。将此次排液过程的出油时间和出油口径数值返回到中控机，进行数值的统计和测算，最终就可以获得当日的油液产量。这种计算是快速且循环的，按照油井的编号，一旦一口井完成之后将会自动转入下一个编号单位。对于产量较低的井可以进行特殊标记，进行特殊计量，避免由于数值冗杂产生计算错误。另外还可以随时停止计量，一旦工作人员利用中控机发出停止命令的时候，一切计量过程可以被立即终止，此时若进行设备初始化，则一切设备处于待命状态，可以随时从头开始。

2.2 具体计量算法

在这一套装置中，主要的计量算法是利用传感器拉力数值与料斗加原油重量总值的等量换算。假设一半的料斗在开始计量时，另一半的料斗处于空闲状态，那么在前一半不断积累容量的同时，平衡状态也在发生改变。两个部分的料斗一旦发生翻转，在翻转的瞬间就可以读出不同感压器上的数值。这种测量值将会记录在中控机上，与事先确定好的进行数值进行比较，排除掉料斗本身的重量，剩下的就是在前一部分料斗中刚刚累积的油量。同样，另一部分的算法也如此。这两部分的差值就是一次计量的重量。这种算法的优势在于对一些不可避免的误差进行最大程度的回避，比如液体挂壁凝结的部分重量以及气液混合部分不纯净的原油的重量，都进行了最大可能的误差消除。只是在设定持续时间之内的单次承压数值才会被相加，由此推断出这段时间内的液油产量，这种叠加方式避免了重复计算带来的误差，进一步提高了计算的精度和准确度。

2.3 系统技术特点

相比老式的计量系统，基于PLC控制的油田自动化计量系统有以下几个优势：首先完成了长时间的自动计量，工作时限可达到24 h 以上；其次是功能丰富，不再是单一的单井计量方式或者定次计量方式，排序计量和定时计量的诞生标志着工作方式的丰富；新增了计量指标，利用水和原油的密度差，可以计算出不同产油地的原油含水量；PLC有完善的报警机制，对于紧急停电或者机器故障、液压过高等事故可以进行紧急报警，并将启动相应的应急机制，保障安全生产；最重要的是系统设有冗余主站，一旦现在正在运行的主站发生了系统故障

就可以马上转接冗余主站，随时保证工作流程的畅通。总体上看，新的PLC 控制技术的加入减轻了以往的高强度人力劳动，提高了系统的自动化性能，不仅提高了工作效率，还减少了发生故障的可能性。事实证明，运用PLC控制的自动化油田计量系统工作稳定可靠，具有重要的推广价值。

3、结束语

综上所述，计算机技术、信息技术和网络技术的发展为油田自动化技术发展注入了新的活力，对提高工作效率，降低工作成本都具有重要的意义。