張樹文《油氣儲運系統(tǒng)自動化》第二章1油氣田自動化

1、第二章 油氣田自動化,概述 第一節(jié) 計量站自動化 第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化 第三節(jié) 聯(lián)合站自動化,第二章 油氣田自動化,概述 1、油氣田自動化的主要對象 油氣田生產(chǎn)過程涉及的設備及工藝 聯(lián)合站操作演示程序 -力控,油氣集輸,油氣田,從井口-計量間-聯(lián)合站-原油庫,油氣田生產(chǎn)過程,2、油氣集輸生產(chǎn)過程特點 （1）油井產(chǎn)物復雜 （2）油田地理環(huán)境惡劣 （3）生產(chǎn)單元分布廣-點多、面廣、線長 （4）生產(chǎn)過程相對粗放-可靠性高 皮實耐用,3、油氣田自動化的主要內(nèi)容 自動計量 自動檢測 報警與保護 自動調(diào)節(jié)與控制 數(shù)據(jù)采集、傳輸、報表、匯總,4、油氣田自動化的結(jié)構(gòu)框架,管控一體化的體系 (1)過程控制層 (

2、2)采油廠控制層 (3)采油廠管理層 (4)經(jīng)營決策層 構(gòu)成系統(tǒng),PLC PC DCS FCS SCADA 系統(tǒng) 現(xiàn)場儀表和控制設備,5、油氣田自動化的意義,(1)科學決策支持 (2)安全生產(chǎn)保障 (3)節(jié)能降耗經(jīng)濟 (4)勞動效率提高,第一節(jié) 計量站自動化,1 計量站的任務是什么？ 對各個油氣井進行集油； 單獨選井，檢測油、氣、水的各自產(chǎn)量； 對于注水開采，需要檢測注水壓力及流量；,一 計量站自動化,2 計量站的計量方法主要分為哪兩類？ 傳統(tǒng)的分離法進行計量； 計量速度慢； 精度較高、置信度高、可靠性好； 復雜、巨大、笨重、通用性差； 新型的多相流混合計量； 計量速度快； 體積小、重量輕；

3、精度較低、價格偏高；,3 采用分離法的計量方案一,A. 加熱密閉流程示意圖,3 采用分離法的計量方案一,B. 計量站流程,計量站流程,3 采用分離法的計量方案一,3 采用分離法的計量方案一,立式分離器,3 采用分離法的計量方案一,3.1.計量方案一是如何實現(xiàn)的？ 選井控制：采用電動三通球閥 計量分離：采用立式兩相分離器 氣體計量：采用漩渦氣體流量計 液體計量：設定某一容積V(m3)，然后測量液體充滿這個容積的時間秒數(shù)T(s)，則單日產(chǎn)液量為：Q=V*(24*3600/T) (m3/day) 含水率f(%)：采用含水分析儀檢測 單日產(chǎn)水量：Qw = Q * f (m3) 單日產(chǎn)油量：Qo = Q

4、 - Q * f (m3),溫度壓力補償,3 采用分離法的計量方案一,3.2.原油含水的在線分析方法主要有哪些？ 電容法：根據(jù)油和水對電容數(shù)值的影響不同來測量含水率，僅適用于中低含水率情況； 射頻法：根據(jù)射頻阻抗的不同來測量含水率； 微波法：根據(jù)微波傳輸衰減的不同來測量含水率； 放射性含水分析儀：根據(jù)油和水對放射線的影響不同來測量含水率；,電容法： 根據(jù)油和水對電容數(shù)值的影響不同來測量含水率，僅適用于中低含水率情況； 原油 和 水的介電常數(shù)不同 2.22.4 80-84,3 采用分離法的計量方案一,3.2.原油含水的在線分析方法主要有哪些？ 射頻法 電磁波譜：,3 采用分離法的計量方案一,3.

5、3.計量方案一需要注意哪些問題？ 根據(jù)各井的產(chǎn)液量，合理選擇計量容積； 容積過小，則液面波動劇烈，測量時間很短 容積過大，則時間過長，測量次數(shù)少 根據(jù)各井的產(chǎn)油規(guī)律，建立合理的計量制度； 合理選擇與使用計量儀表； 各儀表的量程范圍 現(xiàn)場產(chǎn)出水的礦化度,4、 多相流混合計量法,a.兩相流的直接測量是怎樣實現(xiàn)的？ 理想情況下： 各相在管道橫截面中瞬時占據(jù)的面積 各相通過管道橫截面時的瞬時軸向速度 現(xiàn)有條件下： 各相在管道橫截面中占據(jù)面積的平均值 各相通過管道橫截面時軸向速度的平均值 截面相分率：管道橫截面中，各相占據(jù)面積的百分比 體積相分率：流體單位體積中，各相占據(jù)面積的百分比,5、 多相流混合計

6、量法,b.兩相計量的有關技術有哪些？ 總量檢測（流速檢測） 容積式儀表、超聲波、渦輪、節(jié)流裝置 電阻、電容等電信號的互相關等 相分率檢測 示蹤劑法、伽瑪射線、電阻抗（電容、電導） 微波傳感器、核磁共振、脈沖中子活化分析等,5 多相流混合計量法,I.三相流計量類型之一：完全分離型 精度高、置信度高、可靠性好 復雜、巨大、笨重、通用性很差,氣,油,水,截面面積,流動速度,5 多相流混合計量法,J.三相流計量類型之二：部分分離型 精度、置信度較高，價格適中 體積重量偏大、濕氣計量沒有有效手段,截面面積,流動速度,5 多相流混合計量法,5 多相流混合計量法,5 多相流混合計量法,5 多相流混合計量法,

7、5 多相流混合計量法,K.三相流計量類型之三：混合均速型 體積小、重量輕 壓力損失大，精度不足、高含氣率時失效,截面面積,流動速度,5 多相流混合計量法,5 多相流混合計量法,5 多相流混合計量法,L.三相流計量類型之四：混合非均速型 體積小、重量輕、模型更合理 精度仍不足、高含氣率時效果仍不理想,截面面積,流動速度,5 多相流混合計量法,5 多相流混合計量法,5 多相流混合計量法,第一節(jié) 計量站自動化,6 計量站為什么要實現(xiàn)自動化？ 降低勞動強度，增加檢測次數(shù)； 提高計量結(jié)果的可靠性和準確性； 確保輔助設備的安全、高效運行； 便于向上匯報本站有關參數(shù)；,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,A.接轉(zhuǎn)站的作用

8、是什么？ 油井分散且產(chǎn)量較低的情況下，可降低投資； 匯集各計量站來的油氣并進行初步氣液分離； 氣、液分別干燥、加熱處理后送往聯(lián)合站；,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,示意流程圖,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,B.接轉(zhuǎn)站內(nèi)那些操作需要自動化？ 參數(shù)監(jiān)控： 來油進站壓力、溫度；外輸出站壓力、溫度； 電機供電電壓、電流； 緩沖罐、事故儲油罐液位； 氣液計量： 緩沖罐液位控制、加熱爐功率控制； 通訊聯(lián)絡：匯報參數(shù)、接收及執(zhí)行命令； 輔助設備：如摻活性水工藝等；,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,C.緩沖罐液位控制的必要性： 控制液位的目的是什么？ 保證密閉輸送，減少油氣損耗； 導致液位波動的主要因素是什么？ 上游的來油流量在波動，

9、導致罐內(nèi)液位波動； 上游的來油帶有溶解氣，導致氣液界面模糊；,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,D.節(jié)流法液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)是如何工作的？ 節(jié)流法液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖如下： 通過改變節(jié)流的程度來調(diào)節(jié)流量，從而調(diào)節(jié)液位 氣動閥的選擇：保證安全,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,E.節(jié)流法的主要缺點是什么？如何克服？ 節(jié)流導致離心泵效率低下，造成電能浪費； 改進方法： 取消節(jié)流，用變頻調(diào)速裝置（VFD）來調(diào)節(jié)離心泵驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)流量； 節(jié)電效果：據(jù)報道大致能節(jié)電20-40%；,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,F.電機有哪兩類？各有什么特點？ 直流電機與交流電機； 與直流電機相比，交流電機的特點： 結(jié)構(gòu)簡單、慣量小、維護方便； 可

10、以在惡劣環(huán)境中運行； 容易實現(xiàn)大容量化，高壓化、高速化； 價格比較低廉； 高效率的調(diào)速難于實現(xiàn)；,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,G.直流電機的調(diào)速方法主要有哪些？ 調(diào)節(jié)電樞供電電壓； 電樞中串聯(lián)電阻； 激磁回路串聯(lián)電阻；,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,H.交流電機的調(diào)速方法主要有哪些？ 改變極對數(shù)調(diào)速； 效率高，線路簡單，易維修，價格低； 只能實現(xiàn)23種極對數(shù)的有級調(diào)速 ，范圍有限； 定子調(diào)壓調(diào)速： 線路簡單，裝置體積小，易維修，價格低； 效率較低，調(diào)速范圍較小，不適合大容量電機； 變頻調(diào)速；,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,I.什么是變頻調(diào)速裝置（VFD）？ 一種新興的交流電機調(diào)速技術； 通過變頻器改變電動機定子的供

11、電頻率來調(diào)速 優(yōu)點： 調(diào)速范圍寬、精度高、效率高 啟動能耗低：有利于起停頻繁，長期低負荷的應用 動態(tài)響應快：有利于過程控制應用 缺點： 技術復雜：價格較高、維護要求高 對電網(wǎng)有干擾,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,應用VFD調(diào)節(jié)液位方案示意圖：,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,I.節(jié)流法液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)是如何工作的？ 節(jié)流法液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖如下： 通過改變節(jié)流的程度來調(diào)節(jié)流量，從而調(diào)節(jié)液位 氣動閥的選擇：保證安全,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,L.系統(tǒng)與外界互相影響的渠道分哪幾類？ 外界影響系統(tǒng)的主要渠道-輸入 系統(tǒng)發(fā)生變化的主要原因 影響作用明顯、持續(xù)存在、是當前的研究重點 外界影響系統(tǒng)的次要渠道-干擾 系統(tǒng)發(fā)生變化的次

12、要原因 影響作用較弱、不一定持續(xù)、不是當前的研究重點 外界受系統(tǒng)影響的各種渠道-輸出 系統(tǒng)變化所造成的結(jié)果、是當前的研究重點,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,M.什么是反饋？ 是一種機制，它導致系統(tǒng)輸出的某種變化返回來并且影響系統(tǒng)輸入，進而加強或者消弱系統(tǒng)輸出的該種變化 負反饋：能夠消弱系統(tǒng)輸出變化的反饋 以眼睛為例：輸入為控制瞳孔開度的神經(jīng)信號，輸出為視網(wǎng)膜上的光線強度,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,M.什么是反饋？ 正反饋：能夠加強系統(tǒng)輸出變化的反饋 以倒立的圓錐體為例：輸入為重力所產(chǎn)生的力矩M，輸出為圓錐體偏離垂直位置的角度x, M = G * H * Sin( x ) - 隨著 x 的增大而增大,H,G

13、,x,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,N.什么是開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)？ 根據(jù)系統(tǒng)是否存在反饋而劃分 通常開環(huán)系統(tǒng)簡單穩(wěn)定，但可靠性、精度不足 閉環(huán)系統(tǒng)可靠、準確但穩(wěn)定性有可能下降 O.什么是前饋？ 為了得到希望的系統(tǒng)輸出結(jié)果，根據(jù)擾動的變化來提前確定系統(tǒng)的輸入量,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,P.采用前饋控制的系統(tǒng)有什么特點？ 通常系統(tǒng)的干擾幅值大，影響劇烈； 控制作用及時、有效； 屬于“開環(huán)系統(tǒng)”； 一種前饋只能克服一種可以測量的干擾； 前饋控制器本身與控制對象特性有關；,第三節(jié) 聯(lián)合站自動化,聯(lián)合站的任務 集油、計量、油氣水分離、脫水穩(wěn)定、儲存、外輸、污水處理等 主要設備： 三相分離器、電脫水器、加熱爐原油穩(wěn)定裝置、天然氣處理系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng),一、