[教育]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(shè)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(fù)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

2、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)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),PLCPCDCSFCSSCADA 系統(tǒng)現(xiàn)場儀表和控制設(shè)備,,,,,5、油氣田自動化的意義,(1)科學(xué)決策支持(2)安全生產(chǎn)保障(3)節(jié)能降耗經(jīng)濟(4

3、)勞動效率提高,,,第一節(jié) 計量站自動化,1 計量站的任務(wù)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(fù)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；精度較低、價格偏高；,3 采用分離法的計量方案一,A.

4、 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(shè)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/d

5、ay)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 - 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

6、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2.2—2.4 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一,3.3.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

7、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

8、中，各相占據(jù)面積的百分比,5、 多相流混合計量法,b.兩相計量的有關(guān)技術(shù)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(guān)等相分率檢測示蹤劑法、伽瑪射線、電阻抗（電容、電導(dǎo)）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(fù)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,

9、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,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

10、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(shè)備的安全、高效運行；便于向上匯報本站有關(guān)參數(shù)；,第二節(jié) 接轉(zhuǎn)站自動化,A.接轉(zhuǎn)站的作用是什么？油井分散且產(chǎn)量較低的情況下，可降低投資；匯集

11、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(luò)：匯報參數(shù)、接收及執(zhí)行命令；輔助設(shè)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

12、液位的目的是什么？保證密閉輸送，減少油氣損耗；導(dǎo)致液位波動的主要因素是什么？上游的來油流量在波動，導(dǎo)致罐內(nèi)液位波動；上游的來油帶有溶解氣，導(dǎo)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(dǎo)致離心泵效率低下，造成電能浪費； 改進方

13、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

14、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)2～3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(shù)；通過變頻器改變電動機定子的供電頻

15、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(yīng)用動態(tài)響應(yīng)快：有利于過程控制應(yīng)用缺點：技術(shù)復(fù)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(yīng)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

16、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(dǎo)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

17、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,,,,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

18、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(guān)；,第三節(jié) 聯(lián)合站自動化,聯(lián)合站的任務(wù)集油、計量、油氣水

19、分離、脫水穩(wěn)定、儲存、外輸、污水處理等主要設(shè)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、三相分離器測控系統(tǒng)1、天然氣計量與測控系統(tǒng)2、油水界面測控系統(tǒng)3、油氣界面控制系統(tǒng),,二、電脫水器測控系統(tǒng)1、自動監(jiān)控參數(shù) 油水界面位置、出油含水率、壓力、溫度、電場電壓與電流2、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 保持油水界面、保持電場電壓3、自動報警與保護 超高、超低壓力、超溫,,三