吳 迪

（大慶油田自動(dòng)化儀表有限公司，黑龍江大慶 163000）

數(shù)字化技術(shù)近年來在各行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)提升生產(chǎn)精度、優(yōu)化生產(chǎn)過程等都發(fā)揮了巨大作用。數(shù)字化技術(shù)能夠?qū)⒑芏鄰?fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字化信號(hào)，有利于實(shí)現(xiàn)更為精確地控制，更方便多種不同類型數(shù)據(jù)結(jié)合使用。在油田的數(shù)字化建設(shè)中，自動(dòng)化儀表具有十分重要的作用，能夠保證現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全性和可靠性，降低油田生產(chǎn)對(duì)人力的需求，提升油田的生產(chǎn)效率。因此，需要在數(shù)字化油田中合理利用自動(dòng)化儀表，提升油田數(shù)字化水平，滿足油田的建設(shè)需求。

1 數(shù)字化油田與自動(dòng)化儀表概述

1.1 數(shù)字化油田

數(shù)字化油田是指利用先進(jìn)的信息技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)，將油田生產(chǎn)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)字化、信息化和智能化改造，實(shí)現(xiàn)油田管理和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的全面優(yōu)化。數(shù)字化油田通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和智能決策等手段，可以提高油田生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)安全性，并提供科學(xué)決策支持，實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[1]。數(shù)字化油田改變了傳統(tǒng)的管理模式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)油田進(jìn)行集中控制的目標(biāo)，并且能保證利用自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)石油生產(chǎn)，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

1.2 自動(dòng)化儀表

自動(dòng)化儀表是指利用傳感器、數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制和自動(dòng)優(yōu)化的設(shè)備。自動(dòng)化儀表可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種生產(chǎn)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，如溫度、壓力、流量、濃度等，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和智能化[2]。自動(dòng)化儀表能夠精確測(cè)量油田現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，還可以自動(dòng)發(fā)出警告信號(hào)提醒有關(guān)人員，自動(dòng)化儀表目前已經(jīng)融入很多自動(dòng)化技術(shù)，同時(shí)具備一定的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存能力，能夠保證相關(guān)數(shù)據(jù)的分類，避免數(shù)據(jù)之間出現(xiàn)干擾，能滿足油田對(duì)生產(chǎn)安全、生產(chǎn)量的嚴(yán)格控制計(jì)算要求，通過提供不同類型數(shù)據(jù)，也有利于對(duì)油田質(zhì)量的準(zhǔn)確計(jì)算。目前通過在油田中使用自動(dòng)化儀表，能夠減少現(xiàn)場(chǎng)工作人員數(shù)量，保證油田的采油率，推動(dòng)油田現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行精細(xì)化管理。自動(dòng)化儀表需要通過DCS 系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)作，通過結(jié)合DCS 和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能根據(jù)數(shù)據(jù)生成現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)指令，并通過自動(dòng)化儀表準(zhǔn)確測(cè)量轉(zhuǎn)接站溫度、流量、壓力等參數(shù)，判斷管道的泄漏狀況，確定泄漏位置，確保作業(yè)的安全[3]。

2 油田數(shù)字化建設(shè)目標(biāo)

2.1 數(shù)字化階段

數(shù)字化階段主要使用有線、無線兩種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將把控油田狀態(tài)的相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)可以連接到數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)字化平臺(tái)，利用底部傳感層的儀器將各種數(shù)據(jù)指標(biāo)收集起來，獲得包括指標(biāo)圖、電流圖、機(jī)油壓力、套管壓力等信息，之后用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行組織和儲(chǔ)存?？刂葡到y(tǒng)能夠結(jié)合各種歷史操作數(shù)據(jù)，分析油田當(dāng)前的狀態(tài)，并根據(jù)狀態(tài)判斷結(jié)果對(duì)油田進(jìn)行控制[4]。所有數(shù)據(jù)都需要專門提供查閱系統(tǒng)，方便相關(guān)工作人員查看和使用，開展數(shù)據(jù)分析工作。同時(shí)，除了有線和無線兩種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)外，油田數(shù)字化階段還使用了其他一些傳輸技術(shù)，如衛(wèi)星通信和光纖通信等。油田數(shù)字化階段還可以采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和控制指令傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互和控制指令傳輸，從而提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度和效率。

2.2 確保可視化

可視化是油田數(shù)字化建設(shè)主要方向之一，有效使用可視化技術(shù)能確保油田中的各類數(shù)據(jù)更加直觀，方便管理人員了解油田的狀況。目前利用自動(dòng)化儀表和傳感器等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和傳輸，生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵參數(shù)可以被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄，從而形成全面、準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以通過數(shù)據(jù)分析和可視化技術(shù)，以直觀、清晰的方式展示給油田管理人員，幫助他們了解生產(chǎn)過程的實(shí)際情況，做出合理的決策[5]。比如油田管理人員可以通過可視化后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)了解井口流量、油水比、溫度、壓力等參數(shù)的變化趨勢(shì)，從而做出調(diào)整生產(chǎn)操作或者優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃的決策，提高生產(chǎn)效率，有效利用各種圖表分析油田的狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的完全掌控。

2.3 智能建設(shè)

智能建設(shè)可以進(jìn)行更大批量的數(shù)據(jù)分析和處理。人工智能技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，能實(shí)現(xiàn)依靠智能系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)完成處理和決策。例如，通過對(duì)大量歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析，可以建立生產(chǎn)預(yù)測(cè)模型，通過預(yù)測(cè)生產(chǎn)趨勢(shì)和優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃，從而提高生產(chǎn)效率。依靠智能技術(shù)的支持，自動(dòng)化儀表可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，根據(jù)實(shí)時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)定的生產(chǎn)目標(biāo)，自動(dòng)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，從而保持生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和高效性。此外，自動(dòng)化儀表還可以實(shí)現(xiàn)自我診斷和維護(hù)，通過檢測(cè)設(shè)備的狀態(tài)和性能，自動(dòng)識(shí)別并處理潛在的故障，從而減少停產(chǎn)和維修時(shí)間，提高生產(chǎn)可靠性。

3 數(shù)字化油田中自動(dòng)化儀表應(yīng)用

3.1 常用自動(dòng)化儀表

3.1.1 自動(dòng)化儀表中壓力儀表

石油生產(chǎn)過程中需要重視對(duì)壓力的控制，因此壓力儀表在油田生產(chǎn)中十分重要。數(shù)字化油田建設(shè)過程中，也需要了解油田每時(shí)每刻的壓力狀況，方便人員根據(jù)壓力變化進(jìn)行操作，保證油田嚴(yán)格按照整套順序流程運(yùn)轉(zhuǎn)，避免引發(fā)安全事故。為保證壓力儀表運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)正常，需要嚴(yán)格控制壓力儀表周圍的溫度，或者將壓力儀表設(shè)置在溫度相對(duì)穩(wěn)定的位置，避免溫度影響壓力儀表的精確性。同時(shí)，也要定期進(jìn)行問題和故障的排查，檢查壓力儀表的測(cè)量精確性，防止由于壓力數(shù)據(jù)錯(cuò)誤導(dǎo)致安全問題。

3.1.2 自動(dòng)化溫度儀表

油田自動(dòng)化建設(shè)中，需要使用到溫度儀表，以便及時(shí)獲得開采石油的溫度，并根據(jù)溫度對(duì)開采作業(yè)進(jìn)行精確控制。目前石油開采要求將溫度控制在300～1 800℃，如果控制不到位容易出現(xiàn)安全事故。為了能夠精確控制開采溫度，一般采用接觸測(cè)量方法，在查看溫度時(shí)，要遵守操作步驟，避免錯(cuò)誤操作影響儀表的精度。

3.1.3 物位測(cè)量?jī)x表

物位測(cè)量?jī)x表能夠準(zhǔn)確測(cè)量出液體液面的位置，使用自動(dòng)化物位測(cè)量?jī)x表能滿足數(shù)字化油田中對(duì)物位精度的需求，比如可以測(cè)量油罐中的石油液位、石油生產(chǎn)過程中反應(yīng)塔的液位等。常用的自動(dòng)化物位測(cè)量?jī)x表包括電容式、靜壓式、激光式。

3.1.4 流量?jī)x表

流量?jī)x表也被稱為流量計(jì)，能夠分析流量變化狀況，方便現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)流量情況控制油田開采，有利于油田生產(chǎn)的穩(wěn)定，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)油田生產(chǎn)的優(yōu)化。流量計(jì)對(duì)流量的計(jì)量包括對(duì)流體質(zhì)量和流體體積的計(jì)量，能方便工作人員和控制系統(tǒng)確定一定時(shí)間內(nèi)流經(jīng)封閉管道流體的質(zhì)量和數(shù)量。目前數(shù)字化油田中常用的自動(dòng)化流量?jī)x表包括電磁流量計(jì)、浮子流量計(jì)等。

3.2 DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用

采油生產(chǎn)中的DCS 控制系統(tǒng)是一種用于控制和管理石油采集、加工和輸送過程的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。DCS 系統(tǒng)通過對(duì)油田生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理和分析，可以實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)過程的高效、穩(wěn)定和安全運(yùn)行，提高油田的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。DCS控制系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)方面的應(yīng)用。

（1）采油平臺(tái)監(jiān)測(cè)和控制：DCS 控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采油平臺(tái)設(shè)備、工藝和環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。通過對(duì)溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)的監(jiān)測(cè)和控制，可以保證采油過程的生產(chǎn)安全和穩(wěn)定性。

（2）采油設(shè)備控制：DCS 控制系統(tǒng)可以對(duì)采油設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)。通過對(duì)泵、閥門、壓力容器等設(shè)備的控制，可以實(shí)現(xiàn)采油過程中液體的輸送、處理和儲(chǔ)備，保證油田生產(chǎn)過程的高效穩(wěn)定。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集：DCS 控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油田生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。通過對(duì)采油平臺(tái)、輸油管道和儲(chǔ)油池等設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以收集到大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)和生產(chǎn)信息，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

（4）故障診斷和維護(hù)管理：DCS 控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采油設(shè)備的故障診斷和維護(hù)管理。通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障信息的采集和分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的故障診斷和及時(shí)維護(hù)，減少生產(chǎn)停機(jī)時(shí)間和維修成本。

3.3 中央控制室與子站接入

在采油生產(chǎn)中，DCS 系統(tǒng)（分布式控制系統(tǒng)）是一種核心的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，用于對(duì)油田生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和管理。DCS 系統(tǒng)通常由中央控制室和多個(gè)子站組成，中央控制室是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和控制的中心，而子站則是分布在各個(gè)生產(chǎn)場(chǎng)所，用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)采集。

DCS 系統(tǒng)中央控制室的作用是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和管理，包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集、報(bào)警處理、故障診斷和維護(hù)管理等。中央控制室通常由操作員工作站、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和監(jiān)控終端等組成，通過網(wǎng)絡(luò)連接與各個(gè)子站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和控制指令的傳遞。中央控制室可以通過人機(jī)界面（HMI）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，以保證油田生產(chǎn)過程的穩(wěn)定和高效運(yùn)行。DCS 系統(tǒng)的子站是安裝在采油現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)采集。子站通常由PLC、DCS 控制器、傳感器等組成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)、控制和數(shù)據(jù)采集。子站通過網(wǎng)絡(luò)連接與中央控制室進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和控制指令的接收，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)采油生產(chǎn)過程的智能控制和優(yōu)化管理。在DCS 系統(tǒng)中，子站與中央控制室的接入通常采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，如Profibus、CAN、Modbus 等，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和控制指令傳輸。同時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸和實(shí)時(shí)響應(yīng)，從而保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行和安全。

3.4 自動(dòng)化儀表誤差調(diào)整和選擇原則

自動(dòng)化儀表也會(huì)存在誤差，誤差類型包括絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差和傳導(dǎo)誤差。如果油田現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境復(fù)雜，將會(huì)影響儀表的使用，并且造成誤差增加，所以在實(shí)際應(yīng)用中，需要重視對(duì)誤差的控制和調(diào)整，確保儀表的正常運(yùn)行。儀表校正和選擇時(shí)，需要考慮經(jīng)濟(jì)性原則、校正可靠性原則，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境進(jìn)行選擇，在全面了解自動(dòng)化儀表規(guī)格和功能的情況下，根據(jù)經(jīng)濟(jì)情況選擇合適的儀表。采購(gòu)自動(dòng)化儀表后，還要合理選擇投放點(diǎn)，避免由于位置不當(dāng)導(dǎo)致儀表誤差增加，或者增大油田的運(yùn)行成本。同時(shí)，也要關(guān)注儀表技術(shù)的發(fā)展情況，根據(jù)實(shí)際需求更換具有更全面功能、更準(zhǔn)確的儀表設(shè)備。

4 自動(dòng)化儀表應(yīng)用中維護(hù)與故障處理

4.1 加強(qiáng)儀表檢修

數(shù)字化油田的自動(dòng)化儀表需要保證正常運(yùn)行和準(zhǔn)確數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)化儀表在引用過程中，往往容易出現(xiàn)故障，會(huì)影響油田的生產(chǎn)。因此，加強(qiáng)儀表檢修是保障油田數(shù)字化運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。油田需要對(duì)自動(dòng)化儀表進(jìn)行檢修，包括對(duì)傳感器、儀表設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸和采集系統(tǒng)開展有效的檢查和維護(hù)。檢修工作中，需要定期進(jìn)行傳感器的校準(zhǔn)，確保其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；對(duì)儀表設(shè)備需要開展清潔和保養(yǎng)，防止塵埃和濕氣等對(duì)設(shè)備造成影響；對(duì)數(shù)據(jù)傳輸和采集系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸和準(zhǔn)確采集，避免傳輸設(shè)備損壞影響各類數(shù)據(jù)的精確性；也要對(duì)老化和損壞的儀表設(shè)備及時(shí)更換和維修，以保證其正常運(yùn)行和可靠性。

4.2 制定排污計(jì)劃

運(yùn)用自動(dòng)化儀表時(shí)，要充分了解自動(dòng)化儀表的運(yùn)行狀況和參數(shù)，避免操作方法不當(dāng)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障。在完成對(duì)自動(dòng)儀表的維護(hù)工作后，也需要開展有關(guān)排污作業(yè)，為了不影響油田的生產(chǎn)，應(yīng)該制定合適的排污計(jì)劃。例如導(dǎo)壓管容易附著粉塵、油污等物質(zhì)，將會(huì)對(duì)測(cè)量精度造成比較嚴(yán)重的影響，甚至?xí)l(fā)大型事故。所以要嚴(yán)格遵守排污計(jì)劃表對(duì)自動(dòng)化儀表開展排污工作，以及根據(jù)儀表的工作狀態(tài)、環(huán)境制定排污計(jì)劃，確保儀表設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

4.3 對(duì)儀表進(jìn)行定期維護(hù)

為保證儀表的穩(wěn)定性，數(shù)字化油田需要制定儀表的定期維護(hù)計(jì)劃，及時(shí)確定儀表的故障、損壞情況，并替換老舊儀表，以確保其正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。定期維護(hù)工作中，應(yīng)該重視對(duì)各種一次元件的檢查，了解保溫伴熱的狀況，并根據(jù)周圍環(huán)境狀況合理調(diào)整檢修計(jì)劃，滿足對(duì)儀表的檢修需求。比如在天氣寒冷的情況下，需要加強(qiáng)對(duì)各類溫度儀表的檢查，縮短檢修周期，防止在低溫環(huán)境下由于元件被凍壞導(dǎo)致儀表不能正常運(yùn)行。

4.4 提升維修人員素質(zhì)

由于自動(dòng)化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展，儀表技術(shù)也快速發(fā)展，使得儀表的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，維護(hù)成本也更高，對(duì)工作人員的技術(shù)能力也提出了更高的要求。所以也要根據(jù)自動(dòng)化儀表技術(shù)的發(fā)展不斷對(duì)人員開展培訓(xùn)工作，保證有關(guān)技術(shù)人員能更加了解儀表的原理，能夠更有效地在維修中發(fā)現(xiàn)儀表的問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)誤差校正、故障修復(fù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

石油是社會(huì)的重要能源，為了提升油田的開采效率，需要進(jìn)行油田數(shù)字化建設(shè)工作。在建設(shè)過程中，合理、有效地使用自動(dòng)化儀表是建設(shè)工作的基礎(chǔ)，為此需要了解各類儀表的特性，選擇合適的儀表開展油田數(shù)字化建設(shè)工作，并嚴(yán)格進(jìn)行儀表的維護(hù)，保證儀表提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，滿足油田數(shù)字化的發(fā)展需求。