数字化降回压撬在虎狼峁作业区的应用效果分析.doc

数字化降回压撬在虎狼峁作业区的应用效果分析摘要：本文主要通过描述XC-JHY-SZ系列降回压装置在虎狼峁作业区的应用现状，对降回压撬实际应用情况、经济性，适用性等几个方面进行了分析。并且总结了降回压撬在使用过程中的常见故障及改进建议，希望对撬装设备在今后的运用中能有所帮助和借鉴。关键字：降回压撬 数字化 流程优化 经济 自动化前言目前采油三厂数字化建设和老油田维护改造进程中，对“关、停、并、转”和集输系统优化做了大量的工作，其中对于各类撬装设备的应用是一个亮点，从撬装设备在我区的应用情况结合其他作业区的使用来看。撬装设备的应用确实能很好的优化集输流程，减轻员工工作量，降低安全隐患。厂工艺所结合我区的实际生产运行情况，针对我区低产、流程结构复杂的特点，引进了XC-JHY-SZ系列降回压装置，从目前应用效果来看，该设备非常适合虎狼峁作业区的生产运行现状，在井组降回压、流程优化，经济性和适用性各方面都取得了较好效果。一、结构与原理1.1设备描述 该装置主要用于回压高的油井和需要增压的油井。该产品具有降低井口压力，提高输油压力，达到油井增产的目的。同时还井口密闭量油、取样、测气、测压、天然气回收利用、计量显示直读等功能。该装置主要由翻斗计量系统、增压系统、油气分离系统、自动控制系统及辅助系统等一体化结构。1.2数字化控制单元1.2.1基本要求长庆油田公司对采油厂站控系统数字化管理建设要求，降回压计量装置作为站基本管理单元，需对降回压计量装置的数据进行集中采集和监控，且生产运行数据与上位管理系统进行数据通讯，并接受上位系统的控制指令，实现数字化管理。同时、该数字化控制单元可扩展采集站中第三方智能设备的主要生产运行数据，如收球桶、输油泵、变频器、加热炉控制器等。1.2.2 监控内容1) 降回压计量装置原油进、出口压力监测，超限报警。2) 降回压计量装置原油进、出口温度控制，超限报警。3) 密闭分离装置连续液位监测，当液位超高、低限时进行报警。4) 降回压计量装置原油流量瞬时流量监测，并自动进行积算。5) 监测降回压计量装置增压泵的运行状态及电机三相电压、电流及功率等参数。根据油气分离器的液位调节变频器控制泵的运行频率和泵的外输量。1.2.3 过程控制单元采用可靠性高、可适用于恶劣环境的PLC。PLC采用模块化设计，主要包括，CPU、电源模块、I/O模块、Bthernet和RS485/232通信接口模块等。在降回压设备上设置数字化控制单元一套，用于生产过程监视、操作，其配置采用工业级PC及显示器，并配套1台打印机。1.2.4 通信接口1）采用RS-485 Modbus for RTU通信协议采集第三方智能设备的主要生产运行数据，如输油泵变频器、加热炉控制器等。2） 采用以太网（RJ45）、TCP/IP协议并通过专用通信信道，与上位管理系统进行数据传输，并下达控制指令。3） 传输方式：协议握手方式、定时上传方式、触发上传方式、触发延时方式。1.2.5 系统功能1）对降回压装置站场的运行参数进行自动采集、处理、监控，并通过流程图、总貌、报警、趋势、单点、报表等多种画面进行显示，对所有报警进行存储和多种方式提示等。2） 完成实时、历史数据存储，以及生成各自中文生产报表，并具备定时、随机打印功能等。3） 完成数字化降回压系统的远程或就地维护，及在线组态修改等。4） 采集该装置所属井场RTU传送来的其他设备的生产数据，如进行单井功图计量，油井工况分析、异常报警；抽油机能耗、平衡状态、效率分析及抽油机远程启停；注水流量、压力监测，油藏动态分析及注水量远程调配等。5） 实现与其他系统的数据通信，采集、处理并存储相关生产数据。1.2.6 监控原理数据传输系统实时监控系统数据采集系统降回压计量装置（一次仪表）该系统为一套独立的控制平台，可以就地在线显示，采用RS-485 Modbus for RTU通信协议采集第三方智能设备的主要生产运行数据，如输油泵变频器、加热炉控制器等，采用以太网（RJ45）、TCP/IP协议并通过专用通信信道，与上位管理系统进行数据传输，并下达控制指令。采用以太网（RJ45）、TCP/IP协议并通过专用通信信道，与所属井场RTU进行数据传输，并下达控制指令。1.3 设备结构与连接流程1.3.1 结构原理1.3.2 工作流程二、实际应用效果2.1虎狼峁作业区使用简介虎狼峁作业区目前共有4台数字化降回压撬，目前安装于柳八增压点、柳九增压点的数字化降回压撬已接入数字化站控，安装于柳十一增、柳130-8增的2台正在进行数字化对接调试。目前4台撬均投入运行，实现自动变频输油，其中1台实现自动倒改流程，自动化运行。2.2 数字化降回压撬应用现状2.2.1井组降回压效果应用情况目前的4个撬都安装在增压站内，增压站原本就是井组来油进增压箱泄压流程，也能实现降回压效果；为了探索设备的降回压效果，故使用增压站内自压输油流程和使用降回压撬时的井组回压进行对比，结果表明，该设备具有明显的井组降回压效果，详见表1。表1 井组降回压效果对比2.2.2 工艺流程优化简化应用情况 由于目前所应用的降回压流程全部在增压点，故现以增压点流程简化情况进行分析，以柳130-8增压点为例：柳130-8增压点改造前站内设备主要有：38m3增压箱2具，6m3/h单螺杆泵2台，加热炉（产进外输加热）1具。改造前流程图如图1： 图1 柳130-8增压点改造前流程示意图 该站点于2011年6月加装数字化降回压撬，为了观察降回压撬运行情况，旧流程暂未拆除，降回压撬安装后流程连接如图2： 图2 柳130-8加装增压撬后目前流程示意图待该数字化降回压撬运行正常后，将拆除旧流程，拆除后流程将如图3所示： 图3 柳130-8旧流程拆除后示意图（红色虚线为拆除部分）通过图1和图3对比可以看出，降回压撬安装后，流程要比老流程更加简化，相比之下，去掉了2台泵、1具增压箱、流量计等繁琐流程，取而代之的只有一个不足9m2大的集成撬装设备，同时也节省了泵房、增压箱的大量占地面积。与此同时。流程中的闸门也省去了6个，大大减少了劳动强度和操作的复杂程度，使原有流程得到优化、简化，可以看出，降回压撬对流程的优化简化确实能起到较好效果。（柳130-8增实际安装效果如图4） 图4 柳130-8增压点实际安装降回压撬效果图2.2.3自动化运用情况数字化降回压撬自动化的自动化运用必须和数字化相结合，才能实现自动化运行。自动化运行分为两部分：一是自动变频输油，二是流程自动倒改。整个过程运行正常无需人工操作，可实现无人值守。目前虎狼峁作业区仅有柳八增压站实现此功能，现以柳八增压站为例阐述数字化降回压撬的自动化应用情况。柳八增自动倒改流程实现自动化运行无人值守的核心在流程的自动整改：1、当液量平稳进入降回压撬时，撬装设备自动变频输油，这时候泵根据撬装的液位的上下限来自动调节泵运行频率，从而是液位保持在上下限范围内；2、当产进液量非常大，泵变频到50HZ（该泵运行的最大频率）时，如果撬上小缓冲罐内液位还持续上涨，达到设置的液位报警上限，则流程自动更改，产进油进增压箱，使缓冲罐内液位下降，待降到液位下限时，再自动将流程倒改回来。3、增压箱设置有一液位报警上限，当达到报警上限时，流程将自动切换至产进油进增压箱，增压箱油直接上泵外输。整个流程通过设置撬装缓冲罐的3个控制点（液位上限、液位下限、液位报警上限）和增压箱的1个控制点（液位报警上限），油数字化液位计将液位信息采集回PLC控制柜，在由PLC发出信号反馈给两个三通电动阀和泵变频器，控制整个运行。柳八增在设计上采用了两级闭环控制；一级是本地闭环；另一级是网络闭环。本地闭环由PLC逻辑闭环控制，依据缓冲罐的来油液位控制和调整输油泵的输出，使缓冲罐的液位始终保持在一个较为稳定的液位值，对于罐内压力也采集，当分离出的气体过高可通过泄压电磁阀排放，安全阀也是一道保障。流程切换、设置、操作等都是有柳三转通过网络进行操控。详见及图5、6。图5 闭环控制示意图图6 自动变频输油控制图及自动化流程改造图目前柳八增自动化运行良好，其实际安装效果图如图7、8。图7 柳八增撬装效果图 图8 柳八增自动控制界面2.3 数字化降回压撬的经济性分析从流程的优化简化可以看出，一台数字化完全可以替换掉原有流程的一个增压箱、两台泵、流量计以及配套流程，现将价格对比如表2： 表2 价格对比表从表2可以看出，使用降回压撬比同等功能的老式流程要节省14.32万元，不仅如此，数字化降回压撬可以有效的减少在岗员工数量，从我区实际应用来看加装降回压撬的站点可从6人减少至2人，减少4人，可大大降低人员劳动强度和人员成本，按照每个人年薪5万计算，4个人每年节约人员成本20万。照此看来，投产是若使用降回压撬代替老式增压点流程，并减少人员配备，在投产第一年就可节约成本34.32万元，若是带有计量功能的增压站，还能节省一具翻斗流量计。2.4 数字化降回压撬的适用性分析虎狼峁作业区目前所用数字化降回压撬装设备都是适合于产量在50m3/d以内的站点或井场，目前撬装设备所配备的泵理论排量为41.5L/min，即为59.76m3/d，对于我区目前的产液量较低的生产现状非常适合。现从以下几个方面探讨该设备的适用性：（1）操作方便虎狼峁作业区采用老式流程输油时，是采用单点或双点输油的制度，员工必须每两个小时输一次油，操作比较繁琐，且工作量大。数字化降回压撬采用的常输模式，能实现自动变频、自动启停输油，原油输送完全取决于缓冲罐中液位高低（即产进油量的多少）。控制液位无需员工通过倒改流程和起停泵来实现。大大降低了员工的工作量。（2）柱塞泵柱塞泵泵效高，外输压力高，输油平稳，能充分满足我区原油输送需求，在较高的管线回压下也能很好运行。（3）占地面积小我区使用的XC-JHY-SZ-50/93-型数字化降回压撬占地面积不足9m2，其功能为一个带计量功能的小型增压点，可替代输油泵房，计量间，储油罐等占地面积很大的设备，节省空间，便于管理。（4）生产现状目前虎狼峁作业区开采层位为长6，产气量较小，油气混输意义不大，原油输送粘度大，回压高，解决好冬季管线回压高问题是维持正常生产运行的关键。三、使用过程中发现的问题及改进建议3.1 使用过程中发现问题3.1.1 问题一：液位计稳定性差数字化降回压撬核心在于通过液位来控制频率从而达到自动变频输油，但是实际使用过程中发现目前该撬缓冲罐配置的液位计是定式浮球液位计，而在冬季运行中，顶式浮球液位计很容易卡堵，从而向泵发出错误的信号，无法正常使用自动变频输油，严重时导致气管线窜油等事故。目前新装2套数字化降回压撬增加了外显液位计（磁翻板液位计），但是根据经验推断，磁翻板液位计在冬季也容易冻堵。3.1.2 问题二：只有1套自动变频控制系统目前的数字化降回压撬只有内嵌定式浮球液位计才能控制自动变频输油，一旦该液位计出现问题，磁翻板液位计只能外显，不能控制自动变频输油。只能等到内嵌式液位计修复后才能恢复正常变频运行。3.2 数字化降回压撬使用建议（1）提高液位控制稳定性，建议增加液位计，并接入自动变频。由于数字化降回压撬对液位控制的依赖程度非常高，所以液位的稳定与否成为整套设备能否正常运行的关键，如果要使设备始终保持良好运行，必须保证两个要求：1、液位计必须有备用液位计，并且带外显功能。2、内嵌式液位计失去作用后，外显液位计必须。所以建议：1、增加磁翻板液位计作为外显式液位计，并同样接入数字化。2、更换原有内嵌式浮球液位计为导播物位计（现场使用中发现，导播物位计性能更加稳定）。3、增加彩板房，内设暖气片，保证外显液位计冬季运行不冻堵。同时保护防爆配电柜。（2）产进外输加热XC-JHY-SZ-50/93-型数字化降回压撬运行还有1个必备条件：产进加热。在实际运行中发现，最佳流程是使用产进外输加热炉，如果产进不加热，冬季将无法运行。（3）增加备用泵若是要真正实现无人值守，XC-JHY-SZ-50/93-中只有1台外输泵显然还不能满足需求，一旦泵出现问题，将无法运行，所以建议在无人值守站加装XC-JHY-SZ-50/93-型数字化降回压撬，此种撬有两台外输泵，一旦其中1台出现问题，不会影响正常运行。（4）加装位置尽量选在计量点和回压高的集中井组数字化降回压撬在功能上相当于一个小型增压点，如果用在增压点改造上只能实现流程优化简化，普通增压点其实也能实现降井组回压。而计量点通常是自压外输，对于冬季管线回压高的计量点，不仅能实现井组降回压，还能很好的解决冬季管线回压高问题，效果会更加明显。同时，对于管线长且回压高的集中井组也和适合安装这种数字化降回压撬，将集中的几个井组产进油都改进一个井组，在该井组加装数字化降回压撬，效果相当于在该片建立了一个小增压站，能很好的降低井组回压并解决了管线压力高输油困难的问题，优化了集输流程。四、结论与展望结论本文通过对数字化降回压撬在虎狼峁作业区的实际应用效果分析，以及经济性和实用性效果评价，可以得出以下结论：（1） 在采油三厂的撬装设备使用试用过程中，数字化降回压撬的却是很适合虎狼峁作业区以及同类产液量较小的区块，并且对流程优化简化、成本节省、减