油气集输数字化管理系统建设与应用

油气集输数字化管理系统建设与应用

郭全发, ,刘锋 ,李传波

长庆油田分公司第八采油厂吴定采油作业区，陕西 西安 710020

摘要：自从数字地球的战略思想提出后，我国已将数字城市的核心技术研制列入国家计划的重中之重项目，将数字城市项目列入国家重大科技攻关项目。随着我国科学技术的发展，为提高管理水平及工作效率，数字化油田、数字化工程等一系列新科技项目已经列入中国石油天然气集团公司科技发展规划。

关键词：油气集输数字化；管理系统；建设应用；

前言

集输数字化就是将数字化的思路和方法应用于油气集输工程，它是以电子地图技术为基础的软件平台，是一个立体的“虚拟现实的数字化工程”。将这个工程中的建筑、设备、储罐、管道、仪表、管道、道路、花圃以及限定区域里的生产设施全部设置到真实的虚拟场景中，是一个与现实建设工程完全一样的“虚拟数字化工程”。

一、油气集输数字化

系统数字化工程包含了工程勘察设计系统、工程建设项目管理系统、工程运营管理系统三个组成部分。包括二维GlS系统、三维虚拟现实系统、生产实时显示系统、动态流程系统等，其核心是电子信息数据库。集输数字化系统框架平台的构建使数字系统的制作深度能够满足管理、运行、维护等方面的要求，达到使用可靠、操作方便、结构清晰。集输数字化系统技术支撑体系的评选筛选合理、可行的应用软件，采纳适用、经济、方便的软件。三维虚拟现实技术的运用所建立的数字模型，达到漫游形象逼真，触摸物体的查询、测合理，资料完整配套，数据齐全准确，数据的范围全面。类别层次分明清晰，格式统一。

二、数字化建设的主要特点

（1） 覆盖范围广泛。新建产能数字化建设一步到位；老区改造覆盖油水井及油气集输处理等各种生产设施，并建成作业区SCADA 监控系统和信息管理系统。（2） 无人值守、多级监控。井场和小型场站无人值守，油水井监控、自动计量及恒流配水等功能集中到中心站控制室完成，采油区、作业区控制室作为采油生产管理中心实现数据报表生成和油井生产管理分析功能。（3） 规模化采购、低成本建设。在采用标准化设计的基础上，优先采购国产仪表设备和自控系统，规模化采购费用降低35%，国产化率达到96%。（4） 安全可靠，可维护性强。制订专项配套运行管理和维护文件体系，成立自动化维护部门负责数字化系统运行维护。

三、油气集输数字化管理系统建设

1.井口数据无线采集技术。采油平台内全部油水井应用低功耗、短距离无线传输技术将井口数据直接传回计量站，油套压无线压力传感器采用微功耗休眠技术。无线载荷采用重力加速度原理，本地计算功图自动上传。计量站接受部分设无线采集单元，具备数据存储能力，取消以往单井RTU。针对计量需求和工艺流程现状，老区改造以计量间自动化升级为主，功图量油为辅，安装电动三通阀或多通阀、分离器液位计和流量计实现自动倒井计量。改造配水间已建流程，增加控制器和阀门实现自动化恒流配水功能。一体化高压流量自控仪采用RS485 通讯方式，减少现场电缆敷设，实现远程控制功能。

2.作业区SCADA监控系统。油田作业区系统采用三级网络结构，井站为第一级采集监控层；中心站为第二级站场控制层，实现所辖油水井和计量站的数据监控、自动计量等生产操作；采油区和作业区作为第三级管理指挥层，实现数据的集中管理和数据分析，提供远程访问节点。控制室集中监视、录像，实时监控重点区域，对平台入侵实现自动报警、语音告警。视频图像与监控数据共用通信网络，可在油田局域网发布浏览。联合站等下游系统各生产单位分别采用DCS 和PLC 控制系统建设中控室，实现本站生产参数的自动采集、监控，油气集输调度中心实现各站的集中监控报警和数据管理，各站控子系统分别采用隔离工业通信网关与信息网络互联。在抽油机为主、气液比较低的平台取消计量站，推广功图量油技术，计量误差低于10%。动液面计算所需功图和油套压直接由油井监控数据库取得，并将计算数据直接写回数据库。功图计算动液面技术、无线通讯技术与变频调速技术结合，可实现油井动液面的闭环控制，使油井始终处在合理开采的工作状态。对功图计算出的动液面数据进行分析、测试及校正，可减少现场测试动液面80％的工作量。

3.通讯网络建设及网络架构。以光缆为主、无线为辅，光缆敷设至计量站、配水间一级，利用组网技术将网络规划为模块化的网络体系结构。不同VLAN 内的设备之间通过网关相互访问、交换数据，构成核心路由、边缘交换的网络。通讯网络采用了多种隧道技术和网络三层组播技术，实现监控业务的无阻塞转发，单一视频流可在区域内广播传输，无需访问核心交换机。泄漏是管道运行的主要故障之一，特别是由于近年来不法分子打孔盗烃犯罪猖獗，泄漏报警定位系统正在逐渐成为管道必不可少的组成部分。泄漏报警定位系统的难度主要在于如何有效地排除站内干扰，减少误报，而要达到这样的目的，主要靠准确的定位，因为误报产生的主要来源是站内操作，将本应定在站内的操作报在线上，从而产生误报，特别是对于没有明显拐点的变频控制造成的压力波动的定位计算。轻烃管道泄漏报警定位系统的成功投用为天然气分公司带来的直接经济效益达几百万，有力地打击了盗烃犯罪，震慑了不法分子，避免了管线恶性事件地发生，从这个方面来讲，经济效益和社会效益显著。

4.管道防腐层状况检测与评价。防腐层状况检测应该是防腐层检测技术与地理信息系统的结合，通过对埋地管道外防腐检测和评估，可以达到如下目标：（1）确定管道具体走向和埋深。（2）对心敷设管道防腐施工质量进行等级划分及定量评估。（3）对在役管道，可以对整条管线的防腐层破损点定位并确定其面积的大小，测定全线的防腐层绝缘性能。（4）对管道的阴极保护系统效果进行评估。（5）建立一套完整的管道防腐层、阴极保护检测资料，为生产管理提供正确有效的科学决策依据。PCM 管道电流测绘系统主要由发射机、接收机、GDFFW 防护层数据处理软件和相应配件组成。该系统具有以下特点：多频率发射信号、不需要开挖，检测埋深大，能对埋地金属管道的走向、外防护层破损点和不正常搭接部位进行精确定位；能分段计算防护层的绝缘电阻，从而可以评估防护层的老化状况；轻便、快捷、耐用，非常适于埋地管道的检测和评价。

四、油气集输数字化管理系统应用保证

集输数字化系统的建成运行，明显地提高了油气集输公司信息化管理手段，为安全、优质、高效的生产轻烃产品和油气外输系统提供了保证；通过数字化系统技术的运用，提高装置运行管理水平，安全生产水平，更进一步地为装置运营提供决策支持和服务；数字化系统的社会效益是显著的。应用了天然气集输数字化系统。立体形象的整个轻烃厂就在眼前，起到比电子沙盘更具体、更方便的作用，地面设备管道清晰，指挥操作灵活；地下管道一目了然，避免施工差错；管理水平提高，减少生产事故；培训人员生动，学习效果明显，间接的经济效益也是可观的。数字化系统的实施，也必将推动油气集输工业的科研、生产、管理、效益、环境等方面的可持续发展，实现数字化、信息化是我国油气工业建设可持续发展的必由之路。数字化建设在中国和世界范围内，是一个渐进的过程，将是一次全新的对传统建设方法的革命，同时也将是油气工程建设理念的一次深层次的变革。

借助生产信息化，实现集输系统全程化管控。全面监测重点设备和集输干线， 提高应急处置效率，优化输油管网运行，促进集输管理由经验式管理向数据化管理过渡，由粗犷式管理向精细化管理转变。集输系统已实现输油泵和干线压力采集， 建议进一步完善信息化建设，采集站点内加热炉、缓冲罐和分离器压力， 为下一步建设智能化管网奠定基础。

参考文献：

[1]杜丽红 姚安林：数字化管道及其应用现状，油气储运，2019，26（6）7～10。

[2]周德清：数字化管道的建设[J]，中国化工装备， 2021，(01)。