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1  引言

    原油計量站作為油井原油計量和匯集的樞紐，在油田的生產中扮演十分重要的角色。實現原油計量站的自動化計量與監控，對于實現整個油田系統的自動監控，提高原油計量的準確性和生產效率等都具有十分重要的意義。
華北油田霸六計量站自動計量系統在原有系統的基礎上，分別對現場儀表、執行機構進行了智能化和電氣化改造，并增加了PLC控制站和中央控制室，以實現對系統的自動控制和遠程監控。

    整個系統的自動控制由和利時公司的HOLLiAS G5系列PLC完成。

2  工藝概述

    簡要工藝流程如圖1所示。系統主要由計量用三通閥、分離器、平衡罐和原油伴熱等部分組成。

                        圖1  華北油田霸六計量站工藝流程框圖

(1) 工作流程描述

    油井原油通過輸油管道被輸送到計量站。在非計量狀態下，對應每口油井的三通閥都指向工作匯管方向，原油直接通過工作匯管被輸送出去。當需要對某一口油井原油進行計量時，則將此口油井對應的三通閥指向計量匯管方向。原油由計量匯管進入分離器，在分離器中開始對原油進行計量。計量后的原油經平衡罐流入輸出匯管被輸送出去。

(2) 計量原理

    對油井原油的計量包括混合液的產量（M3）和體積含水率（%）計量兩部分。混合液產量V是通過計量油井完成設定的分離器高度（50cm）所需要的時間T，并由公式：

                                V = δ / T

得到。其中，δ=15564,計量系數（可修改）。

    由上面計量得到的產量并不能直接得出油井的原油產量τ（噸），因為其中還有相當一部分是水。所以要計量原油產量，還需要得到對應于每口油井的原油體積含水率（%）。原油體積含水率ξ（%）是由安裝在分離器油出口管道上的含水分析儀測量含水率的瞬時值，并通過在PLC對得到的含水率瞬時數據進行統計加權平均而得到。

                                 ξ=（V-τ/ρ）/ V

最后由公式：

                                 τ =（1-ξ）Vρ

得到油井的原油產量τ（噸）。其中，ρ為原油密度。

3  系統的設計方案

    根據系統的控制要求和現場的實際情況，對系統做如下設計：
    (1) 系統設現場操作站和中央控制室，以分別實現系統的集中控制管理和現場就地操作。
    (2) 中央控制室主要設監控計算機，監控計算機上運行和利時公司的FocSoft3.1監控軟件，完成對整個系統的監控管理。
    (3) 在現場操作站設PLC系統，以完成對整個系統的數據采集和程序控制。PLC系統選擇和利時公司的HOLLiAS  G5系列PLC，HOLLiAS  G5系列PLC具有完善的模塊種類和靈活、優秀的網絡通訊功能，可以容易地構建自己的系統。
另外，為了實現對系統的就地操作，在現場操作站還設有觸摸屏。通過觸摸屏，用戶可以在計量站內完成對系統的監控。
    (4) 由于現場站和中央控制室之間的距離較遠，考慮到搭建無線通訊網絡的可行性，在現場站和中央控制室之間搭建了無線通訊網絡，通過無線通訊網絡實現現場站與中央控制室之間的通訊。
    (5) 對現場儀表和設備進行智能化改造，以適應控制系統的要求。

4  系統結構

    系統的結構如圖2所示。整個系統可以分為四個層，從下到上依次為現場層，控制層，網絡層和管理層。

                                  圖2  系統結構圖

    (1) 現場層為現場儀表部分，負責現場數據參數的采集。
    (2) 控制層位于計量站內，包括PLC和觸摸屏等主要控制設備，負責系統的工藝流程控制，數據處理和現場操作，是整個系統的核心。
    (3) 網絡傳輸層是管理層與控制層之間數據信息交換通道。
    (4) 管理層位于中央監控室，包括系統的管理和監控計算機，主要完成對系統的監控和數據管理、報表、打印等。

5  系統的控制流程

    系統的計量方式包括自動計量和手動計量兩種。自動計量要求整個計量過程由程序控制自動完成，對于每口油井的計量定時循環進行（如每天計量3次）；手動計量則可以根據用戶要求選擇需要計量的井號和計量次數，對某口井單獨做計量。具體計量控制流程如下：

(1) 自動計量流程

    整個計量過程由程序自動控制完成。每天定時循環計量每口采油井。具體為：每天定時（3次/天，整點計量）啟動計量程序，在計量時間到時，根據預先設定的次序及次數，依次對計量站的每口油井進行計量，直到計量完成。計量完成后，等待下一計量時間到達信號，再依次對每口井進行計量。

    另外，在計量過程中需要判斷對應油井的工作狀態。如果在判斷出某口油井停井時，要在計量到此口油井時跳過不進行計量，并繼續其他井的計量。

(2) 手動計量流程

    由于每口油井來油狀態不確定，在進行對每口油井的自動計量后，有時還需對其進行手動計量操作，以保證計量的準確性。在手動計量中，需要人工輸入計量井號、計量次數和計量開始時間。輸入計量信息后，由程序執行計量操作。以每次計量結果的平均值作為計量的最終結果。

                              圖3  手/自動計量過程邏輯框圖

6  系統的功能特點

    華北油田霸六計量站自動計量系統主要具有以下幾方面特點：

    (1) 系統結構簡單，運行穩定可靠；
    (2) 無線通訊網絡設備采用帶以太網接口的無線數傳電臺，可直接與和利時公司帶以太網接口的CPU-連接，無需另行開發上位機和PLC無線串口通訊程序；
    (3) 實現了無人化自動計量，計量精度高；
    (4) 遠程、現場可控的兩位控制方案，可以靈活地滿足用戶的實際需求；
    (5) 簡潔、生動的監控畫面顯示，可以方便用戶隨時掌握系統的運行狀況；
    (6) 系統維護簡單、具有良好的可擴充性。

7  結束語

    作為油田生產自動化的重要組成部分，油田計量站的自動化改造工程受到了越來越多的重視。華北油田霸六計量站系統的自動化改造工程作為和利時PLC在本行業的首次嘗試，在工程實施過程中積累了很多寶貴的經驗，確立了以和利時HOLLiAS G5系列PLC為控制核心的系統解決方案，顯示了其結構簡單、靈活，計量準確，性能穩定等優點。同時，通過對系統中關鍵技術的分析和解決，為以后相關工程的實施工作提供了有效的技術支持。