PLC在油井自动计量系统中的应用.pdf

第 4 1 卷第 1 p 期 2 O 1 2 年 1 0月 当 代 化 工 C o n t e m p o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 ． 41． N 0 ． 1 0 O c t o b e r ，2 0 1 2 P L C在油井 自动计量 系统 中的应用 崔 清 ，石成江 ， 吕 超 1 ．辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺1 1 3 0 0 1 ； 2 ． 大连小松雄连机械制造有限公 司， 辽宁 大连 1 1 6 1 0 4 摘 要阐述了国内油井 自动系统的研究状况和发展趋势；为了替代传统的油井计量方法，采用了翻斗式 计量装置，消除了按体积法油中含气造成的假体积误差；介绍了计量装置的结构和工作原理，并对 P L C进行程 序的设计。针对油井自动计量系统 ， 运用西门子 s 7 2 0 0 P L C对油井自动计量系统进行数据采用和传输信号。采 用了 P L C控制器与工控机，通过 P C ／ P P I电缆进行连接，能够实现自动选井与计量。这不仅克服了手动选井所 带来的麻烦，同时也提高了工作效率。 关键词油井；P L C ；计量装置；控制系统 中图分类号 T E 8 6 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 2 1 0 1 1 1 1 - 0 3 App l i c a t i o n o f PLC i n Oi l W e l l Au t o ma t i c M e t e r i ng S ys t e m CU I Q i n g ，S H I C h e n g - j i a n g ，LVC h a o 1 ． Li a o n i n g S h i h u a Un i v e r s i t y , L i a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 1 ， C h i n a ； 2 ． Da l i a n Xi a o s o n g Xi o n g l i a n Ma c h i n e L i mi t e d Co mp a n y ， Li a o n i n g Da l i a n 1 1 6 1 0 4 ，Ch i n a Ab s t r a c t Re s e a r c h s t a t u s a n d d e v e l o p me n t t r e n d o f d o me s t i c a n d f o r e i g n o i l we l l a u t o ma t i c me t e r i n g s y s t e ms we r e s u mma r i z e d ． I n o r d e r t o r e p l a c e t r a d i t i o n a l o i l we l l me a s u r e me n t me t h o d ， t h e t i p p i n g b u c k e t typ e me t e r i n g d e v i c e wa s u s e d t o e l i mi n a t e v o l u me t r i c e r r o r s o f t h e v o l u me me t h o d c a u s e d b y g a s i n o i l ； s t r u c t u r e a n d wo r k i n g p r i n c i p l e o f t h e d e v i c e we r e i n t r o d u c e d ，a n d t h e P LC p r o g r a m wa s d e s i g n e d ． Ac c o r d i n g t o t h e o i l we l l a u t o m a t i c me t e r i n g s y s t e m， S i e me n s S 7 - 2 0 0 P LC wa s u s e d t o c o l l e c t d a t a a n d t r a n s f e r s i g n a l f o r t h e o i 1 we l l a u t o ma t i c m e t e r i n g s y s t e m． P LC c o n tro l l e r a n d i n d u s t r i a l c o mp u t e r c o n t r o l s y s t e m we r e u s e d t o r e a l i z e a u t o ma t i c we l l s e l e c t i o n a n d me a s u r e me n t ， wh i c h n o t o n l y c a n o v e r c o me t h e i n c o n v e n i e n c e o f ma n u a l o p e r a t i o n ． b u t a l s o i mp r o v e t h e wo r k e ffi c i e n c y ． Ke y wo r d s 0i l we l l ； M e t e r i n g d e v i c e ； P LC Co n t r o l s y s t e m 油井产量的准确及时计量是油 田生产管理 中的 一 项重要工作， 对掌握油藏状况和制定生产方案， 具 有积极的作用。 传统的油井产量计量设备简单 、 耗 资少 ，且无法实现油井产量的连续计量 ，只能近似 的求出油井产量 ，原油系统误差 比较大。例如两相 分离仪表计量装置中使用的质量流量计往往会受计 量装置中的气体含量、安装位置以及结蜡等因素影 响 ， 从而使计量精度存在一定的误差 。 而三相分离 装置 比较麻烦 ，不仅需要 的设备多 、仪表多 ，而且 操作难度大 、流程复杂 、难于管理且维修费用高。 其精度性、可靠性及适应性等方面难以达到要求。 而称重式油井计量装置是一种集分离与计量功能于 一 身的装置，具有占地面积小、 投资省、 计量精度高、 操作简便 、能耗小 、劳动强度低等特点， 能够替代传 统立式油井计量分离器量油” 。 1 基本结构及工作原理 1 ． 1 计量装置的基本结构 油井计量装置 由多通阀、S 7 2 0 0 P L C、储罐 、 计量罐、泵、加热源、气体流量计、温度和压力传 感器以及工控机组成 ，如图 1 所示。原油计量的过 程是在计量罐中进行的，它是油井自动计量装置的 主要部分， 它由罐体、 伞形分离器、 承液盘、 翻斗、 降液管、加热盘管、称重力传感器、 侧装浮球液位 开关等部件构成 ， 其 中主要的计量部件是翻斗 其 中 称重力传感器是该计量装置的主要部件 ，能够得到 一 系列的读数 ，进而求得原油的产量。 图 1 计量装置的基本结构 Fi g ． 1 Th e b a s i c s t r u c t u r e o f me t e r i n g d e v i c e 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 5 0 9 作者简介 崔清 1 9 8 7 一 ，女，黑龙江兰西人，在读硕士，主要从事过程装备检测与控制技术。E - m a i l c u i q i n g ． 3 0 4 1 6 3 ． c o m 。 1 1 1 2 当 代 化 工 2 0 1 2年 1 0月 1 ． 2 计量料斗的工作原理 翻斗式计量料斗装置是 由左 右两个 的料 斗所 组成 ，两个料斗通过双料斗 回转支座以及双料斗回 转轴相连 ，并绕着 回转轴旋转 。两个料斗都通过螺 栓连接到中间的立板上 ，并且左右料斗各安装一个 称重力传感器 ，以测量空斗和原油和斗的总重。料 斗的安装位置设计与结构设计要以方便原油的排出 为母的 ， 、 分别为左 、右料斗的安装轴心 ，0 为整个计量装置的回转轴心 ，通过双料斗固定支座 来连接安装料斗所使用 的三根轴 。 同时立板是安装在双料斗固定支座上的，这样 安装在料斗上的力传感器相对于 固定支座是不动 的 ，但是有 向任意一个方向转动 的趋势。并且双料 斗同定支座 、两个料斗以及称重力传感器都是靠整 体回转轴来支撑，使左右两个料斗围绕 0点翻转。 整个翻斗式计量料斗装置 如图 2 所示 ，图中只表 示右料斗和螺栓的连接 安装在计量罐内部。 图 2 料斗的结构 图 Fi g ． 2 Th e s t r u c t u r e d i a g r a m o f t h e h o p p e r 油井原油从来 油 口进入罐体， 被计量 的原油经 伞状分离器流到承夜盘上 ，再通过降液管流到料斗 内，以进行计量 。当油先流人右料斗时，右料斗中 油的质量将不断的增加 ，当油量增加到一定量时 ， 左右料斗的平衡被破坏 ，两个料斗围绕各 自的轴心 发生翻转 ， 这时左右料斗顺时针转动， 右料斗排油 ， 左料斗开始进油 。这样左右两个料斗不断轮流的T 作 ，对原油产量进行计量 。同时油中的气体经伞状 分离器分离后 ，向上经分离伞流出 ，用气体流量计 计量 。单井 的产液从 出油 口流出 。 。气体流量计及 压力传感器安装在气体 的出口，实现了单井产液量 和产气量的同时计量 原理图如图 3 所示 。 2 计量算法分析 本设计 的计量算法是将测量的称重力传感器拉 力换算成料斗和其中油的重量。假设左料斗在开始 计量时 ，右料斗处于空置状态 ，当左料斗内的原油 达到一定重量时，料斗装置的平衡被打破 ，两个料 斗一起开始翻转 ，在开始翻转的瞬间 ，读出左右两 个称重传感器拉力的测量值，根据事先确定好的关 系 ，得到左料斗中油和斗的总重和右料斗的空斗的 重量。其差值就是流入左料斗 中油的重量。右料斗 的计量算法也是如此 。左右料斗的差值的和就是料 斗计量一次的原油的重量。南于这种计量方式能有 效的消除原油凝结挂壁与气液分离效果不理想对计 量结果的影响。在计量持续时间内的单次称量重量 相加 ， 得到计量时间段内的被计量油井的原油产量 ， 这种叠加方法 ，避免了系统误差的叠加 ，有效 的保 证了计量的精度。 图 3 油井 自动计量装置的原 理示意图 Fi g ． 3 The s c he ma t i c di a g ra m of oi l we l l a ut oma t i c m e t e r i ng de v i c e 1 一 称重传感器 ； 2 一 罐体； 3 一 来油口；4 - 分离伞；5 - 单井气出门； 6 一 气体分离器； 7 一 集料斗； 8 一 分布器 ； 9 - 料斗 ； 1 0 - 单井出几 假设对某单井进行计量 ，如果翻斗每次计量 的 时间大约是半小时，那么 2 4 h翻斗翻转 4 8次。在 计量过程中，料斗在进油后和向另外一侧翻转的瞬 间，称重传感器各有一个读数 ，这两个数据的差值 就是其 中一个料斗翻转一次的称油量 ，将得到的这 些差值累加起来即可得到累计流量，再利用积分补 偿原理算出从左右料斗之间漏出去的油的重量 ，即 为在一定时间内单井的油的产量 。该计量采用称重 的方式对原油的产量计量的算法得到的原油计量精 度不受原油粘结挂壁及计量时间长短限制 ，因此 ， 对一 口油井原油产量 的计量时间可以大大减少 。。 3 P L C在油井 自动计量系统中的应用 P L C系统 的硬件组成主要有一块 C P U 2 2 4 一 XP 、 两块 E M2 3 1 模拟量扩展模块 。该控制系统 由 P L C 和T控机组成 ，有 8点模拟量输入 ，l 0点开关量输 出。 该控制系统主要包括以下四个模块 切换模块 、 检测模块 、监控模块 、报警模块。当程序开始时 ， P L C接收到的多通阀反馈的选井 的信号 、液位开关 反馈的油液位信号传到计算机上 ，当计算机上显示 第 4 1卷第 1 0期 崔 清，等P L C在油井 自动计量系统中的应用 1 l l 3 计量次数达到设定值时，计算液量。一旦计量过程 关等需要监测的信号。P L C与工控机通信，进行数 中出现故障 ，例如液位超高或系统停电时 ，系统 自 动切换到报警模块 ，以达到安全生产的目的 ，其 控制流程图如图 4 所示。 图 4 P L C控制流程图 F i g ． 4 P LC c o n t r o l flo w c h a r t P L C负责采集左 、右料斗称重传感器来 的模拟 信号，同时采集差压传感器 、温度传感器 、液位开 据交换 ，实现对左 、右料斗 中原油的计量。另外 ， P L C还可以对加热源 、泵控制 ，以维持灌内温度和 原油的液位 。工控机对来 自传感器的信号按照一定 算法进行运算 ，得到油井的累计产量和瞬时流量， 并提供友好的操作界面和人机交流。 4 结束语 P L C 在油井 自动计量 系统 中得到 了广泛 的应 用 ，不仅能够收集现场采集 的数据和信号而且还能 根据现场所采集的数据和计算机 的指令决定操作状 态 。采用 P L C技术不仅实现了连续测量 ，而且测 量精度高 ，降低 了_T人劳动强度 ，数据实时性好 、 投资成本低 ，能够大大提高量油资料的准确性。 参考文献 [ 1 ] 张晓峰， 等．P L C在一种新型油井 自动计量装置上的应用I J 1． 自动化 仪表， 2 0 0 6 ， 2 7 2 2 2 5 2 2 6 ． [ 2] 王顺华， 等． 油井气液两相流全 自动计量技术[J 1 ．沈 阳丁业大学学 报， 2 0 1 0 ， 3 2 4 4 2 3 4 2 6 ． [ 3 ] 马强． 称重式油井 自控计量器研制 与应用阴． 石油矿场机械，2 0 1 0 ， 3 9 25 2 5 4 ． [ 4] 田柏生， 等 称重式计量装置在塔里木油 羽的应用【 j ] ． 石油规划设 计， 2 0 0 7 ， 1 8 2 3 5 3 8 [ 5 ] 许兴贵，等． 基于 P L C的油井计量站数据采集与控制系统设计[ J 1 ．石 油仪器， 2 0 0 5 ， 1 9 22 2 一 ． 2 4 ． [ 6] 赵衍栋， 等．P L C与工控机 串口通 闭应用研究【 J J ． 信息化技术与控 制． 2 0 0 3 ，1 5 6 1 9 2 1 ． 上接 第 1 1 1 0页 [ 6] 姜涛， 牛玉琴， 钟炳．超临界相由合成气合成低碳醇的研究[ J ] ． 催化学 报， 2 0 0 0 ， 2 1 3 3 1 9 3 2 2 ． [ 7 ]朱颖颖， 王树荣， 葛晓岚， 等． 生物质基合成气合成 甲醇的热力学模拟 研究[ J ] ．浙江大学学报 工学版 ，2 0 1 1 , 4 5 2 3 4 1 ． 3 4 7 ． [ 8] 张学镭， 陈海平，王松岭等 ．焦炉煤气合成甲醇和发电系统的设计及 性能分析[ J 】 ．华南理工大学学报自然科学版 ， 2 0 1 1 ,3 9 3 8 3 ． 8 9 ． 1 9 j P h i ll i p s S ， Ad e n A，J e c h u r a J ， e t a 1 ．T h e r mo c h e mi c a l E t h a n o l v i a I n d i r e c t Ga s i fic a t i o n a n d M i x e d Al c o h o l S y n t h e s i s o f Lig n o c e l l u l o s i c B i o ma s s [ R ／ O L ] ． 2 0 0 7 ．h t t p ／ ／ w ww ． n r e 1 ．g o v ／ d o c s ／ f y 0 7 o s t i ／ 4 1 1 6 8 p d f ． [ 1 O] D u t t a A， P h i l l i p s S ．T h e r mo c h e mi c a l E t h a n o l v i a D i r e c t Ga s i fi c a t i o n a n d Mi x e d Al c o h o l S y n t h e s i s o f Lig n o c e l l u l o s i c Bi o ma s s [ R／ OL ] ．2 0 0 9 ．h t t p ／ ／ www． n r e 1 ．g o v ／ b i o ma s s ／ p d f s ／ 4 5 91 3 ．p d f ． 1 1 1 j Z h u G e r b e r M A ，J o n e s S B ，e t a 1 ． Mu n i c i p a l S o l i d Wa s t e MS Wt o L i q u i d F u e l s S y n t h e s i s ， V o l u me 2 A T e c h n o e c o n o m i c E v a l u a t i o n o f t h e P r o d u c t i o n o f Mi x e d A l c o h o l s [ R ／ O L ] ．2 0 0 8 ． h t t p ／ ／ www． p n 1 ． g o v ／ ma i n ／ p u b l i c a t i o n s ／ e x t e ma l ／ t e c h ni c a l _r e p o r t s ／P NNL- 1 7 9 4 9 r e v1 ．p d f ． 1 1 2 J Ne x ant I n c ． E q u i p me n t De s i g n an d C o s t E s t i ma t i o n f o r S ma l l M o d u l a r Bi o ma s s S y s t e ms ，S y n t h e s i s Ga s Cl e a n u p，an d Ox y g e n S e pa r a t i o n Eq u i p me n t T a s k 9M i x e d Al c o h o l s F r o m S y n g a s S t a t e o f T e c h n o l o g y [ R ／ OL ]2 0 0 6 ． h t t p ／ ／ w ww ． n r e 1 ． g o v ／ d o c s ／ f y 0 6 o s t i ／ 3 9 9 4 7 ． p d f ． [ 1 3 ]D u t t a A， T a l ma d g e M， a n d H e n s l e y J ．P r o c e s s De s i g n and E c o n o mi c s for Co n v e r s i o n o f Li g n 0 c e l l u l O s i c Bi o ma s s t o E t h a n o l T h e r mo c h e mi c a l Pa t h wa y b y I n d i r e c t Ga s i fic a t i o n a n d Mi x e d AI c o h o l S y n t h e s i s [ R ／ OL ] ． 2 0 1 1 ． h t t p ／ ／ ww w．n r e l g o v ／ b i o ma s s ／ p d f s ／ 5 1 4 0 0p d f ． [ 1 4] 唐庆杰， 郭万智， 董敏， 等．低温液相合成低碳醇研究新进展[ J 】 l 洁净 煤技术， 2 0 0 8 ， 1 4 6 4 3 。 4 6 ． [ 1 5] 陈俊武， 李春年， 陈香生． 石油替代综论 ] ．北京 中国石化出版 社． 2 0 0 9 4 2 1 ． 4 2 7 ．