在线综合参数校验技术在油田计量中的应用

智能化油田的有效运行是以及时、准确的计量数据为基础, 但受拆卸、更换、运输等因素影响, 许多计量仪表无法开展实验室检定。为此, 采油厂开展了在线综合参数校验技术的研究, 将虚拟仪器技术引入检定过程中, 开发在线综合参数校验仪, 实现对计量器具的在线校准和修复功能, 进一步提高计量技术机构的工作效率和服务保障能力。

基于“软件=仪器”的理论, 虚拟仪器技术是实现在线多参数校验的核心。利用高性能的模块化硬件, 结合灵活高效的软件, 即可完成多种物理参量 (如压力、温度、流量、电能、载荷、位移、液位等) 的测量、校验及其他智能化应用。主要包含以下3个方面。

其原理 (见图1) 是利用虚拟仪器同步截获被检传感器数据, 与标准传感器的数据信号做对比和处理, 计算得到拟合后的系数;再通过HART协议现场传送给具有HART协议功能的智能变送器, 利用数据拟合方程实时修正输出信号, 实现信号的在线校正。

其原理是通过特定算法, “合并”来自多个传感设备的数据, 生成更可靠准确的信息。通过对采油厂现有计量设备调研, 发现约有95%的传感器属以下几种类型: (4~20) m A、0~50m V、0~5V、0~10V、RS485信号以及频率信号。其中, 对于电压、电流的模拟信号, 可先数模转换后再处理;对于频率信号, 可先计数器定时采样后再处理;对于RS485信号, 可先转换成RS232信号后再处理。

其原理是利用超声波来探测现场流量管线, 由于超声脉冲受流体速度影响会出现速度变快或减慢, 通过测量时间差, 即可得流速。

其硬件主要由两部分组成:一是系统主板 (包括采集系统、信号前置处理/变换系统、控制输出系统, 以及接口电路) ;二是扩展设备 (包括计算机以及压力、温度、流量、载荷、位移、电能等源系统及相应标准器) 。智能软件系统, 具备综合在线功能, 在对某个传感器进行标定的同时, 对系统中其他参数进行模拟给定, 解决因多个传感器相互制约、相互影响而产生的诸多问题。

在线拟合智能变送器, 以HART协议为基础, 采用单片机作智能控制芯片, 外围辅以非易失性存贮电路、看门狗电路、信号调理电路、译码电路、A/D转换电路、D/A转换电路等其他电路。应用“便携式虚拟综合检定/检测系统”检定自动化系统中的变送器和二次仪表, 取得在线拟合系数, 将拟合系数通过HART协议直接传送到智能变送器中, 实现系统的在线校正。

通过现场加装物理量标准器或标准源, 完成对被检传感器信号和标准信号的对比, 通过数据拟合的方法, 计算输出信号拟合系数, 传输到“在线拟合智能变送器”中, 校正现场不合格的变送器, 并恢复其使用功能。

结合超声波流量计, 实现对流量计的在线检测和检定。

以冲次为周期, 现场实时检测和校正负荷、位移传感器。

模拟现场变送器的输出信号曲线, 生成一路或多路输出信号, 对传输回路进行校准, 诊断分析, 恢复变送器的模拟、数字传输通道。

模拟现场变送器的输出信号, 提供一路或多路变送器输出信号, 调整输出信号大小, 检测自动化系统的控制回路, 诊断分析故障原因。

输出被校变送器的各测试曲线、数据、标定系数和检测报告。

检测回路102条, 压力变送器22个, 温度变送器24个, 电能变送器16个, 流量变送器3个, 液位变送器8个, A/D转换模块29块, 通信模块11块 (力创) , 其他模块9块。在恢复过程中, 利用该装置的通信校验功能成功对损坏的力创EDA9017、EDA9033等模块进行了维修和模块地址设置。另外还维修了中油亚光公司安装的污水液位显示模块3个和温度显示模块一个。

检测回路66条, 其中损坏14条, 占21.2%;接错6条, 占9.1%;共30.3%的回路需要维修。检测变送器66台, 其中损坏11台, 占总数的16.7%;26台误差大, 占总数的39.4%。合计有56.1%的变送器需要维修或更换, 恢复后整个自动化系统运行正常。

如上表, 通过对永一站自动化系统进行检测140项参数, 对存在的44个问题进行维修, 修复率达到100%, 保证自动化系统正常运行。

通过载荷变送器和位移变送器的现场数据采集, 集计算机技术、电子技术、通信技术于一体的功图法油井自动计量与检测系统, 已经实现了生产数据实时采集、产量自动计量、报告自动生成、故障实时预警等功能。配套使用在线综合参数校验系统, 则可实现载荷、位移传感器的在线校正, 保障功图法油井计量的可靠性和准确性, 为油田压扁层级并取消计量间, 提供有效支撑 (见图2) 。

如表3所示, 在对采油厂矿区抽油机示功图在线校正的4天中, 总计校正了49口井, 成功率在90%以上。其中有2台抽油机不合格, 经现场检查, 发现是载荷传感器灵敏度偏低, 拆下更换电阻后, 恢复正常, 重新安装后可以继续使用。

现阶段, 油田部分老旧的自动化设备, 因欠缺自动化维护技术, 一直采用的是传统的检定方式, 使得该系统的工作效率难以提高。利用在线综合参数校验系统, 对东辛采油厂辛三站的温度变送器的信号回路进行了校验及修复工作 (见表4) 。

表中“有”表示已安装温度变送器, “好”表示回路检测正常。从表中看出回路故障很多, 占整个回路的32%。

通过对25个温度变送器进行了检测/检定, 合格率为84%。对于略有偏差的进行重新调零, 恢复了原有准确度, 重新在线检测后达到正常使用要求。对于5条故障回路, 更换了标准采样电阻, 恢复正常工作。此外, 对压力、RS485通信等其他参数, 也在短时间内完成了全部设备的检定和恢复工作。

1. 该系统引入虚拟仪器“软件=仪器”的理念, 把虚拟仪器技术的方法和原理推广到智能化油田中, 并以此为载体实现了仪器检定的理论创新。

2. 设计了多道被检信号和标准信号的采集调理一体化模块, 用便携设备实现了数字化参数综合校验设备的现场化、微型化, 将不同物理量参数传感器的校验建立到统一的平台上。采用数据传输同步截获技术, 对各种数据传输信号进行有效性分析和误差修正, 弥补了传统校验设备不能校验数字或智能设备的不足。

3. 该系统为开展涉及压力、温度、流量、电能、载荷、液位等传感器智能化项目提供技术支撑, 并根据国家和行业相关标准对自动化仪表工程项目的数据采集系统、报警系统及控制系统等进行检定、检测, 完成项目的竣工验收工作, 在油田具有广泛的应用推广价值。