关于自动化采油培训系统的探索

关于自动化采油培训系统的探索

陈小平 易小波 李云飞

长庆油田第五采油厂，陕西 高陵 710200

摘要：现阶段，自动采油技术在油田生产过程中得到了广泛的应用。随着石油生产工艺和装备技术的不断更新和改进，石油生产自动化程度也越来越高。石油生产自动化管理和技术维护人员需要不断更新自己的技术和自动化专业知识，才能更好地服务于油田生产。石油生产OTS系统在采油培训车间,现有生产设备的基础上,通过改变部分硬件,配置相关仪器仪表、控制开发的专业软件,建立措施,如实施不走的流体介质管道,设备,它可以模拟烃流通过石油生产的整个生产过程,使培训更加活泼,操作更加安全可靠。采油OTS系统还可以模拟生产故障，培养学员分析和处理故障的能力，并具有记录和检查操作的功能。

关键词：自动化采油 ；采油 OTS 系统 ；仿真模拟；

石油工业和工业自动化数字技术的进步得到了很大的发展,工业自动化应用数字技术不仅使石油生产行业的操作流程更简洁和方便节省大量的人力成本,也促使石油工业技术水平提高,进而提高了生产效率和质量,为其他工业的发展提供了资源保障。

一、采油OTS系统的功能概述

1. 培训设备与现场设备一致，与现场生产过程的真实表现一致。采油培训车间使用的管道、设备、阀门、仪表等设备与生产现场设备一致。使用真实设备进行人员培训和操作培训，恢复现场生产过程。为了更好的了解管道技术的内在和内在，培训车间采用钢化玻璃透视地下管道，直接方便的传授工艺过程。

2.模拟了无介质流管道在采油过程中的参数波动。在培训过程和设备中，需要使用流体介质进行操作，使数据参数能够波动和变化，从而能够检测和控制数据参数。但工艺设备中流体介质的运行需要更多的人员对工艺设备进行维护和管理，增加了培训基地培训教师的工作量和学员的操作风险。为了构建采油OTS系统更好,学院采用无油介质操作工艺和设备,采用模拟信号显示流体参数波动,并使用数学模型显示参数之间的链接关系,达到培训的目的和控制。该方案更安全、更方便学生操作和反复训练。便于教师在各种工况下对设备和工艺参数进行控制，设置故障。

3.先进的硬件设备、教学软件和配套教材整合了培训教学资源。(1)硬件设备主要包括现场教学、培训和监控的生产工艺、设备、信号仿真系统和仿真控制系统;现场模拟站和移动模拟站便于教师现场讲解和培训。离线模拟训练系统50台计算机，方便学生观看、操作和学习;高清摄像头便于学生现场了解和观看设备运行情况，完成记录和评估工作。（2）采油OTS系统的教学软件包括三维动画学习课件、交互式操作系统和三维漫游学习场景。3d动画学习课件主要展示设备的结构、原理、自动操作项目及故障处理。交互操作系统主要像玩游戏，完成应急演练、操作交互和战场建设等学习任务;三维漫游学习场景主要展示了新疆油田公司各油田单元的典型设备、工艺流程和新技术。（3）中国石油技术培训学院研制了油田抽油OTS系统配套教材。教材内容主要包括自动采油理论知识、操作维修项目和故障分析三个部分。

二、仿真模拟了石油生产过程的实现过程

在现场工艺运行的基础上，利用SCADA系统(监测控制与数据采集系统)的反馈信号，实现修改后的仪表和仪表与现场运行匹配的数字显示，恢复现场实测参数的真实波动。采油过程仿真主要要求对仪表、阀门进行改造，对泵、变频器等运行设备进行改造，对声音、报警处理进行仿真。

1.仪表改造。仪器改造分为机械仪器改造和数字仪器改造。机械仪表主要有压力表、磁瓣式液位计和大型储罐液位浮标。机械仪表的改造主要是基于SCADA系统的工况模拟，向仪表的驱动电机发送信号，由驱动电机驱动减速机构的指示值。减速机构带动压力表指针旋转，可在表盘上显示相应的压力值;当减速器驱动浮球上下时，浮球可在刻度值上指示相应的液位高度。数字式仪表主要有压力变送器、温度变送器、液位计、流量计、可燃气体报警器、电动执行机构、切水仪、指示器等。数字仪表转换需要购买壳牌和显示装置仪器与仪器使用相同的模型,通过SCADA系统发送信号,并存储和信号变换后在显示屏显示数字信号,从而实现数字转换工具。

2.阀门、泵、变频器等操作设备的改造。油田使用的阀门种类繁多，结构复杂。阀门改造主要分为手动阀门改造和电动阀门改造。(1)手动阀的修改。手动阀主要分为升降阀和90度旋转阀。升降阀(如闸阀、针形阀、截止阀等)，通过手轮和阀杆升降手柄，实现启闭功能。在改造过程中，在阀门内部安装并固定了一个微型开闭器。通过监测微开度计探头的位置，可以判断阀门手柄的升降情况，从而确定阀门的开闭程度。90度旋转阀(如球阀、蝶阀、旋塞阀等)，通过90度旋转实现阀门的开启和关闭。在转换过程中，在阀门内部安装了一个微角计，通过监测微角计的探头移动位置来确定阀门的开启和关闭状态。（2）电动阀门、泵、变频器等操作设备的控制。电动阀、泵、变频器等操作设备主要通过SCADA系统发送信号。信号控制阀门的开、关或泵、变频器的运行，电动阀门、泵、变频器的运行可根据工艺要求进行。为了增加电动阀门的耐用性，将阀体内的开关从阀杆上拆卸下来;考虑到泵的耐用性，泵轴与电机分离。这样可以清楚地看到电动阀门的动作和电机的运行，也可以听到电动阀门和电机的运行声音，并且不磨损和消耗内部部件和密封填料。

3.模拟声音和警报处理。除了模拟数据参数的波动外，还在管道或设备中安装声音芯片来模拟油流过的声音，以及模拟称重仪表翻斗的声音。抽油OTS系统所使用的电动阀、泵、变频器等操作设备均可在真实控制下运行，并有安全声音提示或报警声音提示，如安全阀压力报警。所有手动阀门和设备均配有运行状态监控，使信号模拟系统能够恢复现场生产状态。一般情况下，抽油OTS系统不仅能模拟生产现场的正常生产过程，还能恢复和设置各种工况下的生产状态，便于培训学生在紧急情况下分析、诊断和处理故障。

三、建议

1.抽油OTS系统的应用与推广。目前，抽油OTS系统的开发已基本完成。新疆油田单位不了解油田抽油OTS系统，没有形式的培训规模。根据抽油OTS系统的相关培训内容和教材，规划不同的培训方案，提高抽油OTS系统的利用率。例如，对各个油田的教练员、专家、兼职教师进行抽油OTS系统的培训。目的是将采油厂OTS系统的培训内容推广到各油田，使教练员、专家、培训教师体验并选择适合本单位员工的培训内容。建立自动化油田员工培训项目，包括采油岗、仪表维修岗、监控岗，对进入自动化油田的员工进行初级培训。

2.功能优化。为了提高车间设备的利用率，车间设备、仿真控制系统和软件系统应按区块进行划分，使受训者之间不相互影响。例如采油OTS系统按区块划分为稀油油田区、稠油油田区、稀油计量区、稠油计量区、注聚合物区、注水区和储罐区。OTS系统按功能划分可分为在线模拟监控区、现场设备操作区和离线培训学习区。可按区块分配受训者，使受训者学习和培训不冲突，合理使用硬件设备，提高抽油OTS系统的利用率。

3.技术的进步。(1)厂房设备是油田常用的设备，但看不到其内部结构。目前，它的内部结构只能通过3D动画来展示。建议在分离机、称重仪表、油箱等大型设备上增加透视窗，并利用声、光、电等对内部结构、流向、流动过程进行展示，使内部结构和运行情况得到直观、形象的展示。(2) workshop反响太大，讲课的人太多，影响了学生听的效果。做好车间的回声处理，为教师配备扩音器，解决教师在实际培训中出现的音响效果问题。

总而言之，中国石油技师培训学院应充分利用其优势在生产OTS系统培训,丰富培训的内容,和扩大数量的训练,充分利用采油OTS系统,培养大量的自动化生产技术人才,满足油田生产的需求,提高员工工作的整体质量水平,高效、高质量完成油田管理和维护的工作。

参考文献：

[1]王冬梅.浅谈自动化采油培训系统的探索.2018.

[2]刘东旭.影响采油厂自动化技术进步的因素与对策.2019.