logo
专注油气领域
与独立思考者同行

物联网与油气行业的联姻

物联网与油气行业的联姻

大数据时代,油气行业已经搭上工业物联网这列快车。

来自丨E&P
编译丨TOM 周诗雨

下图展示的是一台井口电动气举压缩机。它是由白色柜子内的变频驱动器(VFD)所驱动的。而控制它的则是在其左侧灰色机柜内的PLC(可编程逻辑控制器)控制系统。

物联网与油气行业的联姻

低成本物联网(IoT)设备与人工举升和生产设备的结合,为各类技术难题提供了简单、可靠的解决方案。SPE最近的一篇论文引述了四个成功应用IoT的案例,它们都在现场设备的层面上,利用各种工程原理、现场经验以及统计数据。这些例子展示了物联网技术的潜在应用能力,以及如何通过这些应用来缓解生产作业中出现的问题。

泵冲程优化

在SPE 181228文中,介绍了一种泵冲程优化(PSO)方法。杆式泵控制器(RPC)通常会对水平井中的段塞与波状流反应过激,这会导致杆式泵在最小与最大泵速设定值之间频繁变化。文中的这种泵冲程优化方法就是为了降低这一频率。大多数的杆式泵控制器在低泵入量段塞流时会陷入难以工作的困境。

为了执行泵冲程优化方法,则需要获取杆式泵控制器的速度输出模拟信号,并用优化后的速度信号替代。然后,利用一台可编程逻辑控制器(PLC)对优化速度信号进行计算,得出与数小时内平均流入量相匹配的速度值。随后记录每秒的泵速以及低泵入量发生的频率,并计算出数小时内的平均值。一旦计算出某段时间内的平均速度,系统就会重新设定杆式泵控制器的泵速值,以降低低泵入量事件的发生频率。

应用于该作业的可编程逻辑控制器系统能够与作业者的SCADA系统相连,并在控制器上拥有一个网页。该网页具备可操作性,网页上的虚拟交换机能够像本地交换机那样,可进行点击,执行某些功能。通过控制器能够查看速度设定值与历史泵速值,同时还可以远程更改算法参数。操作者完全可以依靠个人电脑或智能手机来进行人机交互。最终,泵冲程优化的数据需要经过作业者SCADA系统进行轮询,然后存储在内部的云系统中。

改进压缩机

另一篇论文SPE 181773,讨论了一种井口气举电动压缩机的设计改进方法。设计的主要目的是为了是解决高含液储层段中,普遍存在的碳氢化合物冷凝现象。为了实现这一目标,作业者利用支持loT计算的可编程逻辑控制器,通过对独立的中间冷却器与后置冷却器进行PID(比例-积分-微分控制器)控制,以维持较高的工作温度,从而将碳氢化合物始终控制在相图中100%气态的区域内。

该压缩机并没有使用传统的控制面板,而是采用可编程逻辑控制器托管的页面。本地控制由转换开关与复位开关组成。正常运行时转换开关为绿色指示灯,复位开关为红色指示灯。控制系统还包括一个压电蜂鸣器,它会在压缩机即将启动时发出警示,同时还能识别出停机代码。因为正常作业时主要是依靠控制器的页面来判断是否停机与重置,因此这只是一种备用方法。

该页面还能够对压缩机的转速值、气体冷却器温度、以及正常压力与温度设定值进行查看和调整。此外,可编程逻辑控制器还能够模拟压缩机的表现,并将其与实际计算的关键性能指标(KPI)进行比较。然后,它会将这些值与存储的数月历史数据进行比较,检测两者差异,并发出提醒。油公司只要将可编程逻辑控制器与SCADA系统连接,并与压缩机管理工具结合,就能每15分钟对可编程逻辑控制器查询一次作业压力、温度、速率与关键绩效指标。

VFD面板散热风扇

安装井口压缩机时,变频驱动(VFD)机柜配备有机械恒温器。如果布置不当,加之死区很小,就会导致严重的风机循环。

为了解决该问题,作业者利用带有热敏电阻的可编程逻辑控制器来控制冷却风扇的运行。热敏电阻本身是一款可靠、低成本的温度设备,但由于采用了基于六阶多项式的非线性输出,因此并不受欢迎。但是可以使用查找函数,将其分解为多个直线方程。 试验发现,这两种方法都能很好地与可编程逻辑控制器配合使用。

由于变频驱动机的额定温度为50°C(122°F),因此风扇被设定于47.2°C(117°F)时打开,40°C(104°F)时关闭。这样就提供了一个13度的死区,可以最大限度地减少风机的循环次数,风机运行时间会因这些更高的设定值而大大降低。若温度高于50°C,则表明过滤器发生堵塞,并设立了维护警报。此外,页面还可以显示可编辑的设定值、实时柜温度、风扇每日运行时间、风扇每日循环次数,并可由油公司的SCADA系统进行查询。

压缩机面板物联网设备

随着水平井气举的普及,使作业者需要对现有气举压缩机进行改进,以防止在气体冷却时发生碳氢化合物的冷凝。当这些冷凝液在大气压力下被倾倒到储罐中时,会造成产品损失与排放问题。还存在一些其他的问题,如卸料管线被冷冻,排放管道中形成水合物块等,这些都会导致压缩机停止工作。

北达科他州的某个油公司就运用独立的PID(比例-积分-微分控制器)数学方法来控制百叶窗定位器,取代了手动操作气体冷却器上的百叶窗。

通过可编程逻辑控制器对百叶窗定位器与变频驱动机的冷却风扇进行PID控制,将作业温度控制在一个较高的水平,从而防止碳氢化合物冷凝。

该应用与第一个电动压缩机例子的不同之处在于:传感器不是直接连接到可编程逻辑控制器上的,而是使用Modbus远程终端装置,通过RS-485串行通信,从现有压缩机面板中提取出压力、温度、运行转速等信息。

输入到可编程逻辑控制器的信息,是百叶窗位置的模拟反馈。控制器输出的信息是模拟与数字输出,能够控制变频驱动机。应用的具体表现为对压缩机与百叶窗现有位置重新设定。

由于可编程逻辑控制器是通过Modbus传输控制协议连接到油公司的SCADA系统,因此控制器中计算的所有压缩机压力和温度、百叶窗位置与工程KPI指标都收集在压缩机管理工具中以供使用。

物联网的关键

对于那些从事云计算与数据科学工作的人来说,机器学习与远程控制优化的价值并没有被忽视。目前已经可以在现场利用简单的物联网设备进行数据访问以及处理日常优化工作。这类设备的使用为未来更大规模的机器学习起了一个好头。想要成功利用物联网,关键在于要了解基本的工程原理、现场设备是如何工作的、以及物联网的基础知识。

您也有让人挠头的难题需要解决,或是优质技术想要找应用市场吗?如果有的话,欢迎联系小编微信或邮箱,也许能找到一剂良药。

二丫:131-3255-0596;zhanglingyu@cnoocraiborn.com
大安:131-3203-1392;lishian@cnoocraiborn.com

For English, Please click here (展开/收缩)

未经允许,不得转载本站任何文章:

评论 抢沙发