纪元冰
大庆油田有限责任公司第五采油厂第三油矿集输队 大庆市 163000
摘要：变频控制技术的应用，解决了无人值守站的核心控制问题，减轻了员工劳动强度，盘活了用工，文章对油气无人值守变频技术要点进行分析。
关键词：变频技术；油田；现状
前言：随着油田数字化建设的开展、现场自动化要求的不断提高,变频控制系统作为连接前端仪表与站控系统的纽带,是确保站点生产数据高效采集、各类设备稳定控制的中枢。尤其自2017年无人值守站建设推广以来,全面完善变频控制功能,实现连续输油和恒压注水是实现减员增效的迫切需求。
1.设备应用现状
变频控制作为无人值守站主要控制功能，核心控制设备包括PLC机柜 和变频控制柜。前期由于管理界定不清，建设不完善，导致部分站点设备 配套不到位，大部分站点设备功能未开发应用。 1.1.1 PLC设备应用现状 PLC是可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Cntroller）的简 称，其实质是一种专用于工业控制的计算机。PLC系统主要用于油田生产 过程中的顺序控制，随着计算机技术、信号处理技术和控制技术的不断发 展以及用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处 理及运动控制等功能。 近年来，随着油田数字化、自动化要求的不断提高，PLC控制系统在油 田的生产中得到越来越多的应用，并取得较好的应用效果，提高了油田的 工作效率，也保证了油田的安全生产。 大庆油田在2008年开始大规模进行数字化建设以来，在油田各类站 点以及关键设备的数据采集以及控制过程应用了大量的PLC设备，实现了 现场数据的实时采集和关键生产环节的远程控制，目前大庆油田90%以上 的生产运行数据实现了实时采集，有效提升了各类站点的运行的效率、安全性，降低了员工劳动强度。
2.变频控制功能应用现状
变频连续输油和变频恒压注水作为无人值守站核心控制技术，前期因设备未配套、数字化建设不完善、维护不及时及作业区管理等方面因 素，功能开发不全，现场应用效果较差。 一体化橇装站点：标准化程序、工厂化预制，程序高度标准化，控制设 计完善，缺点是无法随现场工艺变化对程序进行修改。 常规站点：个性化程序，定制开发，符合站点运行需求，缺点是控制功 能薄弱，程序稳定性会根据人员编程水平变化，不易维护。 常规注水站：未配套变频柜，配套软起动柜，PLC程序仅满足数据采集 需求，控制功能未配套，自控程度低。 无人值守站的建设对变频控制功能应用提出了更高的要求，一方面 变频控制技术思路清晰，控制模型要科学合理，控制程序要满足现场多样 的工艺控制需求，另一方面新旧程序的交替要具有部署简单、快速的特 点，同时后期维护要便捷，否则将会大大影响无人值守站点建设以及管 理的有序开展，因此开展变频控制技术研究，开发标准化程序是非常必 要的。
3.技术成果
油田无人值守站建设是一个系统工程，是缓解目前用工紧张的重要 手段，更重要的是通过深化数字化应用，提升油田开发的科技含量，提高 油田开发效益，减低安全风险，形成一套安全、高效、经济的现代化管理 体系。
变频控制技术以闭环控制技术为控制模型，应用PID(比例-积分-微 分)控制器,通过设计标准PLC程序，与液位、压力连锁，实现变频连续输油 和变频恒压注水，作为无人值守站的核心控制功能，是降低劳动强度最直 接而且有效的手段。
3.1核心技术
要确保系统控制平稳高效，需从控制逻辑与程序设计两方面综合考 虑，变频控制系统采用闭环控制模型，基于反馈的概念以减少不确定性， 反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行，测量关键的是被控变 量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节 控制，在无人值守站建设实际中，应用最为广泛的为PID控制器，又称PID 调节。 PID控制器（比例-积分-微分控制器）是一个在工业控制应用中常见 的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成，基础是比例 控制，积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调，微分控制可加快大惯 性系统响应速度以及减弱超调趋势。
3.2连续输油控制逻辑与功能实现
结合站点产液量，通过PLC控制，定制变频连锁液位的方式，实现连续 输油，并根据液位上、下限自动启、停输油泵。由液位计采集液位反馈值， 通过PLC与设定值进行对比，进行PID计算，输出模拟量信号调节变频器频 率，变频器通过频率调节控制外输泵异步电机转速，调节外输排量。在无 人值守站建设中，需结合站点进液量，配备排量参数合理的外输泵，避免 出现“小马拉大车，大马拉小车”的情况。并结合进液实际情况，合理设计 对应的算法，针对实时进液平稳且连续的站点运用PID算法，与液位关联， 实现恒液位连续输油。 有些站点直进井数量较少，油井产量不高，间歇出液，这就导致站点 液量不平稳，这种站点需采用P（比例控制）算法或者采用区间对应算法， 合理设计液位与频率之间的对应关系，确保液位在高、低限范围内实现连 续输油。
4.取得的效果
4.1节能降耗
常规集输站点通过变频连续输油实现了平稳运行，但设备使用时间
延长，节能效果不明显。注水站通过变频恒压控制，取代之前工频运行，注水系统能量利用率提升，注水单耗下降，系统效率提升。
4.2平稳运行
连续输油：通过优化集输站点输油泵配置，将缓冲罐液位与输油频率关联，保证缓冲罐在安全液位范围内平稳运行，实现了24小时连续平稳输油，外输压力波动小于0.5MPa，大幅减少外输泵频繁启停操作，设备使用寿命增加。
4.3减员增效
连续输油取代人工频繁启停泵操作，降低劳动强度。8座站点由原来 的34人缩减至12人，盘活用工22人。通过PID恒压控制，减少因压力波动人 员频繁操作回流调节阀及巡检频次，降低高压环境滞留时间，消减安全 风险。
结束语
变频控制技术的应用，实现了连续输油及自动稳压注水，实现了无人值守，提高了生产效率，降低了安全生产风险，保障了生产设备的效率与性能，延长了设备使用寿命，减少维护费用，间接创造了经济效益。
参考文献：
[1]丁昕炜，谢茂强，王纪顺.天然气井站云台摄像机控制方法浅析[J].电子世界，2017（14）：157-157.
[2]张炯.天然气井站监控系统的需求分析及方案选择[J].化工管理，2017（29）.