页岩气增压管理数字化转型实践.docx
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1、一、引言川南页岩气开采具有多井位、分散、低压、低产等特点,各类压缩机组是构建页岩气平台增压、集中增压和外输增压的关键设备,年平均增压贡献率已超过5O%,对年产1OO亿立方米贡献巨大。在信息化、数字化、智能化气田推进过程中,在线监测与故障诊断系统(以下简称“在线监测系统”)逐步成为压缩机组的标准配置,目前仅川南页岩气区块已应用了19套,预计“十四五”期间监测系统将增加至4O套以上,必将对设备远程实时监测、性能分析与故障诊断决策发挥重要作用。状态监测与故障诊断系统主要是监测设备的运行状态,并对运行状态进行分析处理,结合设备的历史运行状况来定量识别设备的技术状态、性能、故障趋势等,从而确定必要对策的
2、技术;总体上可以把该技术分为状态监测、分析诊断、治理预防三部分。国内石油石化企业自2O世纪8O年代开始对大型压缩机、泵等安装应用在线监测系统,历经3O余年的发展已趋于成熟。当前,伴随人工智能、工业互联网技术的发展,该技术的发展方向是设备故障智能预警、智能运维,并与工业互联网深度融合等。二、在线监测系统的需求分析2.1生产保障需求页岩气开采与常规气有很大的不同,其特点主要表现在两方面:一是气井压降快,维持产量的手段主要是增加新井数量,且往往是新井压力较高、老井压力较低,也就造成了各单井进入管网的压力不同;二是由于各单井或平台位置分布较分散,导致井口到集气站距离不同,集输管道压降也不同,致使部分低
3、压气井产气不能进入管网而被迫停产,造成了资源浪费与经济损失。因此,增压工艺应用于低压气井或平台,可以提高低压气井产量、提升气田开发经济效益。通过对数十口页岩气生产井以平台增压、集中增压方式实施开采,日产气提高了10%以上。各类压缩机,特别以往复压缩机为代表,在天然气增压领域有着广泛的应用。根据美国GE公司统计资料,有在线监测系统的压缩机组,维修费用可以减少40%50%。目前我国石化企业平均年检修费用消耗为4000余万元,若能减少事故的发生,从而延长设备检修周期,例如由1年一修延长为3年两修,则理论上可直接节省工作成本2667余万元。因此可见,应用在线监测与故障诊断技术对延长机组检维修周期、降低
4、检维修费用、保障企业长期稳定生产有着重要作用。2.2安全管控需求因页岩气开发成本高,更加注重投资控本促效益,已对所用压缩机组进行了标准化设计,其中平台增压对应315kW、5OOkW往复压缩机组,集中增压对应8OOkW、1800kW往复压缩机组,外输增压采用Pe1系列大功率离心压缩机组。当前所有平台增压、集中增压、外输增压中均未考虑备用机组,均按照连续不停机运行考虑,且平台增压和部分集中增压采用无人值守模式,对机组的可靠性保障、连续状态监测、故障预警、安全保障等方面提出了较高要求。压缩机组是页岩气开发的关键设备,其运行环境恶劣,容易产生各种故障,一旦发生严重故障,极易造成天然气外泄,从而导致火灾
5、、爆炸等恶性事故发生。设备在线监测与故障诊断系统是在机组上增加监控点位,实现对压缩机组的实时状态监测,管理人员可根据实时监控情况对机组运行情况和机组自身状态分析,降低设备的突发故障,判断设备整体状况,预知机组故障,避免重大安全事故发生,提高机组安全性能。2.3数字化转型需求现代油气田企业所用设备正逐步向集成化、自动化、智能化、少人化发展,物联网、大数据、远程监测等信息化手段也顺理成章的成为油气田企业设备管理的重要组成部分。积极开展设备远程状态监测就是加快推进装备自动化、操控集中化、管理信息化的重要措施。按照数字化气田建设要求,从提高气田开采自动化程度、提高开采安全把控能力、节约人力资源的理念出
6、发,页岩气田的开发建设全部要求数字化交付,井组建设全部按照无人值守的标准进行打造,已建场站也需按照无人值守的标准进行数字化改造。压缩机组作为页岩气开发的关键设备和最大的动设备,其数字化程度不仅是数字化气田建设的重要补充,也是场站能否实现无人值守的关键,在线状态监测系统是提高压缩机组数字化程度的必然选择。通过对机组运行状态的实时监测,在全面掌握其整体性能的基础上,利用后台智能分析和专家分析相结合,实现设备在线实时监测、性能状态分析、故障诊断预警和健康综合管理的数字化转型发展。三、在线监测系统选型3.1系统选型技术条件川南页岩气压缩机组均为电机驱动,根据其生产保障、安全管控和数字化转型需求,选用的
7、在线监测系统应满足以下一般技术条件:(1)系统由传感器、数据采集器、上位机等硬件和后台的软件共同组成,经组态具备数据实时采集、数据管理、参数预警和图谱分析等功能,实现对无人值守页岩气压缩机组运行状态的在线监测和人工辅助诊断分析;(2)系统所有硬件应符合国家、行业相关标准,根据页岩气生产条件应满足GB3836爆炸性环境用防爆电气设备通用要求规定的防爆等级和防护等级;(3)系统应具有高效的数据传输策略,传输过程自适应带宽,满足页岩气生产管理多人、多层级、多时段使用者访问需求;(4)系统功能应具有良好的扩展性和易维护性,满足页岩气不同时期压缩机组增减和安装位置变化带来的在线监测需求。3 .2系统组成
8、与功能在线监测系统因厂商技术不同在测点布局与具体分析诊断功能方面有差异,但典型的在线监测系统均可分为硬件部分与软件部分。3.1.1 主要组成部分按照上述一般技术条件,选用的页岩气压缩机组在线监测系统硬件主要包括各型传感器、信号电缆、接线箱、数据采集设备、数据存储管理设备、网络设备、工作站等,软件则包括数据采集软件、数据处理软件、数据通讯软件、数据管理软件、数据库、分析诊断软件等。内燃机驱动的往复压缩机组在页岩气生产中应用较少,如需应用则在线监测系统应增加发动机瞬时转速监测点、发动机气缸振动和气缸燃烧爆震等测点功能。页岩气干线外输增压主要采用PC1系列离心式压缩机组,通常配置旋转设备状态监测所需
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