摘要：油田原油生产过程中的产量计量是衡量油田效益的基础依据。介绍了计量站自动数据采集系统，阐述了系统工作原理。现场工作站采用双机热备份工作模式，完成实时数据的采集、瞬时流量的计算、流量累积、动画显示、数据存储、实时数据上传到服务器、数据报警、各种工作报表的自动生成和打印功能。服务器汇总和存储所有计量站点的实时数据，并生成各种综合性报表。
计量站是油田的重要组成部分。计量站担负着站内各个油井的液、油、气三相计量任务，需及时、准确地为油田地质部门提供油藏工程资料。然而，目前我国很多油田计量站仍然采用人工计量方式，工人三班倒的工作制，劳动强度大，工作效率低。同时，人工计量间歇不连续，计量次数少、时间短、再加上大部分油井间隙出、原油含水较高，所以计量结果代表性差，不能为油藏工程提供真实可靠的地质资料。因此实现计量站的自动化是当前很迫切的要求。
根据目前计量站的现状调查，为降低工人的劳动强度，节约成本，以及考虑到常出现的各种工况，设计出一套自动测量系统。
1 系统组成
1.1 数据采集与控制系统
流量、压力、液位、温度、天然气浓度、含水率所得的数据通过 A/D 数据采集卡分别送给主机和辅机，计算机对所采数据进行计算、存储，经屏幕显示，经判断后决定对电磁阀的操作状态。
1.2 系统的工作原理
油井来油经选井三通阀进入计量分离器中分离，系统中的液位、压力测量值、电动阀的状态送入计算机，当压力大于等于最高安全压力时，将会同时打开三路控制的电磁阀门，以保证系统安全。当压力值小于最低安全压力时，若液位上升到高线(80%)或设定值，计算机将根据液位的上升时间，计算出液位的上升速率，输出一个电平信号 TL。当TL 为高电平时，选择打开大的流量阀;TL 为低电平时，选择打开小流量阀。若液位回落到下线的(20%)或设定值，则关闭液体阀，打开气体阀。
1.3 压力平衡罐无动力排油技术
在油田地面建设中，不同区块，不同层位的油井产量不相同，由于低产低能油井的产气量小，在分离器中的原油难于排出。以前的计量站，在分离器油出口路上安装管道油泵，用以将计量后的原油抽出再打入集油汇管。由于泵的频繁启动，易造成泄漏及机械、电气故障，尤其在无人值守情况下，存在安全隐患。采用压力平衡罐无动力排油技术，利用油气系统压力平衡原理，使分离器内原油靠位差排出分离器，取消了分离器计量排油管道油泵，提高了计量系统工作的可靠性，降低了能耗，节约了建设费用和运行费用。
1.4 测量部分
天然气的计量采用了带压力、温度补偿的旋进式气体流量计，该仪表内部无传动部件，计量精度满足要求，即可以就地显示，也可以远传。与压力平衡罐的配套使用，避免了系统的憋压，确保计量工作能连续、安全、平稳、准确的进行。原油的测量采用脉冲输出的椭圆齿轮流量计;液位测量选用微差压双法兰变送器;压力测量选用 0～2MPa 的压力变送器;温度测量选用标准的铂电阻温度变送器。
2 系统软硬件组成及特点
2.1 系统的硬件
计算机系统发生硬件或软件的故障时，将直接影响计量系统的远行。而计量系统的中断将会带来严重的经济利益问题，所以考虑到系统的安全性和可靠性，选用研祥的工业用计算机 IPC—810A，具有抗震、抗腐蚀，抗辐射等功能。
双机热备份系统的选择提高系统的可靠性，由相同的两台工控机组成，它们的硬件设施完全一样，包括各自的一套 A/D 采集卡。系统具备以下功能：在单机发生故障时，系统的计量不会停止运行;重要数据不会因故障而丢失;保证采集到的数据正确可靠。为确保计量系统不受停电的影响。应用能持续工作至半小时的不间断电源(USP)作为系统的后备电源。
双机热备份系统中的两台工控机同时发生故障的概率很小，所以只要系统不断电，计量系统不会中断;采用两套 A/D 采集卡，并进行两机之间数据的判断和取舍，是为了避免 A/D 数据采集卡采集错误而引起系统的误差，同时也为了降低误差;两台工控机的硬盘都存有历史的数据，即使其中一台计算机的硬盘坏了，也无关大局，及时对其中一台的历史数据进行备份即可，两个硬盘同时出现故障的几率很小，可以不考虑，这样就保证了计量系统不会因硬件的损失而丢失重要的数据。
2.2 软件系统的总体流程
计量系统的软件总框图(程序界面、流程界面)用 MCGS 组态软件完成，功能软件用 VB 编制成动态链接库(dll)，供 MCGS 软件调用。MCGS 组态软件的运行是以线程为单位运行来完成处理的，整级的大小来顺序执行。报表打印和报警等。软件主要模块包括数据 A/D(数据转换)采集模块、双机热备份、数据处理运算模块、数据存贮、通讯软件的编制、实时曲线显示、历史曲线显示、报表打印和报警。
双机热备份系统，它们是通过 100M 网卡和100M 网线连接在一体，网线采用跳线方式，即主机一端的 8 根网线中 1、2、3、6 分别对应辅机一端的3、6、1、2 双机以 TCP/IP 协议进行点对点数据通讯，以特别的心跳技术进行相互监督，如图 3 所示。
主机和辅机之间进行通讯，主机程序设置为全局变量，它每隔一秒自动增加 1(如果超过 100000，则清零，从头开始)，并且发送到辅机。辅机程序设置三个全局变量(旧值 Old Value，新值 NewValue，累积相同次数的计数器 mMum)。辅机收到主机发来的心跳数据并把它赋予 New Value，辅机的定时程序每隔一秒启动一次，判断 Old Value 是否等于 New Value，如果相同，累积次数 mMum 自动加 1，否则 mMum 清零，并且令 Old Value=NewValue。接着判断 mMum 是否大于 5，如果是，说明主机已有 5 秒没有向辅机发送心跳数据，证明主机可能出现故障。如果 mMum 小于 5，说明主机正常，辅机可以照常运行。
在正常情况下主机和辅机同时工作，主、辅机将采集并转换后的数据传递给对方，接着每台工控机对自己采集的数据和从对方收到的数据进行判断和取舍，进行瞬时流量计算，同时将瞬时流量和流量参数(压力、温度、含水率、压差等)显示出，并将它们和当前时间作为数据记录存入本机硬盘内的数据库。在缺省的情况下由主机完成和服务器的通讯和每日生产数据的报表的生成和打印的功能。当双机中任何一台发生故障时，另外一台立即切换为主机，这时主机就以自身的 A/D 采集卡的到的数据为准进行计量，并承担主机的所有任务。
图 4 为计算机运行主程序框图。其主要功能是进行数据采集和存贮，对主辅机采集的数据进行判断和取舍、数字滤波、剔除坏值等操作。
数据运算是对所采集的流量值(气体和液体)进行处理，根据温度变送器所提供的温度信号，及含水分析仪测出含水率。对原数据进行校正，换算成标准温度下的体积流量，以便进行数据存储。图 4中 L 代表液位高度，LH 为液位上限，T 为液位由LL(下限)上升到 LH 的时间，TH 为预设定的时间。如进口流量大，则 T 小，若小于 TH，则将其输出标志 DF 置 1，则对应打开大流量电磁阀;反之，则打开小流量电磁阀。打开大流量或小流量电磁阀，主要是保证计量的准确性。
图 5 为对电磁阀的控制。PH 为安全压力高限，LH 为液位高限，LL 为液位低限，D01=1 对应打开气体电磁阀，D02=0 对应打开小流量电磁阀，D03=0对应打开大流量电磁阀，从而实现液位区域控制。
3 结论
双机热备份为系统正常运行提供了可靠的保证。同时自动监控系统可完成对计量站内油井自动计量或指定量油，大大提高了测量数据的准确性和及时性，并且能够代替人工切换的繁琐操作过程，减轻了岗位工人的劳动强度，实现了计量站无人值守，降低了管理成木，提高了劳动效率。
参考文献：
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[2]张宇，宋晓虹. 路红英.微型计算机环境下双机系统的研究[J]. 测控技术，1999(18).
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[4]王术明. 一种新型油井在线连续量油系统[J]，计量技术，2005.
作者简介：左芳君(1978-)，女，现在西南石油大学攻读硕士学位。
