采油廠空氣泡沫注入站自控系統的設計與應用

王賀誼 湯瑞佳 王維波 江紹靜 黃春霞 余華貴

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，西安 710075)

采油廠空氣泡沫注入站自控系統的設計與應用

王賀誼 湯瑞佳 王維波 江紹靜 黃春霞 余華貴

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，西安 710075)

對甘谷驛采油廠叢34注泡沫站和叢34注水站的自控系統進行統一規劃和建設，通過對注空氣、注泡沫站自控系統的開發，實現氣動閥和泵的遠程控制，壓力流量液位的自動檢測，水處理系統、加藥系統的數據采集與自動控制，現場視頻信息的實時監控。

自控系統 泡沫注入站 遠程控制 自動檢測

在網絡迅速發展的工業時代，企業的信息化程度制約著企業的發展前景[1]。自控系統在安全管理的基礎上，把生產區諸多危險因素和危險參數進行實時監測、控制和報警，以便及時發現事故隱患，并采取措施加以防范，避免事故的發生[2，3]。現代油田的勘探、鉆井、測井及錄井等都在復雜的野外環境作業，具有流動性強、點多、分散及距離長等特點，而石油公司對于施工現場不能進行實時的、全方位的監測，而且傳統的采油生產為人員現場操作，輔助勞動強度大、設備運行環境差、無法進行統一管理且事故率比較高[4]。自控系統能直觀顯示實時監測數據，包括液位、流量、壓力、泵及閥門等參數和設備的實時數據，并實現對設備的自動控制。控制系統的流程畫面、實時趨勢畫面、報警畫面和報表畫面，方便了操作人員進行實時監視和控制[5，6]。隨著網絡化監控系統、工業以太網和數字化視頻采集技術的發展，工業現場視頻監控系統的性能有了很大提高[7]。在采油廠等高危場所，視頻監控系統不僅可以直觀、全面地保存整個操作流程，遠端的監控人員還可以通過實時監控及時制止操作人員的違章操作，防止險情發生[8]。尤其是發生安全生產事故或產品質量事故時，可以從服務器上獲得視頻資料，從而完整地再現問題發生時的場景，快速高效地定位事故發生的原因[9]。

國內外在注空氣采油技術研究方面，主要針對具體油藏的注空氣驅替試驗、注空氣過程中的氧化反應試驗、注氣相滲規律試驗、注氣速度對采收率的影響、混相條件試驗及加速熱度計的氧化機理實驗研究等方面[10～13]，目前未見到關于空氣泡沫現場試驗自控系統的相關文獻和報道。在本次設計的自控系統中，實現對注泡沫設備進行自動控制，并實時監測設備的運行狀態等。

1 工程概況

延長石油甘谷驛采油廠近期開展了空氣泡沫驅油試驗，為了對新建注空氣和泡沫注氣間、注泡沫間配液箱、泡沫液罐、注入井及采油井等的現場情況進行實時監控，確保注入安全平穩進行，進行了空氣泡沫站數字化視頻監控系統的設計研究，采用數字化技術實現現場視頻信號的壓縮、傳輸、存儲和顯示功能，以滿足試驗區井場二十四小時現場視頻信息監控的要求，并且使得生產現場的各種壓力、流量及液位等設定點出現異常情況時系統能夠及時報警并聯動現場設備。

2 自控系統及其功能

本系統設計是作為延長油田甘谷驛采油廠叢34泡沫站自控系統中處于工業現場的自動化裝置，主要完成對注泡沫站數據采集的控制，并可以與處于較遠距離的泡沫站監控中心計算機完成數據傳輸，監控系統以PLC為核心進行數據采集和控制，對外留有不同接口并可以獨立運行。具有編程組態靈活、功能齊全、通信能力強、維護方便、自診斷能力強、可適應惡劣環境條件及可靠性高等特點。它在硬件上主要由處理器、I/O模件、網絡通信設備、電源及安裝附件等模塊構成；在軟件上采用梯形圖或者STL編程語言實現系統所需功能，工業現場上位機監控界面由組態軟件設計完成。

叢34空氣泡沫站自控系統的上位機控制軟件選用INTOUCH組態軟件，主要包括實時數據庫、控制、圖形用戶接口、記錄、報表及報警等功能，先進的INTOUCH軟件組態方式可以有效縮短監控軟件的設計時間，快速廉價地進行系統升級和維護，并提供INTOUCH與第三方程序間的無縫連接，最終達到提高生產水平的目的。

2.1信號采集

叢34注水站和配水間的工藝流程和泵控制系統如圖1所示。系統主要采集閥門、泵、壓力變送器、流量計、液位計及穩流測控儀等設備的信號。

圖1 叢34注水站的工藝流程和泵控制系統

2.2數據通信

數據傳輸采用基于以太網的MODBUS TCP協議，通過以太網傳輸數據；由控制室的監控軟件接收數據，并發送控制指令。叢34空氣泡沫站自控系統可以實現與水處理系統和加藥系統的數據通信功能，如圖2所示。

圖2 水處理和加藥系統的工藝流程和數據通信

2.3集中控制

系統設置以PLC為核心的控制系統，結構為遠程/本地相結合的分散控制、集中管理的分布式控制系統，實現注空氣泡沫站生產的自動控制。叢34空氣泡沫站自控系統可實現閥、泵等設備的遠程啟停以及系統的操作功能，如圖3所示。

2.4數據存儲與人機界面

叢34空氣泡沫站自控系統采用SQL SERVER數據庫實現數據處理與存儲，系統采用組態軟件設計人機交互界面，如圖4所示，屏幕顯示的系統工藝流程包括測量值的實時數據和設備的工作狀態。實現數據采集、流程監控和設備監控功能。

圖3 泡沫站集中控制系統

圖4 注泡沫工藝流程顯示界面

2.5報警

叢34空氣泡沫站自控系統實現了語音和畫面報警，如圖5所示，能夠保存泡沫站的運行數據、事故追憶等歷史數據，以便進行歷史查詢，并對設備的運行時間進行統計，為安排設備維修提供依據。

圖5 報警功能界面

通過上位機軟件對現場各種控制信號進行實時監測，以便準確掌握現場設備的運行情況。程控系統還可以在設備發生故障時進行自動報警，提醒運行人員，并在上位機上進行記錄，方便事后查詢分析。這為檢修人員查找缺陷提供了方便，提高了設備檢修效率，提高了注泡沫站的生產效益。

2.6生產曲線繪制與報表

系統采用數據庫技術實現數據處理與存儲，叢34空氣泡沫站自控系統以趨勢曲線圖的方式顯示生產過程參數，如圖6所示。同時在叢34空氣泡沫站自控系統實現了空氣泡沫站注入流量、壓力及運行時間等參數臺賬的建立，如圖7所示。

圖6 參數曲線顯示

圖7 報表界面

3 數字化視頻監控

系統實現了叢34注泡沫站、叢34注水站、叢55配氣和配泡沫站視頻監控功能。視頻監控系統對各站重要工作區域進行監控。視頻監控系統配置有球機4臺、固定攝像頭14臺。空壓機房東側、注泡沫間東側、注泡沫間西側、注泡沫站配電間、注泡沫站大門、配電間、水處理間南、注水泵房南和注水站大門口安裝有一體化攝像機，注泡沫站和注水站安裝了球機。視頻監控系統的網絡配置如圖8所示。

圖8 視頻監控系統網絡配置

目前視頻監控運行良好，視頻畫面清晰，畫面的穩定性和連續性都很好。實現了站場視頻信號的壓縮、傳輸、存儲和顯示功能。能夠同時顯示多個平臺視頻，并對現場的攝像頭進行操控，實現了現場周邊環境多角度、大范圍的監視和巡查。由于采用了Web架構，所有的監控都可以通過IE進行操作，所以并不需要安裝更多的程序和客戶端。

該系統具有完善的檢測和調控功能，包括對泡沫站各監測點數據的采集、處理和數據傳輸，具有自動調控、人機對話、歷史趨勢檢測、報警、報警處理日報生成及數據的收集記錄等功能。

4 結束語

通過研制具備高可靠性的叢34空氣泡沫站自控系統，實現了對甘谷驛采油廠叢34空氣泡沫站的生產控制系統的改造，提高了采油廠的自動化水平，在滿足工藝生產要求的同時，降低了各類生產事故的發生，保證了生產人員的安全，節省了硬件數量與投資成本，提高了系統的準確性、可靠性和生產效率。

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2016-05-23(修改稿)

陜西延長石油(集團)有限責任公司科研項目“延長東部油區空氣泡沫驅配套技術研究及先導試驗”(ycsy2010-ky-A-12)

TH862

B

1000-3932(2016)08-0878-05