基于物聯網技術的油田無人值站的建立

刁海勝

[摘 要] 通過物聯網技術的運行及配套項目實施，建立油田無人值守站。無人值守站由PLC控制系統、網絡通信系統、SCADA系統組成。通過建立中心站管理模式，結合自動化技術，實現油田增壓站、供注水站的無人值守管理。

[關鍵詞] 油田無人值守；PLC控制系統；通信網絡；SCADA系統

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 15. 031

[中圖分類號] TE938；TP393 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2018）15- 0084- 02

0 引 言

油田無人值守站建設是一個系統工程，結合油田管理現狀，充分運用自動化、信息化、數字化、物聯網等新技術，前端站點通過PLC控制系統，按照緊急情況“一鍵關停”的安全控制思路，通過對站內局部關鍵工藝流程實施連鎖保護改造，提高現場自動化、智能化、數字化水平。依托油田通信網絡以及SCADA工控平臺，安全、經濟、高效地建成遠程監控中心站，實現對上游無人值守站的遠程監控，著力提升油田管理的“信息化、自動化、數字化、智能化、現代化”水平。

1 PLC控制系統的開發

PLC是可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Cntroller）的簡稱，其實質是一種專用于工業控制的計算機。PLC系統主要用于油田生產過程中的順序控制，隨著計算機技術、信號處理技術和控制技術的不斷發展以及用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理及運動控制等功能。近年來，隨著油田數字化、自動化要求的不斷提高，PLC控制系統在油田的生產中得到越來越多的應用，并取得較好的應用效果，提高了油田的工作效率，也保證了油田的安全生產。PLC作為無人值守站的控制中樞，一套標準、高效、可維護性強的PLC控制程序能夠有效提升無人值守站點的數據采集穩定性，多種模式的控制腳本是降低勞動強度最直接而且有效的手段。

根據現場設備的自動化硬件基礎以及運行控制要求，PLC標準化程序開發需要完成的內容是完善數據采集程序的優化、完成核心控制程序的開發、預留自動化升級程序接口。因此完成改造后的無人值守站程序，應當具備部分流程的應急切換以及自動輸油、供注水功能，但同時站點PLC仍以監視為主，進入或退出自動控制需要由中心站員工通過由SCADA監控平臺遠程確認后執行。以增壓站外輸控制為例，分為兩種方式：以緩沖罐液位為控制目標的，分段控制+高啟低?？刂撇呗?；以外輸排量為控制目標的，PID控制+高啟低?？刂撇呗浴檫M一步提高無人值守站的安全運行水平，在常規的控制以及操作模式下，無人值守站PLC控制程序需要充分考慮站點在各類異常情況下的故障處置功能。

2 通信網絡系統的升級

通信網絡油田實現無人值守管理的基礎，通過實現從環境、資源到應用的全部數字化，在網絡基礎上構建一個數字空間，提升傳統生產的運行效率，最終實現生產過程的全面信息化，從而達到提高管理水平和生產效率的目的。

根據無人值守建設需要，對單鏈路、樹形結構的網絡進行全面升級，在充分利用現有光纜、桿路資源及網絡設備的基礎上，新建光纜，構建作業區內部網絡環路，在當網絡中斷后自動切換至反向鏈路，實現網絡“零中斷”，整體提升生產站點網絡鏈路抗風險能力，縮短鏈路中斷后的恢復時間，以滿足SCADA等生產管理系統的穩定運行需求。對各匯聚網絡的傳輸線路全部升級為1 000 Mbps，對網絡結構進行網關下移優化，確保為無人值守管理提供一套高速、安全、穩定的網絡系統。

3 SCADA系統集中管理

SCADA系統是一類功能強大的計算機遠程監督控制與數據采集系統，它綜合利用了計算機技術、控制技術、通信與網絡技術，完成了對分散的測控點的各種設備實時數據采集，本地或遠程的自動控制，以及實現了對生產過程的全面實時監控，并為安全生產、 調度、管理、優化和故障診斷提供必要完整的數據及技術支持。油田SCADA系統分為廠級、作業區級、站級三級管理體系，系統的總體設計主要包括油井、增壓站、接轉站、聯合站等及相關集輸管網和水源井、注水站、注水井及其管線的數據自動采集和控制、數據傳輸網絡、油氣田生產作業管理及運行監控系統建設等內容，不同層級的界面顯示及管理權限均有所不同。中心站改變了原有的站點分散管理模式，建立了基于無人值守井站的區域性生產管理、運行維護、應急處置和遠程控制中心，旨在落實作業區調控中心作業指令，并對流程區域內的井組、管線、站點進行日常管理。

基于工作界面和職能的整合，中心站監控崗位員工所需面對的監控畫面遠多于之前的獨立站點，需承擔所有無人值守站的站控系統和井站視頻監控，如果沿用之前單站獨立運行的監控系統將會持續加重中心站的監控任務，因此中心站SCADA系統監控界面的整合便顯得日益重要。監控參數的增多，實現快速直觀地查看生產運行狀態是監控界面優化的重中之重，通過比較，利用曲線展示原油集輸和注水系統能夠更加直觀的體現參數變化情況，便于崗位員工快速進行判斷。

SCADA系統的推廣以及無人值守配套功能的完善，對油田生產、安全管理帶來諸多益處，產量監控功能為實時調度提供了更及時、有效的管理手段，油水井工況分析判斷為技術人員進行產量分析、動態分析提供了更科學、有效的依據。通訊故障分析功能使數字化專業技術人員對現場故障的判斷更加及時、準確。

4 結 語

無人值守站通過站內自動化升級改造，實現遠程監控、定期巡檢、應急聯動，能夠有效緩解用工壓力，提高勞動效率，同時在中心站管理模式下，工作直接安排至中心站，由值班站長負責協調組織，減少了中間環節，組織機構更加精簡，資源配置更加合理，班站潛能充分發揮，生產組織效率大大提升，中心站將原有分散員工集中管理、群體生活，解決了吃飯、飲水難，生活枯燥等現實問題；同時通過組織學習培訓、文體娛樂等活動，員工在不斷提升個人素質的同時，豐富了業余生活，增進了團隊意識。無人值守管理有效緩解了當前油田用工緊張的重要手段，更重要的是深化數字化應用，提升油田開發的科技含量，提高油田開發效益，減低安全風險，形成一套安全、高效、經濟的現代化管理體系。

主要參考文獻

[1]楊俊清，劉讕，段清龍. PLC控制系統在油田生產中的應用[J].中國高新技術企業，2015（1）：56-57.