SCADA在采油作業區的應用

方艾國

（中國石油吐哈油田公司魯克沁采油廠，新疆吐魯番 838202）

1 SCADA概念

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數據采集與監視控制），即DCS（Distributed Control System，分布式控制系統）與電力自動化監控系統，具有收集數據和檢查監控的特點。涉及范圍廣，運行于多種領域，主要包括電力、石油、燃氣等領域。

2 SCADA策劃

為滿足采油作業區的管理需要，SCADA主要策劃構想：PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）、對撬通訊協議實施壓力、統一數據傳達路線、合并不同抽油機。

為緩解站控電腦壓力，將原來的站點站控系統轉換為客戶端類型。對工作區每個環節進行監控，隨時掌握工作區機器運行的具體細節，第一時間掌控全區的生產狀況。實現生產作業自動化、遠距離控制輸油泵、閉環管理生產經過、有效控制機器設備。隨時監察監控，利用油井工況系統對油井的具體工作狀況進行檢查。實行警報燈提醒，利用短信、警報器等進行準確報警。每個站點自動完成報表并匯報到作業區控制中心。作業區SCADA有3臺服務器負責收集信息，1臺服務器負責分析油井功圖數據，服務器可以收集、保存和轉發工作區所有系統的數據，系統架構如圖1所示。

3 提高系統硬件功能

圖1 SCADA架構

原井口RTU（Remote Terminal Unit，遠程終端單元）即Modbus RTU協議，最主要的RTU用來收集和通知井場數據。不同廠家的RTU及PLC寄存器各不相同。該次協議井口RTU及PLC均采用Modbus TCP（Modbus Transfer Control Protocol，現場總線傳輸控制協議）。上位機利用 IP地址和端口號向井場主 RTU ，PLC發出肯求，井場主 RTU，PLC主要負責滿足客戶需求并反饋請求結論，通訊命令中的地點和數據依據Big-endian模式顯示。各RTU，PLC廠家依據油田公司《數字化油田井場主RTU通信規范》提高固件功能。

4 創新系統功能

SCADA包含9大功能，具有BS/CS兩種調查形式，客戶端安裝快速簡單。

（1）生產運行模塊主要檢測產液量和注水量，可以清楚掌握全區每個站點的信息。

（2）集輸模塊實時監控全區站點集輸過程，遠距離控制輸油泵及抽油機。

（3）注水系統根據不同水井間的供注關系，隨時監控全區注水生產過程。

（4）管網運行模塊依據每個流程間的運輸關系，對各種參數及曲線實行實時監控。

（5）可燃氣體系統可以不停地監控每個站點可燃氣體濃度并自動報警。

（6）通信監控系統自動監控并統計各地的通信情況。（7）報警系統隨時顯示警報信息并自動通知管理人員。（8）報表系統自動產生報表并匯報到控制中心。（9）事件記錄模塊對系統操作進行細致描述。

5 SCADA數據的利用方法

SCADA首先可以收集、處理、顯示及分享數據，其次按照“集成、可視及獨特”的方式收集整理長慶油田目前的綜合材料，改變技術及經營觀念，引入先進的網絡技術、利用先進方式整理、分享及交流數據，構建一致的管理綜合SCADA，達到“一致平臺、分享信息、多重監察、開放控制”的效果，使數字化增壓橇及注水系統更加安全，由于利用數據方法不一致，可分成3類。

（1）SCADA內部數據運用。運用SCADA拓寬基礎功能，為了維持系統正常運作及數據的穩定收集，在應用中增加注水井及數字化增壓橇控制，為了更加簡單地判斷注水及輸油順序，需要隨時收集到注水井水量、數字化增壓橇液位、穩流配水功能及外輸泵遠程控制功能等信息。如圖2所示，許多的復雜人工工作由機器完成。

圖2 SCADA系統功能拓展

（2）充分運用軟件接口標準。OPC（OLE for Process Con-trol,用于過程控制的工業標準）是一個包含完整的套接口、屬性及方式的工業標準集，主要運用于過程控制和制造業自動化系統。OPC接口適用于很多方面，例如：為SCADA供給最原始的數據。另外還適用于批處理自動化程序、歷史數據庫等，還可有效連接應用程序及物理設施。所以OPC接口是可用于多種方面的標準接口。利用這個標準接口連接數據源，使用者可以實現信息的互通有無，如今指揮生產的系統及數字化的維護系統等都利用OPC分享數據，因此，可以運用OPC等工具傳輸、共享、提供、分析并反饋數據，提高系統收集數據的水平。

6 SCADA數據綜合應用

2009年開始，長慶油田進行全盤數字化改造，由于追求高速度，使剛開始獨立的單機版站控出現了失誤，并阻礙了數字化技術的進一步深入。2013年，為解決前期發生的失誤并提高數字化實施效果，油田在作業區推行SCADA。到2015年，采油3個工廠13個工作區已經成功建設系統并實現線上運作，在大約3 a的建設和探索過程中，仍然存在大量問題。通過全面分析SCADA分開治理、整體控制的優點，結合新技術實現注水的精細控制及數字化增壓橇的遠距離控制。

6.1 SCADA功能拓展應用

SCADA有直接、高速、隨時的特點，通過調動內部信息完成每項工作，適用于隨時都要接收數據的應用，但該系統也具有一些缺點，例如：對可靠性要求較高、邏輯簡單等，因此不適合數據量大且需要計算方面的應用。

（1）注水井遠距離自動控制。根據SCADA系統MYSql關系型數據庫原理，將現實注水量與配注隨時進行比較，依據整天注水量目標自動對注水井下達注量及配注命令。例如桐寨作業區，經過注水的自動調節，撤銷了66座配水間2 h注水監控報表，207口注水井因此完成了自動的遠距離調配，使注水管理范圍減少，完成了注水的小范圍管理，使作業區注水量和配注達到完全合格，進一步完善了精準注水管控機制，創新了注水模式。

（2）增壓橇連續輸油功能數字化。完善軟件功能，并根據現場外輸泵再次選擇造型，為了降低外輸功率，將單螺桿泵轉變為柱塞泵。為減少冬季運行壓力，保證下游過程的穩步進行，將啟泵改為每15 min輸出1次。例如大水坑作業區的分體撬裝增壓站黃24增壓站于2013年運行，日產液80 m3，其外輸泵通過2臺單螺桿泵運作，因具有較多水量，螺桿泵的修理十分頻繁。由于螺桿泵維修材料昂貴及其修理難度大，投產以來，其修理支出極大。為了解決冬季外輸壓力大，管線凍堵等問題，將單螺桿泵換為修理更簡便的柱塞泵，將變頻器外輸頻率轉變成18 Hz，達到長輸效果。停泵3次，緩解了外輸壓強，減少管線凍堵的現象。長輸前外輸壓力在（1.5～2）MPa，長輸后壓力降至（0.5～1）MPa。

6.2 分析信息化系統及應用

信息化系統是以計算機技術為基礎，利用各類學科數據化不同信息，SCADA利用OPC接口標準將數據發送給專門的分析軟件，通過最簡單的方法將數據與不同公司進行分享，因此數據傳播范圍進一步擴大。另外，由于OPC數據傳播的過程復雜，其數據具有較差的實時性與穩定性等明顯缺點。

歷史數據的全面應用：在油田注水管理時使用SCADA數據，利用以往數據描繪水井曲線，清楚地分析注水壓力及其變化情況。利用曲線解釋注水量的超標及穩定，在精準管理水量的基礎上實現質的飛躍。

7 結語

對油水井實施生產管理是油田開發的第一步，作業區SCADA實現了各分散且相互獨立的站控系統的統一，將原始的油田管理觀念轉化為集中管理理念，使作業區的數字化管理進一步提高，并使之成為油田管理的重要手段之一。