智慧油田系統的結構及功能

文/劉洪濤

“智慧油田”是在“數字油田”的基礎上，用計算機系統智能地管理油田，基本實現油田生產過程自動化、業務管理協同化和全面信息共享。

1 系統架構

1.1 數據流向

按照“統一平臺，信息共享、多級監控、分散控制”的思想，系統結構主要由4個網絡層次構成。

第一級為生產指揮中心級：從指揮中心服務器調看所有實時數據，完成對所有采油廠的統一調度、管理。

第二級為廠級指揮中心管理級：從廠級服務器調看所有實時數據，完成對所有管理區的統一調度、管理。

第三級為生產管控平臺管理級：對各站進行遠程監測和視頻監控，實行統一調度管理。

第四級為站場控制級：在井口、計量站、配水間和注水站，分別通過PLC系統和RTU系統進行數據采集、監視，聯鎖保護及遠程控制。

1.2 通信網絡架構

整個系統的通信網絡架構以生產指揮中心作為網絡核心節點，注采站、計量站、配水間等作為網絡匯聚點，井場作為網絡末端的接入點，建立相對獨立的網絡運行體系，搭建快速、穩定、安全的信息傳輸通道，為單井網絡的部署和延伸提供廣闊空間。

2 系統設計

2.1 油田（廠級）生產指揮中心

2.1.1 生產監控平臺

以各采油廠數據（實時、關系）平臺作為數據源對象，將分公司需要的實時數據、關系數據同步至分公司實時數據庫、關系數據庫中，建立分公司管理子系統模塊。

根據生產數據采集與處理流程以及油田指揮中心的數據處理需求，需要配置各種服務器、存儲等硬件設備。

2.1.2 標準通信平臺

生產監控中心通信平臺硬件設備主要包括液晶拼接大屏幕顯示屏及附屬設備、視頻服務器、監控計算機、交換機、網絡安全設備、UPS電源及空調設備等。通過大屏幕顯示系統可以根據需要切換顯示各個采油廠管理區現場監測信息，包括油、氣、水井采集參數及歷史數據分析曲線、組態軟件控制界面、現場視頻監控信息及各類報警信息，實現操作管理人員對現場生產信息及時監測及動態分析。

2.2 管理區生產指揮中心

2.2.1 生產監控平臺

根據工藝生產運行及管理的需要，自動控制系統采用以計算機為核心的監控及數據采集（Supervisory Control And Data Acquisition ,簡稱SCADA）系統，實現在生產指揮中心控制室對區塊內生產運行數據自動采集、監測和統一生產調度控制。通過數字化建設，建立起井場、站場節點數字化生產管理體系，形成從井場到處理站——生產指揮中心的油氣生產運行監控應用模式。

2.2.2 視頻監控系統

系統采用網絡化的數字系統結構，前端攝像機把圖像信號攝入后，通過無線網傳輸系統將信號傳輸至生產指揮中心，視頻綜合平臺服務器以及磁盤陣列將前端信號進行實時顯示、控制及存儲。

2.2.3 網絡系統

整個系統的通信網絡架構以管理區生產指揮中心作為網絡核心節點，管理區作為網絡分節點，井場、注采站、計量站、配水間、處理站作為網絡末端的接入點，采用分級匯聚有線（無線）傳輸方式，建立相對獨立的網絡運行體系。前端傳輸方式以無線傳輸為主，主干鏈路有線傳輸為主。

2.3 站場及井場

油井采用無人值守站的方式，RTU作為無人值守站的數據通信中心，與油井進行數據采集和通信。RTU負責采集油井的油壓、套壓、回壓、油溫、載荷、位移、抽油機電參等生產數據，實現啟、停井控制、遠程調節沖次、摻水流量調節、遠程切斷等功能，將生產參數與報警信息上傳生產指揮系統。井場視頻監控系統實現對井場的視頻圖像采集和周界防范報警的功能。井口數據及圖像傳輸網絡通過光纜或無線網橋傳輸。系統由攝像機、補光燈、防水音箱、監控桿、自保設備和通訊箱等設備組成。

站場自控系統采用PLC控制系統，PLC完成儀表檢測信號的顯示、控制和報警及泵的啟?？刂?。PLC系統將信號上傳至管理區生產管控平臺，由SCADA系統完成對接轉站的監控、調度、管理。站場視頻監控系統主要是對站場周邊、站內重點設備和關鍵部位通過攝像機實現視頻圖像采集和周界防范報警，并上傳指揮中心。

3 系統功能

3.1 數據的采集

數據采集是智慧油田的基本功能，將油水井、配、注水站、各個集輸站等生產現場數據采集到數據庫中，包括壓力、溫度、流量、液位、電流、電壓、轉速、功率、載荷、沖程、沖次以及視頻等運行參數數據，以及油井的功圖計量數據等，匯入SCADA系統和生產指揮系統，并可實現對現場設備的遠程控制。

3.2 數據庫管理

智慧油田提供生產數據存儲功能，構建智慧油田基礎數據中心。從功能上，系統具有實時數據庫、歷史數據庫和關系數據庫。數據庫具有簡單易行、方便用戶的在線和離線編輯、維護、查找、修改、鏈接等功能，采用標準接口和語言與第三方數據庫進行無障礙連接。

3.3 實時監控

油水井、配、注水站、各個集輸站等現場生產數據通過數據采集技術采集到平臺實時數據庫中，按照各生產場所的二維或者三維工藝流程圖進行組態，操作管理人員可以在線實時查看現場生產數據。

3.4 報表與報警管理

系統具有強大的、靈活的報表編輯功能，根據生產需要的格式編輯中文報表。對現場運行參數的任何異常情況，系統平臺能及時通過各種報警方式通知操作管理人員。

3.5 功圖計量

由功圖服務器完成示功圖數據監控、設備工況分析及示功圖顯示，計算油井的產量，判斷抽油機的工況狀態。通過功圖對比與分析功能，調度人員可對所有油井進行工況分析，形成統一的數字化調度和管理平臺。

4 結束語

通過智慧油田建設，全面實現油氣生產過程實時監控，全面提高油氣生產管理水平，使油田管理實現信息資源共享最大化、制度管理科學化，必將促進油田管理效率和經濟效益的提升，增強石油企業的競爭力。