數(shù)字化油田油水井自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

柴義

（大慶油田工程有限公司，黑龍江 大慶 163000）

油田油水井自動(dòng)化主要是指對(duì)油水井的生產(chǎn)、管理工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，即利用自動(dòng)化手段來對(duì)油水井進(jìn)行計(jì)量、轉(zhuǎn)油等作業(yè)的控制和對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與控制。而數(shù)字化油田油水井自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作還存在著人員素養(yǎng)不高、設(shè)備管理落后、成本投入量與實(shí)際設(shè)計(jì)需求存在偏差等的問題，從而不利于油水井自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的正常進(jìn)行。本文主要針對(duì)數(shù)字化油田油水井自動(dòng)化系統(tǒng)的內(nèi)容、特點(diǎn)、意義及設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體分析，旨在促進(jìn)油水井自動(dòng)化系統(tǒng)作用的發(fā)揮，增強(qiáng)油田企業(yè)的綜合實(shí)力。

1 數(shù)字化油田油水井自動(dòng)化系統(tǒng)概述

1.1 數(shù)字化油田油水井自動(dòng)化系統(tǒng)的內(nèi)容及特點(diǎn)

數(shù)字化油田油水井自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括以下兩個(gè)方面：一是SCADA 系統(tǒng)或DCS 系統(tǒng)，SCADA 系統(tǒng)是一種功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它綜合利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成了對(duì)測(cè)控點(diǎn)分散的各種過程或設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、本地或遠(yuǎn)程的自動(dòng)控制以及生產(chǎn)過程的全面實(shí)時(shí)監(jiān)控，并為安全生產(chǎn)、調(diào)度、管理、優(yōu)化和故障診斷提供必要和完整的數(shù)據(jù)及技術(shù)手段。DCS 系統(tǒng)稱為集散控制系統(tǒng)，其主要采用控制分散、操作和管理集中的基本設(shè)計(jì)思想和多層分級(jí)、合作自治的結(jié)構(gòu)形式，主要特征是它的集中管理和分散控制；二是ESD 緊急關(guān)斷系統(tǒng)，這一系統(tǒng)主要起到了對(duì)油水井生產(chǎn)管理中存在的安全隱患、環(huán)境污染、人員生命安全等問題的防范、保護(hù)作用，能夠有效降低事故發(fā)生的概率，提高油水井生產(chǎn)管理工作的安全系數(shù)。而數(shù)字化油田油水井自動(dòng)化系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)報(bào)警、音頻監(jiān)控、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)油水井生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控，且可以通過網(wǎng)絡(luò)信息化平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)，并對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)表等資料進(jìn)行自動(dòng)化記錄、生成與上報(bào)，大大節(jié)省了工作時(shí)間，也為油水井的相關(guān)作業(yè)節(jié)省了很多時(shí)間和成本。

1.2 數(shù)字化油田油水井自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重大意義

第一，實(shí)時(shí)監(jiān)控油水井生產(chǎn)過程并及時(shí)記錄相關(guān)參數(shù)，以保證油水井在生產(chǎn)過程中相關(guān)參數(shù)出現(xiàn)偏差時(shí)能夠得到及時(shí)反饋與解決，保證生產(chǎn)工作的順利開展，還能夠?yàn)樵撟鳂I(yè)節(jié)省人力，有效減少了人工誤差發(fā)生的概率，提高了數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。且該系統(tǒng)也具備一定的故障自測(cè)與診斷能力，并能夠根據(jù)突發(fā)狀況開展應(yīng)急處理工作。第二，能夠提高油水井生產(chǎn)的安全系數(shù)。如該系統(tǒng)能夠?qū)︼L(fēng)險(xiǎn)隱患等進(jìn)行預(yù)警，實(shí)現(xiàn)故障巡井，同時(shí)，系統(tǒng)的操作過程安全有序，運(yùn)行管理經(jīng)濟(jì)環(huán)保，促進(jìn)了油水井生產(chǎn)工作的安全進(jìn)行。第三，有效降低油水井生產(chǎn)的成本投入量。在數(shù)字化油田背景下，油水井的自動(dòng)化管理能夠節(jié)省很多人力、物力，從而使得油田企業(yè)的成本投入量有所降低。

2 數(shù)字化油田油水井自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

2.1 自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集

數(shù)字化油田油水井自動(dòng)化系統(tǒng)由多個(gè)RTU 或PLC 組成的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元類軟件及站控軟件系統(tǒng)，而采集信息工作及控制本地I/O 點(diǎn)是由一個(gè)獨(dú)立的RTU 子系統(tǒng)來進(jìn)行的。對(duì)于整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)來說，能夠?qū)φ麄€(gè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)評(píng)單元進(jìn)行集中、統(tǒng)一控制的站控系統(tǒng)就是它的核心，這一系統(tǒng)主要起到了對(duì)整體自動(dòng)化系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)整及提高油田油水井生產(chǎn)管理效率的作用，能夠促進(jìn)油水井的順利生產(chǎn)。而油水井自動(dòng)化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)提供的方式主要包括實(shí)時(shí)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)主要是指該數(shù)據(jù)每時(shí)每刻都在更新與完善，其需要借助與數(shù)據(jù)采集相關(guān)的服務(wù)器對(duì)進(jìn)口的控制器、配水間的數(shù)據(jù)、計(jì)量站等進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描，并在監(jiān)測(cè)平臺(tái)上配置最新的數(shù)據(jù)，以便于檢測(cè)人員能夠?qū)崟r(shí)了解油水井的生產(chǎn)情況。而非實(shí)時(shí)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)主要是油井示功圖及其診斷以及計(jì)量結(jié)果等具有階段性特征的數(shù)據(jù)信息，如油井功圖診斷所得到的一組數(shù)據(jù)結(jié)果便會(huì)自動(dòng)上傳。

2.2 油田油水井和計(jì)量站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元

對(duì)于數(shù)字化油田油水井的操控單元來說，抽油機(jī)井的井口部分的操控單元主要起到了對(duì)井口數(shù)據(jù)進(jìn)行采集以及控制井口啟停的作用，所以，必須安裝于井口處。通信模塊單元主要起到了信息交流、數(shù)據(jù)采集、上傳井口數(shù)據(jù)信息的作用，其主要是通過無線電來實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息的采集，之后便將相關(guān)數(shù)據(jù)信息上傳至通信模塊并連接交換機(jī)到達(dá)局域網(wǎng)，這一操控單元主要安裝于油水井的公共部分。而水井的進(jìn)口安裝有具備水井油壓、套壓等參數(shù)采集功能的無限壓力變送器。

2.3 上位機(jī)站控系統(tǒng)

一是總貌圖。總貌圖主要起到了管理整個(gè)油水井分組生產(chǎn)的數(shù)據(jù)的作用，其可以顯示開停井的次數(shù)、會(huì)管壓力產(chǎn)生液體的量等的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也可以對(duì)事故進(jìn)行預(yù)警、報(bào)警，以便于工作人員及時(shí)了解事故發(fā)生的位置，從而做出針對(duì)性的解決措施，以為油田企業(yè)避免很多損失。二是電子巡井。基于井場(chǎng)或管理站的分組，對(duì)電泵井、螺旋泵井、抽油機(jī)井進(jìn)行管理，每一分組中油井的啟停狀態(tài)、油套壓等相關(guān)數(shù)據(jù)信息均可通過列表形式而顯示出來，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每一分組的油井的全過程監(jiān)控，同時(shí)，也可以顯示每一油井的單獨(dú)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息曲線。三是功圖數(shù)據(jù)瀏覽。其主要是指在某一段固定時(shí)間內(nèi)對(duì)每個(gè)井的相關(guān)功圖數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽。四是計(jì)量監(jiān)控。其主要顯示的是三通閥的位置狀態(tài)、油水井口的參水流量、會(huì)管的溫度壓力等，既可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)化操控，實(shí)現(xiàn)其啟停功能，也能夠進(jìn)行自動(dòng)排序，給相關(guān)工作人員帶來了很多便利。

2.4 油水井自動(dòng)化系統(tǒng)保護(hù)生產(chǎn)安全

數(shù)字化油水井的自動(dòng)化系統(tǒng)有著完善的預(yù)警系統(tǒng)和防范系統(tǒng)，如當(dāng)抽油機(jī)井的作業(yè)超負(fù)荷時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)便會(huì)根據(jù)偏差進(jìn)行預(yù)警，之后，防范系統(tǒng)便會(huì)作出針對(duì)性的解決措施，以便于抽油機(jī)的正常運(yùn)作。同時(shí)，自動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)也配備于油水井的套壓和配水間之中，為了避免憋壓，對(duì)配水間系統(tǒng)的保護(hù)措施主要是通過監(jiān)控單井流量及會(huì)管實(shí)時(shí)壓力，當(dāng)流量和壓力出現(xiàn)偏差時(shí)，自動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)便會(huì)進(jìn)行預(yù)警，相關(guān)工作人員收到信息后，需要對(duì)配水間的參數(shù)進(jìn)行調(diào)控，以有效減少事故發(fā)生的概率。計(jì)量間的預(yù)警系統(tǒng)主要是對(duì)壓力參數(shù)、可燃?xì)怏w及設(shè)備參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)預(yù)警系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，計(jì)量間的保護(hù)系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)顯示設(shè)備的安全防范狀態(tài)，以保障計(jì)量間自動(dòng)化系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2.5 能耗管理

隨著人們對(duì)環(huán)保的重視程度的不斷提高，油田行業(yè)也在朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備、材料等已被廣泛應(yīng)用于油田生產(chǎn)過程中。而在數(shù)字化油田背景下，油水井自動(dòng)化系統(tǒng)主要根據(jù)油田的生產(chǎn)條件來通過技術(shù)、管理等手段控制資源、能源的消耗，以減少企業(yè)的成本投入量，為該企業(yè)創(chuàng)造更多的綜合效益。第一，抽油機(jī)井示功圖可以通過自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行采集，隨后，相關(guān)工作人員需要對(duì)示功圖進(jìn)行深入研究、分析，根據(jù)節(jié)能環(huán)保的基本要求選擇合適的技術(shù)措施。第二，運(yùn)用智能運(yùn)算并根據(jù)抽油機(jī)井的電流、示功圖等參數(shù)來獲取機(jī)體的能耗數(shù)據(jù)，工作人員便可以以此來確定設(shè)備是否需要進(jìn)行維修處理，以保證設(shè)備能夠正常地運(yùn)行下去。第三，抽油機(jī)基于功圖數(shù)據(jù)分析功能可以進(jìn)行故障的診斷，一方面，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析可以幫助故障檢測(cè)人員了解設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況，以便于工作人員能夠根據(jù)實(shí)際情況來判定故障解決方案；另一方面，是可以強(qiáng)化設(shè)備與用戶之間的交流。

3 結(jié)語

數(shù)字化油田油水井自動(dòng)化管理與生產(chǎn)不僅可以大大縮短作業(yè)時(shí)間，減少成本投入量，還能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供便利，促進(jìn)生產(chǎn)工作的安全有序進(jìn)行。同時(shí)，數(shù)字化油田油水井的自動(dòng)化管理也能夠保證數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性和可靠性，而對(duì)于油水井的開采工作可以進(jìn)行全過程監(jiān)督，以不斷提高油水井的生產(chǎn)效率。且自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)υO(shè)備故障進(jìn)行自我診斷，預(yù)警機(jī)制和防范機(jī)制較為完善，能夠促進(jìn)油井開采工作的穩(wěn)定進(jìn)行。