基于油田SCADA系統的自動調配注可行性分析

劉黎明 馬麗 劉繼陽

摘要：SCADA系統作為以計算機為基礎的DCS與自動化監控系統，應用油田生產的數據采集與監視控制以及過程控制等諸多領域。本文基于長慶油田采油作業區完善的物聯網架構與成熟的SCADA系統，對實現油田注水過程中自動調配注的可行性進行深入研究。

關鍵詞：SCADA系統;油田注水;自動調配注

作業區SCADA系統建成以來，各項功能日趨完善，極大地減輕員工勞動強度、降低安全隱患。但當前SCADA系統多停留在數據監視，數據及設備控制應用較少。本文旨在憑借SCADA系統強大的監視控制功能，分析能否在不改變現有注水系統硬件設備的條件下，通過編寫控制程序代碼實現注水井自動配注功能。

根據SCADA系統油田注水模塊建設現狀，將系統分為注水設備前端、數據鏈路、SCADA服務器端三部分。入手分析，判斷現有系統是否能夠平穩運行控制指令，數能否保證控制指令傳輸可靠，是否滿足自動調配功能要求。

1、可行性分析

1.1設備前端的可行性分析

1.1.1前端設備概況

采油作業區目前使用的注水前端設備為起穩流調節的GLZ型高壓流量自控儀，其由測量機構、控制器、執行機構三部分構成。

1.1.2前端設備分析

GLZ型高壓流量自控儀在油田應用多年，能夠滿足油田注水工作建設需要，具有以下幾個優點。

（1）注水設備能夠滿足生產現場運行要求

根據高壓流量自控儀及數字壓力變送器技術參數可知，各項指標均滿足注水工作運行要求。

（2）注水設備具有穩流調節功能

注水設備穩流調節能夠通過測量機構、控制器、執行機構三部分實現閉環調控。

（3）注水設備具有遠程調配功能

高壓流量自控儀表頭支持用戶遠程調配功能。

1.1.3前端設備可靠性評價

注水前端設備均能夠滿足生產現場要求，為注水井流量自動調節提供了硬件基礎;注水設備能夠實現穩流調節，為注水井流量自動調節提供了功能保障;注水設備能夠實現遠程調配，為基于SCADA系統下的注水井流量自動調節提供了理論依據。滿足基于SCADA系統下的注水井流量自動調節的工作需要。

1.2 數據鏈傳輸的可行性分析

1.2.1數據鏈路概況

基于SCADA系統下的注水井流量自動調節的數據鏈路，包括SCADA服務器至井場主RTU數據通訊鏈路、井場主RTU至注水井協議箱數據通訊鏈路、注水井協議箱至高壓流量自控儀數據通訊鏈路三部分。

1.2.2數據鏈路分析

（1）SCADA服務器至井場主RTU數據通訊

SCADA服務器至井場主RTU通訊采用MODBUS/TCP協議，它利用TCP/IP協議將Modbus消息封裝成IP包，使它能在Internet上傳輸。

（2）井場主RTU至注水井協議箱數據通訊

井場主RTU至注水井協議箱采用MODBUS RTU通訊協議。

（3）注水井協議箱至高壓流量自控儀數據通訊

注水井協議箱與高壓流量自控儀數據傳輸采用如圖RS485通訊類型。

1.2.3數據鏈路可行性評價

作業區以光纖為主、網橋為輔的工業以太網建成，為基于SCADA系統下的注水井流量自動調節實現提供了網絡基礎;井場內以Zigbee技術為主組建的無線局域網，為單個井場（閥組）基于SCADA系統下的注水井流量自動調節實現提供了井場內的高效通訊方式;閥組間內以RS485總線通訊方式完成注水井數據上傳、下載，同一閥組多口自控儀精準控制，為注水井流量自動調節實現提供了控制手段。

1.3 服務器端（SCADA系統）遠程控制的可行性分析

1.3.1服務器端概況

作業區服務器端共配有SCADA應用服務器3臺，其中主、從服務器實現雙機冗余，歷史服務器用于歷史數據儲存;配備千兆CISCO交換機，實現數據交換;北京三維力控科技有限公司為SCADA系統提供軟件支持。

1.3.2服務器端（SCADA系統）遠程控制分析

作業區SCADA系統服務器的雙機熱備冗余特性，千兆CISCO交換機的網絡配置以及力控軟件的可編程性可完全達到自動配注遠程控制功能要求。

（1）雙機熱備冗余

雙機冗余系統通常所指的是驅動程序的冗余和SCADA軟件的冗余。

（2）主干配置千兆交換機

作業區主干線路及SCADA服務器端配備千兆CISCO交換機。滿負荷運行的情況下仍有66.371%數據傳輸速率可應用，可為后續增加較多的控制性指令。

1.3.3?SCADA系統中控制程序代碼

SCADA系統中控制程序代碼，采用C語言編寫，邏輯通俗易懂。具有較強的可復制性。

1.3.4 服務器端遠程控制的可行性評價

服務器端雙機熱備冗余為基于SCADA系統下的注水井流量自動調節實現提供了可靠平臺;千兆交換機的配備為基于SCADA系統下的注水井流量自動調節實現提供了改造空間;SCADA系統力控軟件程序的編寫、完善為基于SCADA系統下的注水井流量自動調節實現提供了有效方法。

結束語

本文通過從設備前端、數據鏈傳輸及服務器程序的研究闡述了基于SCADA系統注水井自動配注的可行性。自動配注功能建立在作業區完善的SCADA系統油田注水模塊下，憑借其功能強大的SCADA服務器組，高效的數據鏈路，可靠的注水前端設備替代人工調節，彌補人工調節時存在監控不到位、配注調節時效性差等問題。

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