自動(dòng)化系統(tǒng)對于油氣田開發(fā)工程中的應(yīng)用

陳堯

摘 要：隨著油氣田地面工程中系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，油氣田生產(chǎn)過程監(jiān)控技術(shù)得到了卓越成果。尤其最近幾年國內(nèi)各個(gè)油氣田相繼建成了一批世界先進(jìn)的油氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)。通過分析當(dāng)前油氣田現(xiàn)狀，總結(jié)石油和天然氣領(lǐng)域的自動(dòng)化技術(shù)，通過研究當(dāng)前石油和天然氣領(lǐng)域自動(dòng)化建設(shè)，分析了石油和天然氣領(lǐng)域的自動(dòng)化建設(shè)中主要的應(yīng)用，同時(shí)在石油和天然氣領(lǐng)域自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展中取得較大成果。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化系統(tǒng);油氣田;開發(fā)工程

1 油氣田開發(fā)工程概述

在油氣田勘探開發(fā)過程中，通過鉆井施工、膠結(jié)、完井等手段獲取油氣井的開發(fā)要素，將油氣抽離地表。在油氣開發(fā)過程中，根據(jù)地層條件，選擇最優(yōu)的生產(chǎn)方式，提高油氣井的生產(chǎn)效率，以實(shí)現(xiàn)油氣田開工程的效率。

為了滿足低產(chǎn)井的需要，因此開發(fā)了許多新型測量方法和設(shè)備來測量產(chǎn)液量、含水率和產(chǎn)氣量。生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)PLC和SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用。

2 自動(dòng)化系統(tǒng)在油氣田開發(fā)中的應(yīng)用

油氣田自動(dòng)化能夠根據(jù)員工的電腦顯示器，調(diào)整為石油和天然氣的生產(chǎn)設(shè)備和管理。油氣田自動(dòng)化生產(chǎn)，對設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)校正和歸納，最終集合于自動(dòng)化中樞控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行最終整合，同時(shí)對石油和天然氣等生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，自動(dòng)化生產(chǎn)能夠及時(shí)處理石油和天然氣生產(chǎn)的實(shí)際問題，提高油氣田工程的安全性。自動(dòng)化成產(chǎn)必須采用高效的操作系統(tǒng)，目前國內(nèi)60%以上的自動(dòng)化系統(tǒng)選用SCADA系統(tǒng)，通過高效的數(shù)據(jù)采集軟件對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納使得油氣田自動(dòng)化得以實(shí)現(xiàn)。

3 SCADA系統(tǒng)在油氣田開發(fā)中的應(yīng)用

3.1 SCADA系統(tǒng)特征

首先，SCADA系統(tǒng)是一種高速數(shù)據(jù)采集軟件。SCADA系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)是一種先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析軟件，該軟件能夠強(qiáng)行通過高速數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)一管理的油田的各種數(shù)據(jù)，自動(dòng)監(jiān)控的目的，如：SCADA系統(tǒng)可以在井底壓力實(shí)時(shí)監(jiān)控領(lǐng)域，和收集的數(shù)據(jù)，完成鉆孔應(yīng)力分析技術(shù)人員，對未來基于技術(shù)分析來提高可靠性。研究表明，采用SCADA系統(tǒng)的安全性較傳統(tǒng)油氣田人工處理安全性高出80%。其次，SCADA系統(tǒng)能夠有效地處理油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如油氣田容積、產(chǎn)量、地層結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)。由于SCADA系統(tǒng)工作過程中的操作可以快速處理各種數(shù)據(jù)分析，因此，該系統(tǒng)具有巨大的數(shù)據(jù)處理能力，并能處理的數(shù)據(jù)量多可以達(dá)到20多個(gè)，和數(shù)據(jù)的能力可以達(dá)到140000次/秒，同時(shí)該系統(tǒng)還可以快速收集到地區(qū)整體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。因此，SCADA系統(tǒng)足以確保數(shù)據(jù)平穩(wěn)運(yùn)行。

除此之外，SCADA系統(tǒng)可以支持多種不同的通信模式，SCADA系統(tǒng)是核心通訊功能與之前的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)溝通能力更強(qiáng)，但也支持傳統(tǒng)的交流方式，并且可以支持常用的通信功能自由開關(guān)，為技術(shù)人員提供一個(gè)穩(wěn)定、高效的通信服務(wù)，改善生產(chǎn)部門之間的通信，提高通信質(zhì)量。

3.2 SCADA系統(tǒng)的安全性

SCADA系統(tǒng)提供高度敏感的監(jiān)控。SCADA系統(tǒng)是一個(gè)相對高度的自動(dòng)化系統(tǒng)，系統(tǒng)可根據(jù)不同級別報(bào)警和報(bào)警流程，例如：SCADA系統(tǒng)將增加顏色和聲音告警功能，使不同的顏色根據(jù)報(bào)警級別報(bào)警信號。讓技術(shù)監(jiān)控人員及時(shí)響應(yīng)報(bào)警信號，解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種問題，如油壓過高或流量減少等。一組研究指出，國內(nèi)東部地區(qū)沿海油氣田局部采用SCADA系統(tǒng)進(jìn)行安全監(jiān)測，包括中國石油海洋工程有限公司等，一年內(nèi)規(guī)避壓力以及流量等問題共62次，較未采用該系統(tǒng)的油氣田工程安全性更高。

3.3 SCADA與機(jī)械設(shè)備的關(guān)系

SCADA系統(tǒng)是一個(gè)基本的計(jì)算機(jī)技術(shù)來運(yùn)行軟件，該系統(tǒng)的特點(diǎn)是依賴于先進(jìn)的通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和分析油井，石油的壓力和油壓、流量實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及各類設(shè)備的組成，例如：三相電動(dòng)機(jī)在傳感器等。同時(shí)，它還依靠高性能的電力傳輸來工作。例如SCADA系統(tǒng)采用高效的PLC/RTU傳輸方式工作。在SCADA系統(tǒng)通信方面，采集的數(shù)據(jù)通過外部訪問進(jìn)行處理。因?yàn)镾CADA系統(tǒng)是一種靈活的、可高度自動(dòng)化系統(tǒng)的操作，因此，這個(gè)軟件可以實(shí)現(xiàn)無人值守的過程中應(yīng)用的工作模式，工作可以做的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在SCADA系統(tǒng)應(yīng)用過程中主要依靠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)監(jiān)控，并存儲(chǔ)在不同的設(shè)備在那里工作是數(shù)據(jù)信息，你只需要通過SCADA系統(tǒng)的監(jiān)控，及時(shí)處理不同的信息，相關(guān)指令由控制室下達(dá)，以提高油井的工作效率。

3.4 SCADA在油氣田自動(dòng)化過程中的實(shí)際應(yīng)用

SCADA系統(tǒng)對于提高油氣田產(chǎn)量以及安全檢驗(yàn)具有重要意義，能夠減少事故的發(fā)生率，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的和油氣田生產(chǎn)過程的管理。SCADA系統(tǒng)可以全面監(jiān)控和管理所有石油和天然氣井的分布在石油和天然氣領(lǐng)域，避免手工檢查的缺點(diǎn)從而避免嚴(yán)重的安全事故，確保石油和天然氣領(lǐng)域的正常生產(chǎn)，并且增強(qiáng)生產(chǎn)的安全系數(shù)，并能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控的石油和天然氣領(lǐng)域的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集和運(yùn)輸控制中心，通過集中控制，提高石油和天然氣的生產(chǎn)效率。相比之下，傳統(tǒng)的人工管理，缺乏數(shù)據(jù)的集中處理與分析，效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如自動(dòng)化油氣田。

3.5 SCADA應(yīng)用過程中注意事項(xiàng)

首先，設(shè)備防雷問題需要極大重視。然而，設(shè)備在使用過程中，易出現(xiàn)一些問題，例如：設(shè)備容易受到閃電，閃電天氣設(shè)備燃燒引起的，等等，因此，設(shè)備在使用的過程中必須做好防雷、建立有效的井防雷系統(tǒng)。其次，做好設(shè)備維護(hù)和防護(hù)工作。在SCADA系統(tǒng)的日常使用過程中，要做好機(jī)械維護(hù)，及時(shí)對不同出現(xiàn)問題的設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，建立一個(gè)24h維護(hù)工作站，在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)進(jìn)行修理工作。通過系統(tǒng)對設(shè)備故障及時(shí)預(yù)警從而達(dá)到降低故障發(fā)生的可能。

4 PLC技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 油氣田開發(fā)智能化

油氣田自動(dòng)化應(yīng)用中可編程控制器PLC技術(shù)的開發(fā)與智能化油氣田的開發(fā)技術(shù)必不可少，目前油氣田開發(fā)工程普遍采用PLC技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)相融合的發(fā)展方式。通過智能油氣田建設(shè)，使得油田活動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，不斷優(yōu)化油田管理，實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)過程自動(dòng)化、生產(chǎn)質(zhì)量提升、員工與設(shè)備的協(xié)調(diào)和全面的信息共享。

4.2 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與油氣田自動(dòng)化開發(fā)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油氣田自動(dòng)化建設(shè)與開發(fā)中起到較大的推動(dòng)作用，傳統(tǒng)的智能解決方案，強(qiáng)調(diào)或數(shù)字和信息化建設(shè)，基本的層次結(jié)構(gòu)分為兩層：第一層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要用于數(shù)字管道的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。第二層為智能管理平臺(tái)層，由工程建設(shè)平臺(tái)形成的虛擬燃?xì)夤艿滥Ｐ万?qū)動(dòng)，讀取系統(tǒng)基礎(chǔ)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和利用。提供第三方接口，連接ERP等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)數(shù)據(jù)互聯(lián)。智能管理平臺(tái)一般是由網(wǎng)絡(luò)/一般使用的軟件開發(fā)人員開發(fā)的，缺少與實(shí)際過程緊密結(jié)合的智能屬性，主要是完成信息的互聯(lián)和處理與發(fā)布，因此從功能上來說信息平臺(tái)應(yīng)該被稱為更合適。為了解決智能應(yīng)用的痛點(diǎn)，使其真正實(shí)現(xiàn)，建議在基礎(chǔ)系統(tǒng)與智能管理平臺(tái)之間再增加一層“智能高級應(yīng)用系統(tǒng)”。此系統(tǒng)應(yīng)基于SCADA平臺(tái)，通過視頻和安全系統(tǒng)，通過專用軟件、設(shè)備、智能控制、智能檢測的應(yīng)用和研究。同時(shí)，隨著生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)的積累，不斷開展數(shù)據(jù)挖掘和應(yīng)用研究，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能預(yù)測和智能分析，為高水平的無人值守和智能化提供技術(shù)支持。

5 結(jié)語

在油氣田站自動(dòng)化建設(shè)的過程中，必須做到熟悉操作流程與安全規(guī)章制度，了解自動(dòng)化設(shè)備的操作要求，在實(shí)踐中創(chuàng)新，充分發(fā)揮自動(dòng)化系統(tǒng)對無人作業(yè)的油氣田的管理與生產(chǎn)。同時(shí)要認(rèn)識(shí)到，空勤人員不僅可以局限于信息等技術(shù)手段。除此之外，在油氣田的開發(fā)之中，應(yīng)用自動(dòng)化系統(tǒng)以及SCADA系統(tǒng)，提升油氣田工程生產(chǎn)效率與質(zhì)量，使得油氣田勘探和開發(fā)的漏洞與問題不斷減少與消除。隨著油氣田自動(dòng)化進(jìn)程的加快，油氣田的生產(chǎn)質(zhì)量以及無人值守油氣田的進(jìn)程得以提升。通過系統(tǒng)的改善以及人員的調(diào)整，為油氣田自動(dòng)化提供有利條件，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。

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