PLC控制系統(tǒng)在數(shù)字化油田上的應(yīng)用

孫 虎，桂宏飛

（中海石油（中國）有限公司渤中作業(yè)公司，天津 300450）

1 數(shù)字化油田建設(shè)的現(xiàn)狀

數(shù)字化油田建設(shè)能夠提供企業(yè)長期發(fā)展后備動力，是企業(yè)核心競爭力的保證。數(shù)字化油田建設(shè)所涉及的工程內(nèi)容包括企業(yè)勞動組織架構(gòu)改革、生產(chǎn)組織形式改良以及管理程序優(yōu)化等。通過在企業(yè)內(nèi)部進行全方位的變革，從企業(yè)未來發(fā)展的主體角度進行思考規(guī)劃，從而實現(xiàn)數(shù)字化過程中各要素的高效配置，協(xié)調(diào)技術(shù)、勞動力以及人才等各要素，因而油田數(shù)字化建設(shè)作為一項系統(tǒng)工程，是企業(yè)建設(shè)發(fā)展的長期目標。當(dāng)前隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)在油田數(shù)字化建設(shè)中應(yīng)用，深入研究分析大數(shù)據(jù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，確保工作的效率以及質(zhì)量的提升，是當(dāng)前諸多油田企業(yè)面臨的重點問題。大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用過程中，其決策的環(huán)節(jié)可能因為各種問題而出現(xiàn)中斷的情況，主要的影響原因在于大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫資源完善性不足，因而無法滿足現(xiàn)實的需要，因而在應(yīng)用大數(shù)據(jù)的過程中，需要構(gòu)建系統(tǒng)、完善的油田基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，確保其在油田數(shù)字化建設(shè)過程中的應(yīng)用效果。

近些年來，數(shù)字化油田建設(shè)成效非常顯著，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算等項目的開展實施，使得數(shù)字化油田建設(shè)已經(jīng)從分散向集成化過度，而這一任務(wù)的完成，與現(xiàn)代化的管理模式革新密切相關(guān)，數(shù)字化油田的推廣以及普及，是實現(xiàn)其開發(fā)管理一體化體制建設(shè)的關(guān)鍵，是油田企業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，能夠提升企業(yè)的核心競爭力。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，從“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展戰(zhàn)略視角來看，數(shù)字化油田逐漸智慧化，優(yōu)化建設(shè)能夠降低工作人員的壓力，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益，對于社會發(fā)展大有裨益。

2 PLC控制系統(tǒng)特點分析

PLC是指可編程邏輯控制器，在整個工業(yè)生產(chǎn)流程中，作為一種能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)控制的電子計算模式，具有顯著的特點。

2.1 高性價比

相較于傳統(tǒng)模式下的繼電器系統(tǒng)，PLC有著價格成本優(yōu)勢，其造價更加低廉，且整個控制系統(tǒng)，形成了大量的編程單元集成，以此為基礎(chǔ)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。將PLC技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，可以進行系統(tǒng)的集中管理以及分散控制，整體的性價比相對較高[1]。

2.2 使用便捷

PLC主要是通過豐富的編程語言來實現(xiàn)其功能，在應(yīng)用過程中，其語言的形式比較簡單，邏輯類型圖比較清晰，在實際進行編輯的過程中，規(guī)律性較強，因而對于較多的人而言，通過簡單的學(xué)習(xí)能夠掌握基礎(chǔ)知識，且沒有計算機編程基礎(chǔ)的工作人員也能夠掌握PLC編程的精要內(nèi)容。

2.3 標準化生產(chǎn)

對于PLC控制系統(tǒng)而言，其主要是通過多種零部件聯(lián)合，形成完整的標準化控制體系。對于整個PLC系統(tǒng)，通過各種零部件系統(tǒng)應(yīng)用來實現(xiàn)生產(chǎn)能力的標準化。用戶可以根據(jù)自身的控制需要，來進行PLC系統(tǒng)的設(shè)置調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)多種功能的控制。

2.4 維護便捷

PLC控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用的過程中，其修改程序比較完備，且系統(tǒng)的設(shè)計水平相對較強，因而在實際的應(yīng)用過程中，可靠性以及穩(wěn)定性較高。在系統(tǒng)運行的過程中，PLC能夠針對各種故障有效調(diào)試，在應(yīng)用過程中，維修保養(yǎng)非常方便，且整體效率較高。

3 PLC在數(shù)字化油田生產(chǎn)中的應(yīng)用形式

3.1 PLC與無線技術(shù)的結(jié)合

信息化整體架構(gòu)生產(chǎn)過程中，以生產(chǎn)的基本單位為前端，形成井、管線生產(chǎn)流程的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控以及動態(tài)分析的過程。因油田特殊的地理位置原因，其交通通信設(shè)施相對較為落后，而無線局域網(wǎng)技術(shù)建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信，具有應(yīng)用便捷、維護方便、成本低廉等多方面的優(yōu)勢[2]。

3.1.1 無線監(jiān)控系統(tǒng)

在油田開采的區(qū)域內(nèi)，在生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)置無線監(jiān)控點，油田總控室設(shè)置系統(tǒng)的中心基站。同時選用優(yōu)波來進行高增益天線的配置，應(yīng)用點對多點的無線連接的方式，來實現(xiàn)油田總控室以及各監(jiān)控點之間的無線傳輸主鏈路連接，無線通信設(shè)備以及現(xiàn)場的PLC有效結(jié)合，能夠?qū)⑸a(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)、運送實時數(shù)據(jù)以及設(shè)備運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)等實時動態(tài)傳輸，提供采油生產(chǎn)調(diào)度單位有效資料。

3.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

通過在油田采油平臺設(shè)置抽油機井，在配電箱的位置配置PLC設(shè)備，其箱體主要采用鍍鋅槽鋼在油井鋼筋混凝土的底座上固定，而PLC用電取自平臺的配電箱，同時從平臺配電箱獲取各種電機的綜合數(shù)據(jù)作為參數(shù)，通過無線傳導(dǎo)的形式獲取載荷以及位移傳感器信息。在室外主要通過各種傳感器以及PLC控制器，借助儀表保溫套進行保溫，平臺的所有數(shù)據(jù)采集在PLC處集中，最后通過IP接口向平臺的無線通信模塊匯集，向油田處理中心接入[3]。

3.2 PLC控制系統(tǒng)在石油計量中的應(yīng)用

當(dāng)前我國的石油行業(yè)納入了PLC控制系統(tǒng)，以人工間歇的計量方式，實現(xiàn)整個計量過程的智能化，通過相關(guān)程序的控制，定時對油井進行循環(huán)計量，分析油井的油、氣、水的三相數(shù)據(jù)，在計量的過程中，通過PLC控制系統(tǒng)能夠?qū)τ途墓ぷ鳡顟B(tài)進行分析，分析判斷的基礎(chǔ)上，如果PLC控制系統(tǒng)不工作則可以將此油井跳過，然后進行下一個油井的計量工作。同時PLC控制系統(tǒng)具有較為簡單友好的操作界面，整體的運行穩(wěn)定性較強，便于進行實時監(jiān)測，同時能夠提升油田的計量效率。

3.3 PLC控制系統(tǒng)在油田生產(chǎn)水處理中的應(yīng)用

油田在進行開發(fā)時，通過成套的PLC控制系統(tǒng)進行生產(chǎn)水的處理，能夠?qū)⒂吞镒鳂I(yè)生產(chǎn)水充分處理。一旦發(fā)生了生產(chǎn)水處理設(shè)備的故障時，通過自動檢測以及診斷系統(tǒng)，將監(jiān)測故障的位置置于控制中心界面處，根據(jù)自動監(jiān)測的結(jié)果判斷故障發(fā)生的準確位置，隨后采取對應(yīng)措施展開維修，從而確保油田的生產(chǎn)水及時科學(xué)地處理，降低了對于環(huán)境的污染，使得企業(yè)的經(jīng)濟效益全面提升。

生產(chǎn)水處理裝置的主要構(gòu)成系統(tǒng)包括一系列PLC控制系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)收集、控制，同時將所有的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容向控制室傳輸，建立操作人員以及以太網(wǎng)連接，從而進行數(shù)據(jù)傳輸。通過自動反沖洗裝置能夠?qū)⑸a(chǎn)成本降低，從而將工人的工作量降低，提高工作效率，改善工作環(huán)境，通過建立自動反沖洗控制系統(tǒng)來實現(xiàn)控制。系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括操作員站、生產(chǎn)水處理控制系統(tǒng)、外圍反沖洗水泵以及電動閥門等，而濾灌的過濾裝置為自動控制裝置，濾灌能夠控制進水、出水以及電動閥等，如果達到規(guī)定的反洗時間，通過系統(tǒng)裝置能夠自動進行反沖，在關(guān)閉進出水管的電動閥后，將反沖洗水泵打開，控制反洗水量，自動開啟罐反沖洗進、出水閥，充分攪拌反洗共用時20min，隨后電動閥復(fù)位，完成正常過濾過程，整個反沖洗的過程不斷進行。

4 PLC控制系統(tǒng)在數(shù)字化油田上的應(yīng)用效果

當(dāng)前數(shù)字化油田有著更加廣泛的應(yīng)用，能夠顯著提升管理成效，且各項指標呈現(xiàn)穩(wěn)定上升態(tài)勢，通過數(shù)字化技術(shù)可以提升油田的生產(chǎn)質(zhì)量以及效率，完善企業(yè)數(shù)字化建設(shè)，數(shù)字化技術(shù)多方面的有效應(yīng)用，使得油田建設(shè)體系逐漸全面化、系統(tǒng)化，綜合效益也顯著提升。

4.1 數(shù)字化管理效益突出

油田數(shù)字化建設(shè)不斷推進的過程中，其數(shù)量持續(xù)增加且建設(shè)規(guī)模不斷擴大，石油企業(yè)的集輸工藝、機采工藝等也持續(xù)改進，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)字技術(shù)分析單井荷載數(shù)據(jù)變化狀況，同時根據(jù)電量數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的搜集處理，可以提供決策參數(shù)支持，同時也能夠嚴格控制抽油機的用電量，通過遠程控制技術(shù)，來實現(xiàn)企業(yè)管理的轉(zhuǎn)型，從定性管理到定量管理過度。在為應(yīng)用PLC進行數(shù)字化油田建設(shè)之前，企業(yè)的能耗相對較高，而通過對各個環(huán)節(jié)的精細化管理，獲得了較為顯著的成效，如將精細化管理應(yīng)用到集油環(huán)摻水量管理中，其摻水量持續(xù)減少，從而可大幅節(jié)省成本。而在供電網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，能夠通過智能型網(wǎng)損管理功能，維持最佳的電網(wǎng)運行狀態(tài)，通過開關(guān)進行電網(wǎng)的故障查找，節(jié)約了故障修復(fù)的時間，確保供電能夠安全、持續(xù)進行。而通過預(yù)警感知以及提醒系統(tǒng)，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，同時將存在的故障內(nèi)容向相關(guān)部門發(fā)送，根據(jù)提供的信息參數(shù)來制定解決對策信息，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行數(shù)據(jù)信息的實時共享，從而使得各項決策更加高效科學(xué)，生產(chǎn)管理過程完全發(fā)生轉(zhuǎn)變，由事后處理向事前預(yù)控以及事中監(jiān)測過度，從而提升整體的管控質(zhì)量。通過油田的數(shù)字化管理系統(tǒng)，進行架構(gòu)的完善處理，使得人員安排更加精簡，各個班組的劃分以功能為依據(jù)，相較于傳統(tǒng)的工作模式，能夠使得工作流程更加精化，形成一種高效的配合模式，將集中遠程管控與站庫二級布控相結(jié)合，將指揮中心作為系統(tǒng)管理體制，來進行生產(chǎn)勞動組織的優(yōu)化，也能降低勞動強度。

4.2 提升油田管理效率及質(zhì)量水平

通過PLC進行數(shù)據(jù)信息的共享，能夠充分掌握生產(chǎn)動態(tài)狀況。在完成數(shù)字化建設(shè)后，可以將企業(yè)數(shù)據(jù)由非連續(xù)性的數(shù)據(jù)點向連續(xù)性的數(shù)據(jù)點轉(zhuǎn)變，管理人員根據(jù)前線的生產(chǎn)運行狀況進行實時監(jiān)控，改變傳統(tǒng)站間數(shù)據(jù)信息定期巡邏檢查的方式，通過數(shù)字化技術(shù)能夠進行定期數(shù)據(jù)錄入，各項信息通過網(wǎng)絡(luò)獲取上傳，能夠防止因為人工記錄而導(dǎo)致的誤差，將企業(yè)的生產(chǎn)運行狀況，通過連續(xù)的信息流反映出來，管理人員通過預(yù)警感知系統(tǒng)、電子巡檢系統(tǒng)來了解數(shù)據(jù)信息，明確前線的生產(chǎn)詳細情況。應(yīng)用PLC進行數(shù)字化油田建設(shè)，還能夠提升生產(chǎn)管理單元的勞動效率，企業(yè)的生產(chǎn)管理模式實現(xiàn)了自動化，改變了以往重復(fù)復(fù)雜工作的局面，提升了企業(yè)員工的工作積極性，工作質(zhì)量以及效率也得到了提升。以往未應(yīng)用數(shù)字化油田進行生產(chǎn)前，站間的關(guān)鍵生產(chǎn)單元需要專員來組織生產(chǎn)，定期進行油水井的巡查，而通過數(shù)字化控制，能夠改進站間的管理模式，建立起更加先進的管理體制。

5 結(jié)語

當(dāng)前隨著社會技術(shù)革新，信息化技術(shù)逐漸向各個領(lǐng)域滲透，自動化技術(shù)在油田行業(yè)的應(yīng)用，能夠加速企業(yè)的升級發(fā)展。通過PLC系統(tǒng)在油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用，能夠利用其控制系統(tǒng)兼容性的優(yōu)勢，充分發(fā)揮操作控制中的價值，使得一些程序操作更加便捷。在生產(chǎn)作業(yè)過程中加以應(yīng)用，維持油田的整體安全生產(chǎn)水平，通過針對生產(chǎn)過程中的各個基本單元生產(chǎn)狀況的實時監(jiān)控，能夠發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的各種問題，同時提供有效的解決方案。因此，PLC系統(tǒng)在數(shù)字化油田建設(shè)系統(tǒng)中具有重要價值，其應(yīng)用前景十分廣闊。