SCADA系統在油田中的應用探析

阿斯蘭·阿不力米提

（中油（新疆）石油工程有限公司，新疆克拉瑪依，834000）

0 引言

中國特色社會主義市場經濟的高度發展，離不開石油資源的支持，但是在現代化建設基本取得成功的今天，傳統的石油生產管理模式已經不再具有使用價值，通過更加先進的技術措施對石油生產過程中的生產設備和生產數據進行監測，是未來我國石油工業發展的必然趨向。但是從實際情況來看，很多油田仍然沒有完成信息收集及檢測控制的現代化建設，這影響了油田的長遠發展，在這種情況下對SCADA系統在油田中的應用進行分析，尋找行之有效的應用要點和應用方法，明顯具有不可估量的現實意義。

1 SCADA系統概述

1.1 SCADA系統構成

SCADA系統具有一定的復雜性，兼容方式比較多（見表1），它的主要結構可以分成分布式數據采集系統和數據的展示與處理系統兩部分，其中的的分布式數據采集系統是主要功能部分，常見的系統構成設備包括:①以電學信號為基礎的轉化設備，各種各樣的傳感器都可以歸納到這個范圍內，在油田生產中，這些傳感設備發揮了巨大的積極作用，各種各樣的儀表也為工作人員提供了準確的數據支持，它們能夠把管道網絡當中的石油流量、壓力等轉化成電信號，而電信號再傳輸到系統中進行分析和保存，工作人員就能夠根據不同區域的電信號數據判斷開采是否正常進行、管道是否密閉等。經過技術人員持續不斷地努力，目前我國的石油管道網絡越來越成熟，而以電信號為基礎的轉化設備，在其中扮演了重要角色。②視頻監控設備，這類設備往往被用在石油生產中比較重要的區域，其具有對現場情況進行實時監控、保存現場視頻信息等功能，在專業的工作人員操作下，其還能夠與計算機系統進行融合，完成視頻數據的傳輸和回看等，為油田管理提供有力支持。

表1 SCADA三種兼容方式

3 軟件平臺接入開發 對現有SCADA數字化管理平臺做數據對接開發

1.2 SCADA系統原理

SCADA系統的運行原理并不復雜，通常來說可以從兩方面進行理解:首先，可以認為其形成了“類反饋控制系統”的控制機制，其次可以認為其形成了反饋控制系統，工作人員可以借助SCADA系統對油田生產過程中的各類數據信息進行有效查驗及調用，從而保證油田管理及監控效果。

1.3 SCADA系統功能使用優點

首先，SCADA系統具有對數據進行集中統一監控的功能。在實際應用中，SCADA系統已經在井站壓力、溫度流量等數據的采集中發揮了一定的作用，工作人員可以通過直接聯系到服務器的客戶端對其采集到的信息進行查看。此外，和過去常用的站控系統比較起來，SCADA系統明顯具有數據共享速度快、信息保存穩定性突出的特點。其次，SCADA系統能夠實現數據鏈標準化管理。相比于傳統的站控系統，SCADA系統能夠把油田生產的實際數據直接進行標準化處理，節約了數據傳輸和單獨處理所需要的時間，讓基于SCADA系統的油田生產管理更加高效、更加穩定。另外，SCADA系統能夠有效完成統一的平臺管理。SCADA系統的推廣，讓油田的各個管理部門得以在同一個數據系統中開展工作，工作人員可以根據自己的工作職責，對有關數據進行調用、對負責區域的生產情況進行監管調整，在有必要的情況下還可以摘取特定期間的數據進行單獨應用，保證油田生產管理的有效性。SCADA系統還能夠把本來分散的井站聯系起來，讓監控中心的指令同時下達到各個井站，以便于工作人員更好地完成任務。同時，SCADA系統還具有報表的自動生成功能。SCADA系統的普及，解決了過去油田管理中報表問題，能夠自動生成報表，在有需要的情況下，工作人員還可以手動進行調整，這保證了油田生產管理的有效性，解決了過去數據信息丟失的問題，經過整理以后確定下來的報表，還能第一時間上傳到監控中心，保證了監控中心對油田總體局面的掌控力度。最后，SCADA系統還具有報警預警功能。在實際應用中，SCADA系統能夠為工作人員提供級別不同、方向不同的警報，工作人員就可以根據不同的報警信號進行及時處理，另外為保證萬無一失，SCADA系統還具有短信報警功能，進一步解決了工作人員無法及時接到警報的問題。從整體來看，SCADA系統的應用讓油田生產管理等變得更加高效而簡便，通過服務器和智能終端設備的配合，從根本上解決了傳統站控系統中存在的一系列問題。

2 SCADA系統在油田中的應用

2.1 SCADA系統的應用方法

第一，傳感器配置。SCADA系統比較復雜，在實際應用的過程中，工作人員需要根據實際情況確定裝置配置方案等，才能保證信息收集的全面性，經過幾十年的發展，我國的傳感設備和監測儀表等都非常完善，它們能夠順利地把對應目標信號轉化為電信號，而電信號則能夠通過線路傳輸到監控中心，為工作人員提供有力的數據參考。在今后的工作中，有關人員還應考慮到電力控制系統、區域或空間環境的監控設施等特殊情況，根據截然不同的管理需求和信息采集需求，配置合理的傳感器設備，比如說涉及到環境和大規模區域監測時，可利用監控探頭獲取該區域的視頻信號，以此為基礎進行監管才能取得最佳的成果。第二，通信裝置配置。在保證了SCADA系統傳感器裝置的合理性以后，工作人員還需要考慮到油田生產的特殊性，為SCADA系統配備相應的通信裝置。具體來說，工作人員應對油田生產實際情況進行了解，并對目前執行的信息傳輸方法進行分析，在明確數據傳輸目標的基礎上，對通信裝置的配置方法進行調整。比如說在傳遞視頻數據的時候，涉及到的數據量比較大，因此，工作人員需要對信息傳輸的精確度要求等進行了解，選擇具有對應輸送能力的線纜材料，并選用分布式監管設備完成對多個井站的同步通信管理。第三，信息分析軟件配置。SCADA系統有一定的復雜性，其能夠實現視頻信號、壓力信號、溫度信號等多方面信號的收集整合，因此對信息分析軟件有比較高的要求，目前常見的信息軟件主要包括自動化的控制系統以及直接向外展示的信息系統，在自動化控制系統的支持下，傳統的控制措施失去了應用價值，工作人員可以通過PID控制、PLC控制等實現對傳感器信息的直接顯示，解決了過去數據需要經過處理才能展示的問題，保證了問題的發現效率。同時，SCADA系統中的信息分析軟件還能夠對傳感器收集到的各類信息進行綜合研判，將得到的數據和標準化模型進行比對，在發現其與標準化模型有差異的情況下，系統可自動調整該數據，確保SCADA系統的正常運行。第四，信息分析硬件配置。信息數據分析是SCADA系統應用中最復雜的一個步驟，在這個過程中，系統可以對各個井站回收到的信息進行計算分析，并通過信息分析軟件完成數據調整等。不難看出，在這個過程中信息分析硬件設備同樣扮演著重要角色，目前比較常見的信息分析硬件設備主要可以分成以下幾方面進行理解:①包括信息傳感器、監控探頭的信息采集設備，這些采集設備具有一定的專業性，能夠保證信息獲取的效率。②保證信息分析軟件運行效果的計算機設備，計算機設備的性能往往高于普通的計算機，能夠滿足信息處理軟件的性能需求，保證數據信息得到第一時間的有效應用。③具有輔助功能的設備，SCADA系統是一個軟硬件相統一、信息收集處理傳輸兼具的復雜系統，想要保證SCADA系統正常運行，離不開電力裝置、安全保障裝置等一系列輔助設備的支持。第五，管理模型升級方法。SCADA系統在油田中的應用，起到了不可估量的積極作用，而結合不同的控制系統來看，工作人員需要根據實際情況對管理模型進行調整，以保證SCADA系統能夠更好地適應不同油田的管理需求。經過技術人員不斷地探索，傳統模式下常用的PID控制系統逐漸被淘汰，通過對信號放大倍數、自然震動頻率的有效調整，最終的控制效果將會得到保障。

2.2 SCADA系統的應用要點

2.2.1 傳感器要點

傳感器是SCADA系統的重要組成部分，在配置傳感器的過程中，工作人員務必要結合SCADA系統本身的信息收集需求和數據處理需求，在專業化技術人員的協同下確定合理的配置方案，并對其中涉及到信號轉換等問題的內容進行單獨論證，確保確定下來的傳感器配置方案能夠與油田生產管理的實際情況相符，達到提升SCADA系統運行穩定性的效果。除此之外，還需要采取措施對傳感器進行自動化和智能化改造，在保證其基礎功能的前提下，通過技術改造進一步提升傳感器采集功能，使之能夠實時測量并分析各個子區域的管網參數，為后續的工作打下堅實的基礎。

2.2.2 通信裝置要點

通信裝置的質量決定了SCADA系統的最終應用價值，一旦通信裝置出現質量問題，整個SCADA系統中的數據信息都無法繼續發揮作用，因此工作人員必須要保證通信裝置配置效果。首先，要從整體出發、考慮到通信裝置的整體運行效果，做好協調工作，對油田生產中采集到的視頻信號和電信號進行統一處理。針對視頻信號，工作人員需要進行特殊考量，這主要是因為視頻監控所獲取到的數據量非常大。因此，在傳輸通信的過程中很可能發生丟失或損壞，這給通信裝置的性能帶來了一定的挑戰，工作人員需要考慮油田生產中可能產生的最大視頻信號瞬時字節流量，并據此確定通信裝置的使用方案等。其次，要做好數據的固定傳遞方案建設工作，油田生產中會產生大量信息，而在對這些信息進行處理的時候，有一部分信息數據不需要與其他數據進行統籌傳輸，比如說有一部分數據需要進行精確傳輸，對通信裝置的要求比較高，工作人員就可以建設專門的線路保證其傳輸效果，確保通信裝置配置的專業化水平。第三，要關注新型技術的發展并將其應用到SCADA系統通信裝置配置中去，在過去的技術支持下，油田生產中的一部分監測信息不能被第一時間傳輸到監控中心，而在第五代通信技術的支持下，數據傳輸的速度將更快、傳輸的穩定性將更可觀，工作人員還需要不斷探索其他與SCADA系統通信息息相關的新技術，保證SCADA系統通信先進性。

2.2.3 分析軟件要點

SCADA系統的應用價值無需贅述，但是它的運行復雜性也不容忽視，特別是信息軟件更是其中的重中之重，工作人員必須要結合SCADA系統與油田生產的實際情況，確定軟件配置的要點和大致方向，在此基礎上對現行的分析軟件進行研究，確定其中不合理、不符合新時期油田生產管理需求的部分并進行調整。設置分析軟件的時候，工作人員需要妥善處理油田生產管理信息安全性問題，同時定期做好分析軟件的升級改造工作，以確保分析軟件配置質量。除此之外，還需要結合SCADA系統的運行模式，對軟件的信息處理精度進行調整，使之能夠在大量數據的同步處理中保持穩定，杜絕因分析軟件故障而導致其他問題的可能性。

2.2.4 系統硬件要點

SCADA系統還包括一系列硬件設備，不同的硬件設備有著截然不同的應用方向，比如說上文提到的傳感器、保證系統正常運行的供電設備、確保分析軟件運作的計算機等，都屬于硬件設備的一部分，工作人員要嚴格遵守SCADA系統運行需求，確定硬件設備配置方案。首先，要保證硬件設備的性能和運行效果能夠支持SCADA系統發揮應有的作用，同時還需要對硬件設備的長期運行效果進行檢測，確保其能夠在建成后穩定地發揮作用。另外，為確保SCADA系統萬無一失，工作人員還需要在確定配置方案以后，對各種硬件設備進行質量檢驗，確定其能夠符合系統要求且沒有任何故障以后再行安裝，降低運行后短時間發生運行故障的可能性。

3 結語

石油資源是我國社會發展的重要自然資源之一，在過去一段時間內，SCADA系統在油田中的應用，保證了油田生產管理的有效性，解決了傳統站控系統中存在的一系列問題。但是這并不意味著我國的SCADA系統已經完全成熟，在今后的工作中，技術人員仍然需要根據油田工作實際情況，對SCADA系統的分析軟件、硬件設備、信息裝置、通信裝置等進行調整，不斷優化它們的性能，使之在油田中發揮更大的作用。