PLC在油田數字化建設中的應用研究

趙良波

（大慶油田有限責任公司第一采油廠數字化運維中心，黑龍江 大慶 163000）

近幾年我國的石油開采技術發展迅速，石油開采過程中融入了各種自動化技術，導致油田企業自動化控制程度也進一步提升。PLC是現階段最先進的工藝技術，而且已經廣泛應用于油田的各個領域，例如污水處理、轉油脫水站監測、中轉站油計量。在PLC技術加持下，油田開發效率得到了大幅度提升，而且也促進了油田自動化、智能化發展，使油田更能滿足新時期下社會的需求。

1 油田數字化建設現狀

數字化建設能為油田企業提供核心競爭力，是油田企業長期穩定發展的關鍵力量。油田數字化建設相當于一項復雜改革，改革的內容不僅是在管理模式上，還要在生產組織形式上做出改變，使新架構得以執行。先在企業內部找到改革方向，根據企業未來發展方向，制定改革方案，達成數字化管理，不但需要對現有人員進行重新分配，還要組建新的管理架構，使每項新進技術都有發揮空間，完成好新項目和人才分配，數字化建設是油田企業建設發展的長期目標，需要不斷更新技術，克服多個難題。現階段大數據技術越來越先進，幾乎每個行業都可以應用它，油田數字化建設也不例外，早在好幾年前就開始融入大數據技術，因為它會使整個建設過程變得更高效。應用大數據技術會遇到許多難題，例如即將做決策時往往容易發生中斷。分析中斷原因會發現，大數據技術會受基礎數據庫資源完整性所影響，基礎數據庫里的各項數據無法在日常工作中完成收集時，決策的合理性就會打折扣。因此必須完善油田基礎數據資源，使大數據技術為油田數字化建設發揮出應有效果。

2 PLC特點分析

PLC通常被認為是可編程邏輯控制器，是新型電子計算模式，在整個工業生產流程中，幫助系統完成工業控制的核心組件。

2.1 使用便捷

PLC可以實現許多功能，依靠的都是其豐富的編程語言。在實際應用過程中，由于邏輯類型清晰，語言形式單一化，在對其進行編輯時，可以套用以前的公式，因此有助于更多的人完成編輯。掌握PLC編程并不需要很強的專業知識，即使沒有計算機編程基礎的工作人員，只需要經過簡單的學習，就能掌握那些有規律可循的命令組。

2.2 維護便捷

PLC的修改程序在設計之初就比較完備，系統的各個環節設計水平都很強，因此在日后的應用過程中，擁有較強的安全性和穩定性。隨著運行時間增長，肯定也需要維護保養，PLC的優勢是日常運行時可自行調試，檢測可能發生的故障，因此運行穩定性高，工作效率也更強。

2.3 高性價比

PLC相比傳統的繼電器系統，具有更強的性價比，因為其不僅制作成本低，且售價也更便宜。PLC將整個系統分成若干個集成單元，這些集成單元都可以被編程，因此通過集成單元可以實現系統的控制功能。PLC技術融入通信技術后，不僅可以實現系統的集中控制，還能實現各環節的分散管理，使得PLC更具性價比。

2.4 標準化生產

PLC本身是由多個零部件組成的，為了擁有完整的標準化控制體系，各個零部件必須擁有統一的組裝標準。零部件系統的標準化生產，使得PLC更加穩定，用戶對PLC的功能有自己的選擇，根據功能去完善PLC的設置，使功能可以更加便捷。

3 PLC在油田數字化建設中的應用形式

3.1 PLC與無線技術的結合

將PLC技術與無線技術相結合，將前線生產單位設置為前端，監控系統上位機為后端，由井、站和生產管線組成工藝流程的控制系統，不僅能夠完成數據采集，還能做到實時監控，通過采集的數據生成示功圖，實現開采過程中的動態分析。油田往往都建立在特殊地理位置，因此無論交通還是通信都相對落后，而通過無線技術將各個井和站緊密連接起來，運用PLC技術實現開采數據實時通信，而且PLC本身具備高性價比、維護便捷、標準化的優勢，因此在油田數字化建設過程中，需要建立完善的無線網絡。油田無線組網如圖1所示。（1）數據采集系統。油田采油平臺對抽油機井位置進行設計，然后在配電箱位置加裝PLC設備，利用鍍鋅槽鋼的特性，可以用于制造PLC設備箱體，最后將箱體通過簡易安裝，固定在油井的鋼筋混凝土底座上。抽油機配電箱不僅為PLC的供電，還能提供電機綜合數據，為PLC編程提供參考。PLC還通過無線模塊，將收集到的位移傳感器信息和載荷傳感器信息，傳輸至上位機控制系統。野外環境惡劣，PLC控制器、載荷傳感器和位移傳感器所在箱體，需要進行保溫，通常是利用儀表保護套。PLC在完成各項數據采集后，會通過IP接口和無線通信模塊，將數據傳輸到油田處理中心。（2）無線監測系統。油田開采區域內存在多個油井和站，這些地點都需要設置無線監控點，油田公司總控制室應為無線監測系統中心基站。為提升無線傳輸穩定性，應選用高增益天線，然后設置好優波，整體無線連接方式多數采用點對多點，因此需要維護好油田總控室和各監控點間的鏈路，只有配置好無線通信設備，同時設置好PLC，才能將生產現場的全部數據傳輸至中心基站，為了提供給采油生產調度的資料更加準確，還需要將生產現場實時情況，包括完整的設備運轉動態數據也傳輸至中心基站。PLC無線監測系統拓撲圖如圖2所示。

圖1 油田無線組網拓撲圖

圖2 PLC無線監測系統拓撲圖

3.2 PLC在油田生產水處理中的應用

PLC在油田開采過程中，可以集中對生產水進行處理，將未達標的生產水傳輸至污水站進行過濾等操作，將達標的生產水回注到油層。生產水處理設備在使用過程中難免會發生故障，但PLC擁有自檢功能，可以及時發現并診斷，監測故障的位置出現在控制中心界面后，PLC會根據自檢結果，對故障發生位置做出準確判斷。同時分析出故障原因，及時下達維修指令，確保油田生產水處理系統可以一直穩定運行，有效提高了企業生產效率，還降低了污染周邊環境的風險。

生產水的處理不能僅靠簡單幾個設備，要構建一個完整的PLC系統，通過這個系統來完成各項任務，包括數據采集和數據傳輸。數據采集模塊和數據傳輸模塊是這個系統的核心部分，根據傳輸回來的數據，進行自動判斷，選擇合理的應對方法。比如當需要進行反沖洗時，先判斷水質質量，然后傳遞給反沖洗裝置，完成反沖洗操作，不但極大的減少了工作人員的工作量，還使工作時間大大縮短，真正做到了提高工作效率。生產水處理系統可以劃分成幾個部分，分別是電動閥門部分、反沖洗泵部分和上位機控制部分。進行反沖洗的步驟是關閉進水電動閥，啟動反沖洗泵，根據沖洗量調節沖洗瞬時，打開反沖洗進水閥，充分沖洗后，打開反沖洗出水閥，電路閥進行復位操作，開始執行過濾流程，反沖洗和過濾同時持續進行。

3.3 PLC在石油計量中的應用

現階段我國部分石油企業應用了PLC技術，通過人工間歇計量，使整個計量過程變得更加智能，需要對相關程序進行編程，實現定時對計量間計量，同時計算接入的油井生產的油、氣、水數據。PLC在計量過程中需要對油井工作狀態進行詳細分析，主要是通過示功圖變化，當示功圖出現歸零狀態時，PLC可以自動跳過此油井，對下一監測油井進行計量。PLC系統操作界面要簡單且直觀，方便工作人員使用PLC各項功能，實現對采出原油的實時監測，同時大幅度提高油田計量效率。

4 PLC在油田數字化建設中的應用效果

PLC在油田數字化建設過程中，發揮著關鍵作用，融入PLC技術后，管理成效明顯提升，同時各項生產指標也在逐年提高。通過應用PLC技術，油田的數字化進程也加快了腳步，油田的生產質量及效率也在不斷提升。為使油田建設體系更加系統化，需要數字化技術的全面應用。PLC技術不但可以完善企業數字化建設，還能提升綜合效益。

4.1 提升油田管理效率及質量水平

在應用PLC技術后，各井和站聯系的更加緊密，實現了數據共享，方便控制中心掌握生產動態。油田數字化建設過程中，企業數據不在是單一的非連續性數據點，會逐漸向連續性數據點轉變，管理人員要根據采集來生產數據，判斷前線的生產運行狀況，調整傳統巡邏檢查方式，PLC技術能夠實現定期數據錄入，采集信息上傳至企業云，通過大數據進行分析，有效防止人為導致的誤差，企業生產運行情況生成信息流，通過信息流反饋，技術人員根據PLC預警感知功能，可以明確知道現場的生產狀況。應用PLC技術進行油田數字化建設，有效的改變了企業生產管理模式，逐漸實現了生產管理自動化，緩解了前線單位用工壓力，提升了生產管理單位的勞動效率，減少了許多復雜的工作局面，降低了工作壓力，使企業員工工作積極性更高，工作效率顯著提高。油田數字化建設未完成前，井、計量間和站都需要專人來組織生產，每天都需要巡井，而實現數字化后，站間的管理模式會發生改變，會應用先進的管理體制，提升工作熱情。

4.2 數字化管理效益明顯

數字化建設一定要從基礎設施開始，先對老舊設備進行升級，使自動化設備占比越來預高，油田的開采工藝也在更新換代，單井載荷變化情況可以利用PLC技術去分析，通過采集現場數據，記錄壓力和電量等數據，生成示功圖，根據示功圖去判斷現場情況，嚴格控制抽油機運轉速度，依靠遠程控制改變現有管理模式，提升管理效率。隨著石油開采進入到中后期，油田的能耗越來越高，應用PLC進行油田數字化建設后，可以實現精細化管理，有效降低能耗。例如在摻水流程加入精細化管理，合理控制摻水壓力和摻水瞬時，有效減少摻水量，節約了生產成本。油田供電更需要應用數字化技術，供電網絡管理能使電網維持良好運行狀態，組成智能電網后，可以及時發現故障，降低故障修復時間，節約維護成本。通過記錄每天用電量，找出機泵最佳運行狀態，通過變頻調節，減少電量損耗，為油田節約生產成本。通過PLC技術使油田的各項數據可以集中匯總，將實時故障信息發給有關部門，根據傳輸的信息選擇合理解決方案，使決策變得更加科學，生產管理過程變得更加簡潔，對于安全隱患從事后處理變為預先防控，使管控質量變得更加現代化。通過油田的數字化管理系統，改變現有人員架構，更加合理的對班組進行劃分，使每個班組都變得精簡，簡化原始的工作流程，降低員工的工作壓力，使員工間能形成助力，達到高效配合的效果。將現有站庫二級布控與集中監控結合起來，對系統管理體制進行優化，有效降低勞動強度。

5 結語

隨著信息時代的來臨，人們的日常生活已經離不開網絡，自動化技術融合網絡技術后，可以促進油田行業的進步。通過研究PLC在油田數字化建設中的應用，發現PLC技術存在許多優勢，發揮出這些優勢可以使一些程序操作更加便捷。在生產作業過程中加以應用，維持油田的整體安全生產水平，通過針對生產過程中的各個基本單元生產狀況的實時監控，能夠發現生產過程中存在的各種問題，同時提供有效的解決方案。因此，PLC技術在油田數字化建設中具有重要價值，其應用前景十分廣闊。