基于物聯網的吐哈油田數字化站控管理系統

楊曉慶 河南建筑職業技術學院

基于物聯網的吐哈油田數字化站控管理系統

楊曉慶 河南建筑職業技術學院

吐哈油田為了適應油田生產開發需求，在數字化站控管理系統方面采用物聯網技術，物聯網主要由感知層、網絡層和應用層構成。采用了全新的站場管理系統RTU，利用網絡微波通訊網、GPRS和光纖網，實時收集地下井筒油流數據、井周設備運行參數以及地震數據，經過簡單的處理和格式轉化進入管控中心數據庫。系統可對油田站場生產數據遠程實時采集、處理和分析，能夠遠程監控站場處理工藝過程。利用該系統能自動監控計量站的原油測量過程，精準確度可控制在±0.2%的范圍內。物聯網技術的應用拓展了油田生產開發業務，是實現油田數字化站場有效管理的基礎，也是吐哈油田進一步發展的需要。

物聯網；吐哈油田；數字化；站控管理；RTU

1 物聯網技術

物聯網技術進入數字化油田是油田勘探開發發展到一定階段的成果，數字化油田利用物聯網技術，可以快速地實現油田各級處理站運行數據的有效采集、傳輸、處理、分析以及匯總[1]，報表結果可以為管理層做決策提供科學依據，以期實現對油田的遠程智能控制。吐哈油田數字化站控管理系統借助物聯網技術，不僅可以實現遠程數據的采集和處理，而且實現了生產各個環節運行的一體化監控，優化了油田各個環節的生產管理。

物聯網技術是構建油田數字化站控管理系統的有效途徑。借助于計算機互聯網，物聯網整合RFID、無線數據通信技術實現了網絡化。在Internet中，物聯網在計算機互聯網的基礎上，利用RFID技術實現物品（商品）的“交流溝通”，自動識別物品信息，實現了在網絡上共享信息。

2 系統設計

數字化油田站控管理系統的設計是以物聯網技術為基礎實現的。主要以井場、聯合站等生產處理部門為信息數據采集地點，借助傳感器等自動采集設備，利用網絡微波通訊網、GPRS和光纖網，實時收集地下井筒油流數據、井周設備運行參數以及地震數據，經過簡單的處理和格式轉化進入管控中心數據庫[2]。吐哈油田生產過程中涉及很多站場的運行，例如油/氣井、計量系統、原油處理站、聯合站、增/減壓站、注水井等，各個站場都會產生大量的生產運行數據，這些數據的數字化、信息化是油田高效生產和管理的發展趨勢。

2.1 站控系統結構

中心控制室主要是對所有前端操作運行系統的數據進行監控與采集，它是遠程監控的重要部門，也是保證數字化油田生產管理系統正常運行的核心[3]。

監控系統（SCADA）包括站場監控中心、區域監控中心以及總監控中心，主要由三個層面組成，分別是信號數據采集層、信號數據監控層以及信號數據應用層，如圖1所示。

圖1 信號數據采集與輸出結構示意圖

信號數據采集層主要包括RTU與一次儀表，任務是采集站場的生產運行數據，并進行簡單的初步處理分析、備份存檔；站控系統包含各類監控軟件，信號數據監控層借助監控程序對站場生產現場進行監控和管理，遇到油井、計量站、原油處理站場異常運行狀態，實時報警監控；信號數據應用層，即對采集來的生產信號數據進行信號轉化，轉化成能夠識別的數據，然后進行歸類、整理、分析和處理，整理成系統文件和報表，作為管理層做決策時的依據[4]。站控管理系統結構如圖2所示。

站控管理系統的設計主要用于原油處理站、轉油站、計量站及增壓站等生產運行站場的管控。作為原油開采開發終端工藝的原油處理站，主要是將來自前端處理站的原油進行油氣水分離處理，對原油進行提純，對油田污水回收處理，以及對分離處理的天然氣進行再加工及回收利用[5]。終端處理過程對工藝技術與工藝儀器設備要求高，站控管理系統利用RFID、設置控制站、采集設備、I/O模塊等儀器設備，對整個終端原油處理工藝過程進行監控和管理，保證原油處理質量。

一般采用PLC/RTU系統進行站控系統設計，該系統主要的功能結構包括以下內容：

（1）一次儀表。主要采集儀表電流（4～20 mA），其中還包括壓力計、閥門、液量計等小部件信息，利用I/O模塊、電纜將各部件連接，協調工作。

（2）監控站。每一級監控站配備有主控單元、I/O模塊、標準機柜及電源。借助于100 Mbps高速以太網，主控單元將監控軟件、服務器、操作站等功能模塊連接起來，構建Intranet網絡，實現對各處理站場數據的全面管理，站場數據信號的采集以及信號類型轉化功能的實現主要依靠I/O模塊。

（3）服務器。服務器包括中心站服務器、遠程監視服務器、I/O服務器、前端服務器、終端服務器、報表服務器、歷史數據存檔服務器及報警服務器等。

（4）聯絡系統。聯絡通信系統支持C/S結構。站場控制站與操作站之間的聯絡通信主要由系統網絡承擔；利用總線協議，控制網絡主要實現I/O模塊和控制站之間的通信。

2.2 功能特點

物聯網由感知層、網絡層和應用層構成，通過感知層識別物體基本特征，再由網絡層對物件的信息進行傳遞，最后經過應用層應用于大型計算機，將傳輸層的生產數據與行業工藝處理參數進行協同調整與優化，以實現任何物件在網絡上的智能化識別和管控[6]。借助于物聯網技術，主要實現了吐哈油田數字化站場管控系統信號數據的采集與處理，實時監控站場運行狀態，及時優化站場運行參數，以及為管理層提供數據報表等方面功能。

圖2 站控管理系統結構示意圖

（1）監測功能。利用監控系統，實時監測站場（聯合站、原油處理站、計量站等）運行參數變化情況，進一步對站場儀器設備電信號（功率、頻率、電度、電壓、電流），以及對溫度、壓力、示工圖等進行監測，起到實時監控生產參數，保證參數運行正常的目的。

（2）遠程控制功能。監控中心和站場現場位置距離遠，利用遠程控制系統可以起到遠距離監控與操作的目的，可靠性強。監控中心操作員通過觀察電參數變化，來甄別儀器設備以及工藝流程運轉狀態，對事故進行分類。

（3）報警功能。站場（井場）電力設施破壞或者被盜，破壞了正常生產運行狀態將立即啟動報警系統，對出現的異常情況進行聲光感應報警處理，通過對比正常狀態下的運行參數，確認整個運行環節問題所在位置，監控中心根據報警信息做出應急決策。

（4）輔助功能。為系統良好運行配備了輔助軟件，以期更好地服務站場管理，輔助功能可對原油處理站精細分離油氣水進行技術監控，為計量站計量精準確度提供監督，對井場盜油、管道堵塞、電壓不穩等異常情況進行監控，整理和完善生產數據報表。

2.3 系統型號

根據油田數字化站場管理系統的要求，北京安控的SuperE50系列RTU，采用了32位ARM技術，操作系統集成度高、功能強大、操作方便，是一款全新的站場管理系統RTU產品。包括的功能還有數據高速計數、RTD、TC、PID、通訊聯網。該系統完全符合IEC 61131—3標準，功能性能更加強大，可與上位機完美組成控制系統，能實現對站場運行狀態監控管理。

3 應用效果

吐哈油田的站場很多，原始的管理模式已經難以有效對站場生產運行數據進行處理，生產管理質量低下，對于前線站場數據的處理一般需要幾個小時、甚至幾天，而且井場出現異常生產事故，需要10個小時、甚至1天的時間才能發現，不能實現跨地域協同工作，也不能對生產各個環節進行監控，嚴重影響了井場采油任務，處理效率不高。

物聯網技術的興起，為油田數字化站場管控提供了技術支持。油田站場管控系統通過采用物聯網技術，對油田遠程的生產數據實時采集、處理和分析，能夠遠程監控站場處理工藝過程，相比以前原油處理站幾個小時的數據傳輸和分析，現在能實時出分析結果和各類生產報表，實現了油田現場生產與管理的實時同步。利用該系統自動監控計量站的原油測量過程，準確度可控制在±0.2%的有效范圍內，對原油計量站起到了有效的生產管控。物聯網技術的應用拓展了油田勘探開發業務，是實現油田數字化站場有效管理的基礎，也是吐哈油田進一步發展的需要。

[1]容濤，張乃祿，劉祥周，等．基于物聯網的智能井場數據傳輸系統[J]．油氣田地面工程，2013，32（9）：27-28.

[2]紀紅．數字油田生產管理系統的建設[J]．石油規劃設計，2011，22（6）：5-6.

[3]閆學峰，檀朝東，吳曉東，等．油井生產實時分析優化專家系統PES的研發及應用[J]．中國石油和化工，2009（11）：61～64．

[4]彭越．基于物聯網技術的“數字化油田”建設[J]．油氣田地面工程，2014，33（4）：61-62.

[5]田軍慶，高輝．淺談“數字油田”的建立[J]．油氣田地面工程，2002，21（4）：133-134.

[6]王全治．基于物聯網技術的PES系統在青海油田的應用[J]．石油工程技術，2011（4）：51-53.

（欄目主持焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.5.026