物聯網技術在稠油處理站的應用

霍 進，謝光華，韓 菲，蔣能記，張 娜

(中油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

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物聯網技術在稠油處理站的應用

霍 進，謝光華，韓 菲，蔣能記，張 娜

(中油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

基于現場數據采集、過程控制、參數優化、管理決策的油氣生產物聯網已是油田信息化建設發展的必然趨勢。稠油處理是稠油生產的關鍵環節，稠油物性復雜，工藝調控頻繁，傳統人工管理方式保障系統平穩運行難度大。以風城油田一號稠油處理站為例，介紹了物聯網技術在稠油處理站的應用。處理站物聯網系統建設結合了稠油處理工藝特點，配套自動化采集，建立中控室系統，全站生產集中監控，全流程統一調控，重點區域視頻輔助監控，數據生產綜合應用，輔助生產管理。物聯網系統成功應用實現了稠油處理站高效管理，所形成的稠油處理站物聯網建設方法可供其他油田建設參考。

物聯網；新疆油田；風城油田一號稠油處理站

引 言

中國稠油資源豐富，隨著稠油開采量的增加，其輸送問題也變得越來越重要[1]。稠油處理是稠油輸送的關鍵環節，稠油處理站安全平穩運行是稠油正常生產的基礎。超稠油的集輸、處理及外輸要解決3個核心問題：一是黏度過大、輸送脫水困難[2]；二是來液物性差異大、液量波動頻繁；三是工藝控制參數多、操作復雜。

以新疆油田風城油田一號稠油處理站為例，研究物聯技術在稠油處理站的應用，通過信息技術與生產的融合，緊緊圍繞生產運行管理，建立面向稠油處理站生產過程的物聯網系統。該技術提高了稠油處理每個單元的自動化程度，系統運行高效穩定。

1 稠油處理站物聯網整體設計

1.1 稠油處理站概況

新疆風城油田一號稠油處理站2008年投產，2012年原油處理規模由100×104t/a擴建至210×104t/a，污水處理能力由2×104m3/d擴建至3×104m3/d。站內主要有原油處理、污水處理、SAGD來液換熱處理系統3個部分。油區來液物性復雜、泥砂含量高、波動頻繁；進站采出液溫度達85℃以上，站區生產高溫、高壓點多，生產運行管理以崗位值守、人工巡檢為主，對員工的責任心和熟練程度依賴性高，員工勞動強度大，生產效率較低，生產過程存在一定安全風險。

1.2 稠油處理站物聯網整體結構

風城一號稠油處理站物聯網總體架構采用三層體系結構(圖1)。安裝在稠油處理流程上的各種儀表設備、工藝設備自帶控制系統以及攝像機為采集控制層，實現處理過程數據采集、各類設備自動操控以及環境信息的采集；中控室DCS(Distributed Control System，集散控制系統)工程師、操作站、視頻監控電視墻，站區環形生產網絡設備為集中監控層，實現全站生產數據集中監測、生產過程集中調控、重點區域視頻監視；DMS(Database Management System，數據庫管理系統)系統、預警系統為數據應用層，實現數據存儲、發布、分析、報表管理等。三層體系結構將生產網絡與企業網有效安全集成，將稠油處理系統數據采集、系統控制調節、站區生產管理三大功能完全整合，使物聯網系統成為全站生產管理與指揮的核心。

圖1 稠油處理站物聯網系統整體結構

2 稠油處理站物聯網系統建設

2.1 工藝配套自動化采集

通過科學選擇自動化設備，合理安裝，研究對比使用，形成了風城稠油(50℃黏度不大于50 000 mPa·s)處理配套的自動化采集控制技術，優選了適應稠油原油、污水、污油、SAGD密閉處理的一系列自動化儀表和設備，保障數據采集的正確性、實時性、連續性，為實現稠油處理自動化管理提供了基礎。

2.2 生產集中監控

2.2.1 處理站傳輸網絡建設

處理站生產網絡主要承載生產實時數據、視頻數據的采集、匯總、傳輸。向中心控制室提供各項自動化數據、視頻數據，通過辦公網共享發布；支持處理站內崗位、操作員崗訪問DCS系統；通過DCS系統、PLC等終端網絡設備采集數據、下發控制指令等。

結合站區規模、分布，以及工藝特點，風城一號稠油處理站設置1套DCS系統，2套遠程I/O控制終端，應用工業以太環網(RRPP)架構實現站控系統的數據傳輸、指令下達。相比傳統的獨立站控OPC模式、RS-485方式，工業以太環網(RRPP)架構的可靠性、穩定性大幅提高，線纜、施工費用節省40%以上。

處理站到油田基地之間組建高速無線網絡與有線光纖冗余鏈路，將處理站自控系統作為油田廠級SCADA系統的一套前端系統[3-4]，油田基地實現統一遠程監控。生產網絡相對于企業辦公網絡是一個相對封閉的獨立網絡，選用經過國家公安部認證的網絡隔離設備，設置網絡緩沖鏈路，生產網向辦公網傳輸自動化數據，實現自動化數據管理應用，同時確保生產網安全。

2.2.2 異構系統集成

異構系統集成是實現全站生產集中監控的技術關鍵。稠油集輸處理工藝復雜，規模大，分期建設，工藝設備自帶控制系統，使控制系統較多，軟件版本、數據接口不同，系統相對獨立，造成各系統間相對封閉，系統間很難交換數據[5]，導致數據共享率低，需要操作人員較多。物聯網建設以“信息共享、無縫融合、管控一體化”為目標，分析現有各自控系統通訊協議(SCnetII、MODBUS TCP/IP、專用協議等)，優選PROFIBUS工業總線協議，解決時間跨度大，工藝復雜，撬裝設備多等一些列問題帶來的兼容集成，高速傳輸等技術難題，實現原油、污水、SAGD密閉處理等自控系統無縫集成，構建稠油處理全流程集中監控平臺。

2.2.3 中控室系統建設

中控室系統是實現全站生產集中監控的基礎平臺。采用一套監控界面，統一指令、統一格式、統一操作，實現處理站的便捷管理與控制，消除信息孤島，大幅提升系統整體性能。中控室系統采用標準化、模塊化和插入式結構，方便擴展，中控室系統功能結構見圖2，包含流程監控、數據分析、報警處理、物聯設備管理等功能。

2.3 數據分析預警

2.3.1 節點控制理論

處理站承擔多個區塊采出液處理任務，每個區塊實時產液量和采出液物性不同，進入處理站的實時液量波動范圍大(200～500 m3/h)，常規方法調控系統平衡難度大。在全過程集中監控系統基礎上，運用HAZOP分析法與節點控制理論，對稠油處理工藝流程進行合理簡化，選取節點，進行控制與管理。

2.3.2 系統診斷預警分析

運用節點控制理論開發智能預警分析系統，挖掘處理過程屬性，量化系統、設備預警規則，構建稠油處理故障知識庫，建立節點分析診斷模型，參數異常變化及時預警，診斷信息自動推送，對主要設備和關鍵參數進行分級預警提示，使處理站管理從事后處理分析轉為預警調節，為保障稠油處理安全平穩運行提供了技術支持[6]。智能分析系統采用客戶端/服務器方式進行數據訪問、處理；采用多層開發模式進行信息發布；運用實時數據庫實現秒級響應，對分析診斷預警提供可靠保障；主要包括稠油處理全流程綜合預警、系統流程數預警，設備狀態健康度診斷，預警模型、預警規則庫、綜合指標管理以及數據查詢統計分析等功能。圖3為設備預警示例，綠色指示當前設備運行正常，紅色指示當前運行異常，灰色指示當前設備停用，設備運行狀況一目了然。

圖2 稠油處理站集中監控系統功能結構

圖3 設備預警指示示意圖

2.4 區域視頻監控

稠油處理過程伴隨高溫、高壓、易腐蝕等特點，人工巡檢安全風險高。建立工業電視監控系統，實現重要生產場所及有毒有害危險場所用視頻監控代替人工巡檢。遵循“最少攝像覆蓋最廣區域，重點崗位與事故頻發設備操作間優先考慮，高危區域無人值守”的原則，分別在重點生產區域、操作間內安裝監控攝像機，視頻信號接入集成平臺，及時發現事故，輔助規范人員行為和生產遠程管理。

3 稠油處理站物聯網應用

物聯網建設實現稠油處理2200多點實時監測，100多臺設備自動控制，40多個回路安全連鎖，原油、污水、SAGD密閉及輔助工藝的自動化監測覆蓋率達到85%以上，關鍵監測點100%覆蓋。控制中心的操作員監視這些信息，并能向遠方的設備發布操作命令，同時也為其他信息系統提供各種現場數據[7]，實現生產過程全面感知。通過強化系統應用，將人和生產流程的效率發揮到最佳水平。

監控系統選擇重要參數，分級報警，歷史數據分析，及時合理設置報警限值，系統異常實時預警，及時調整控制參數；通過預警分析系統節點動態預測，全流程綜合分析，強化節點間的信息反饋。針對每個節點最大可能制訂相應控制措施，實現了稠油處理系統優化運行，上下游統一調控，為稠油處理系統平穩運行提供重要保障。

借助數據管理(DMS)系統精簡規范處理站生產運行報表，90%報表數據自動生成，在線審核，減少重復錄入，從根本上減少工作強度，并且在可靠分析數據的基礎上提高工作效率[8-10]；原油加藥自動連鎖控制，系統自動匹配精確控制破乳劑加入量，提高破乳劑使用效率；大罐負壓排泥遠程操作，根據工藝要求自主設定排泥時間和頻次等自控功能，提高工作效率，降低勞動強度。

處理站依托物聯網系統組織生產，以中控室集中監控為基礎，通過多崗合并、專業優化，將原“崗位制”運行模式逐步調整為“班組制”，員工分班組管理，形成以“中控室集中監控，站區故障巡檢”的生產管理新模式。

4 結 論

(1) 稠油處理站物聯網建設必須結合稠油物性和處理工藝特點，進行儀表適應性選擇，保障數據采集。

(2) 建立互聯互通的物聯網系統，避免以工藝或設備為單元的自動化系統孤島，實現全站集中監控，重點區域視頻輔助監控。

(3) 稠油處理工藝復雜，多耦合性，運用物聯網系統，控制關鍵運行參數，上下游統一調控，可有效保障系統平穩運行。

(4) 依托物聯網系統應用，調整生產管理組織模式，提高工作效率，減輕勞動強度效果更顯著，具有較大的社會、經濟效益，為其他油田物聯網建設提供借鑒。

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[4] 蔣能記，謝光華，李家燕.自動化實時數據轉儲優化[J].油氣田地面工程，2010，29(7)：61-62.

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編輯 林樹龍

20141120；改回日期：20150210

中國石油天然氣集團公司“油氣生產物聯網示范工程”之一“新疆油田風城1號稠油處理站擴建工程”(油勘函【2012】129號)

霍進(1967-)，男，教授級高級工程師，1990年畢業于西南石油大學地質工程專業，2005年畢業于該校油氣田開發專業，獲博士學位，《特種油氣藏》編委，現從事油氣田開發研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.02.038

TE345

A

1006-6535(2015)02-0147-04