自動化油田SCADA監控系統的報警優化研究與應用

杜發平

（中國石油新疆油田公司，新疆 克拉瑪依　834000）

自動化油田SCADA監控系統的報警優化研究與應用

杜發平

（中國石油新疆油田公司，新疆 克拉瑪依834000）

針對SCADA系統監控參數報警頻繁、誤報警較多等情況，通過對SCADA系統報警參數進行統計分析，綜合利用自動化、地質、工程解釋資料，應用幾何平均分析法和離散分析法等數據比對技術，總結報警參數變化規律，提出參數報警級別設置的技術方案，對SCADA系統各項自動化報警參數優化設置，提高報警數據準確性和重要性，有效保證監控準確率，實現現場信息采集及時準確、遠程控制快速到位、達到故障巡檢的要求，取得的社會效益較為顯著。

SCADA系統；報警參數；優化設置研究；自動化應用

1　陸梁自動化基本情況

新疆油田陸梁油田作業區目前采用的監控系統是北京安控公司設計開發的SCADA軟件系統，是集油田監視、控制和數據采集系統采用先進的計算機軟件技術和自動化控制技術。該系統可以指導生產，提高油田生產的管理水平，提高勞動生產效率，為管理者進行正確決策及時提供準確有效的參考依據，同時為信息全面共享提供基礎，能夠適應油田自動化生產的發展、滿足油田自動化總體需要的油田監控和數據采集系統，實現整個油田生產和管理的自動化。

該系統由現場測控單元（RTU）、測控中心監控和數據采集系統（SCADA）以及生產信息管理系統（DMS）組成。SCADA軟件系統是直接與現場測控單元（RTU）以及生產信息管理系統（DMS）進行數據雙向傳輸，能夠實現抽油井、水源井、注水井、計量站、處理站等現場測控單元（RTU）數據的實時監測，同時能實現對RTU的遙控，并能夠實現生產數據的歸檔保存。DMS數據庫后臺管理系統對監控和采集的數據進行后期加工處理，“油田生產自動數據綜合應用系統”通過WEB實現動態發布。

2　報警優化設置研究

2.1報警管理系統

SCADA采用分布式的報警管理系統實現數據實時報警功能，可以報告系統活動及系統潛在的問題，保障系統安全運行。系統提供多種報警管理功能，包括：無限的報警區管理、基于事件的報警、報警優先級、報警過濾功能。SCADA系統用戶對各項自動化數據設置報警參數，使得數據一旦超出設定范圍，便發出聲光報警。用戶通過單擊“工具條”上的“實時報警分析”按鈕，可進入報警分析界面，應用單選按鈕可以對報警信息進行篩選。

2.2報警參數現狀及存在問題分析

2.2.1監測參數具有種類多樣性和多變性。由于井區設備流程工藝參數有多種，數據類型多樣，包括壓力參數、溫度參數、負荷參數、電流參數、運時參數等，數據隨流程工藝不同而多變，數據隨設備生產狀變化而多變，數據還隨季節等環境因素而多變。

2.2.2參數報警級別設置缺乏科學性。由于參數報警數值不是利用自動化時間監測到的所有數據進行比對分析得出，而是由采油站工程人員根據現場情況進行設置，工作經驗起了很大的作用，存在很多人為因素，缺乏科學性和合理性，導致出現大量的無效報警，增加了監控人員的分析報警和確認報警的無謂工作量。

2.2.3同一數據頻繁報警導致誤報警較多。項目開展前，SCADA系統每日報警條數多達1200余條，找出頻繁報警的參數主要是油井回壓報警、油井懸點負荷報警、油井電流報警數居多，其次是管匯壓力報警、注水壓力報警和水井瞬時流量報警數次之，其中故障誤報警居多，故障報警有效率較低。

2.3報警參數級別設置技術

報警參數的量程上下限是測量量程的最大值與最小值，而參數報警級別分為高報、低報、高高報、低低報四種級別，即參數工作值達到某一級別則報警，因此參數報警級別的設置是否合理，對于該參數是否報警，能否及時反映現場生產問題就顯得尤為重要。

參數報警級別設置的研究主要以壓力參數報警級別設置為例展開研究，其他參數均可按照此參數相同算法和設置方法進行計算。

壓力參數報警是最高級別報警，報警優先級為H級或L級。從對壓力數據統計入手，通過大量數據進行論證，摸索出壓力數據波動的規律，應用各種方法計算出報警級別的設置數值。

表2-1　壓力參數報警設置描述

2.3.1算法步驟

第一步：是應用統計分析方法，對頻繁報警的井站的某一階段的報警參數進行統計，去除其中的異常值，分析找出該參數在正常工作狀態下的工作范圍、多個正常高值、多個正常低值和算術平均值。

第二步：是應用幾何平均分析方法，計算出正常高值、正常低值的幾何平均數。

第三步：是應用離散分析方法，計算出正常高值、正常低值的標準差，用來分析正常高值與幾何平均數、正常低值與其幾何平均數的離散程度，以此來確定參數報警級別中的高報和低報。

第四步：是應用數倍關系方法，計算出正常高值、正常低值的放大倍數和縮小倍數，以此來確定參數報警級別中的高高報和低低報。

第五步：確定報警級別。

2.3.2確定各類壓力報警級別

通過對自動化動態庫里一個月內的360個數據進行篩選，分析排除其中的異常值，結合現場實際生產情況，分別計算得出集油管匯壓力、單井回壓、注水管匯和水井注入壓力的高值標準差、低值標準差、放大倍數、縮小倍數的具體數值，如表2-2。

表2-2　各類壓力參數計算數值

根據上面推算公式，確定出各類壓力報警級別高報、低報、高高報、低低報的具體算法，如表2-3。

表2-3各類壓力參數報警級別計算方法

因為，標準差是用來衡量和分析定距變量的離散程度或趨中程度，也就是說參數的標準差的大小可以用來衡量生產狀態的穩定程度。油井懸點負荷參數、電流參數和注水井瞬時流量參數的報警級別設置，均可根據報警優先級，按照上述方法計算出參數報警級別高報、低報、高高報、低低報的具體數值。

3　應用效果

通過對全區計量站的集油線管匯壓力和油水壓力、載荷、電流等參數進行統計對比分析，總結參數變化規律，提出參數報警設置的技術方案，并通過現場驗證，不斷優化參數報警級別，使報警更合理高效，生產應用效果明顯，提高報警數據準確性和重要性，幫助監控人員有效提高分析報警的效率和判斷故障的準確率，有效保證監控準確率，在實現現場信息采集及時準確、遠程控制快速到位、達到故障巡檢的要求等方面取得較好社會效益。

3.1解決報警參數設置的技術瓶頸

本項目的開展過程中，充分綜合利用自動化、地質、工程解釋資料，對SCADA系統報警參數應用統計分析方法和數據比對方法，找到報警級別設置的理論依據，通過理論驗證、結果分析、故障判斷等方面，著重提出了參數報警設置的技術方案，打破了自動化SCADA系統報警參數僅靠經驗設置的局面，并有針對性的提出了有效的解決方案，為以后報警參數優化提供了技術支持。

3.2摸索出報警參數的變化規律

通過充分應用數據統計方法、幾何平均分析法和離散分析法等數據比對技術，計算出壓力參數數據的標準差和放大倍數、縮小倍數，根據壓力參數數據的變化情況，總結出標準差的大小可以用來衡量設備或數據的生產狀態和穩定程度，負荷和電流參數經優化夠仍高報是由于現場抽油機不平衡或井筒情況所致等規律，有效的對各項參數報警級別進行優化設置。

3.3明顯提高故障報警有效率

通過對SCADA系統報警參數優化設置，報警優化效果顯著，日報警數大幅度下降，目前每日報警條數僅380條左右，故障報警有效率由低于90%提高95%以上，有效提高了監控崗員工的分析報警和處理報警的工作效率。

3.4現場生產應用效果和社會效益顯著

一是提高了整個報警系統的實用性，報警優化設置研究的理論依據已得到生產驗證，在故障分析和現場處理上效果較為顯著，其中的報警級別的設置算法和比對技術已形成固定模板，在多次的報警優化過程中應用效果較好。二是創造了良好4認識及結論

的社會效益，科學合理的報警設置和順暢的流程，有效提高監控人員的工作效率，減少了現場人員在落實確認誤報警的人力物力方面浪費，降低了工人的勞動強度，創造了良好的工作環境，極大地提高了職工的工作積極性。三是從整體上提高了生產過程的自動化監控水平，保持與國內生產監控自動化水平同步，在石油行業及中小企業中樹立了良好的企業形象。

4.1優化SCADA系統報警設置，不僅明顯提高報警有效率，也提高了故障分析和處理效率，是保證監控效率最有效、最直接的方法，有利于實現現場信息采集準確、遠程控制快速故障巡檢高效的要求。

4.2參數的標準差的大小與監控數據的生產狀態好壞和穩定程度成正比，因為標準差是用來衡量和分析定距變量的離散程度或趨中程度，因此在監控過程中可將報警參數的標準差作為判斷現場設備的生產狀態和穩定程度的一個依據。

4.3懸點負荷參數和電流參數優化設置后 ，現場報警明顯下降，報警有效率也大幅度提高，當現場仍出現一些負荷和電流高報和高高報時，需要采油站人員現場進行驗證抽油機是否平衡或者檢查井筒內液面和結蠟結垢情況。

4.4由于電流和負荷成正比，因此當出現電流誤報警時，需結合負荷情況綜合判斷，除自動化儀器故障或異常外，還需要現場人員對抽油機是否平衡，或者檢查井筒內液面和結蠟結垢情況進行詳細檢查和驗證，以便更好的保障抽油機的正常生產。

［1］北京安控.EchoSCADA油田監控和數據采集系統操作手冊ECHO5000.3.1版，北京安控科技股份有限公司空間，2011-02-25

［2］李新國.自動化中控室技術手冊，陸梁油田作業區，2010.（8）

TE937

A

1003-5168（2015）11-016-03

杜發平（1982.01-），男，畢業于中國石油大學（華東）勘查技術與工程專業，現就職于中國石油新疆油田公司陸梁油田作業區自動化中控室，自動化中控室副主任，工程師，研究方向:油田信息自動化。