天然氣井站監控系統的需求分析及方案選擇

張炯（大慶油田有限責任公司采氣分公司第一作業區，黑龍江 大慶 163000）

天然氣井站監控系統的需求分析及方案選擇

張炯（大慶油田有限責任公司采氣分公司第一作業區，黑龍江 大慶 163000）

隨著國內天然氣勘探開發規模的日益增長，天然氣氣井數量與日增加，人工巡檢的氣井監控方式越來越不能滿足當前天然氣開采的生產需求和安全保障，利用現代信息技術建立遠程監控系統已成為油氣田企業采信息化建設的重要任務之一。為此，本文立足于氣井井站工藝流程的功能，分析了天然氣中心站的監控需求，進而對天然氣井站監控系統的設計方案選擇提出拙見。

天然氣;工藝;監控;方案

1 天然氣井站采氣工藝流程

天然氣井站工藝流程涵蓋井場和氣田集氣站兩部分，是將氣井采收的天然氣經井口處采氣樹調壓、水套爐保溫和三相分離器凈化進而向下游輸送的過程。在采氣工藝流程中除上述設備外，天然氣井站標準化設備配置還包括用于處理三相分離器排污的污水罐和監控天然氣流量、壓力和溫度的流量計。

2 天然氣井站氣井的監控需求

井站監控就是對上述天然氣工藝流程運行參數及主要裝備的運行狀況進行監測和調節，以確保天然氣井站在最優化的工藝參數內安全生產、確保天然氣井站各個設備健康平穩運行。傳統的人工巡檢主要依靠員工按規定時間周期性對井站工藝流程各個環節進行檢查，記錄運行參數和設備運行狀態，對發現的問題進行處理，在該監控模式下，無論是監控的時效性和數據記錄采集的準確性均較差，進而對巡檢發現問題的處理也容易滯后。因此，需要建立無人值守的井站遠程監控系統來解決人工巡檢存在的瓶頸，該系統應當能夠滿足如下監控需求：

一是能夠實時采集和上傳井站工藝流程現場參數和設備運行狀態信息。根據采氣工藝流程的主要環節，采集數據內容必須包括：（1）采氣樹和流程區氣體壓力和濃度；（2）水套爐進出口壓力和溫度的檢測以及爐內壓力、溫度和燃燒狀態；（3）三相分離器和污水罐內的壓力和液位；（4）流量計、壓力和溫度傳感器的數據及工作狀態。這些數據被準確收集后必須能夠完整地傳送到監控中心處理和數據庫備份，為此傳輸頻率既不能過高也不能過低，過高會導致服務器壓力增加且降低數據處理效率，過低則會造成數據丟包或者上傳延遲，影響井站監控和問題處理的時效性。

二是能夠有效執行遠程控制指令。利用現場監控設備數據采集和上傳功能實時監控井站工藝流程過程中發現工藝運行參數和設備工作失常時，必須能夠通過在監控中心輸入控制指令讓現場監控設備控制采氣樹、水套爐、分離器、污水罐等設備的開關閥和調節閥，進而實現工藝運行參數的優化調節和設備的安全工作，特別是當發現設備運行狀態嚴重失常時能夠及時關斷設備進行故障處理。

三是具備安全防范功能。一方面能夠保障監控網絡的安全，既具有校驗功能來保障采集上傳數據庫和監控中心的數據安全、真實，又具有防火墻能夠防范網絡入侵；另一方面能夠保障工藝和設備運行的安全，既能夠在工藝參數和設備運行出現安全隱患時及時作出預警，又具有偵測和錄制拍攝功能防范盜竊、損毀設備等行為的發生。

3 天然氣井站監控系統的設計方案選擇

3.1 井站監控系統網絡的構建方案

根據監控需求的分析，從實現監控系統網絡采集數據、執行指令和安全防范三大功能出發構建井站監控系統網絡，整體方案設計如下：

井站監控系統由監控中心、通信網絡和現場監控設施三大單元構成，首先由現場監控設施對井站現場數據進行采集和現場安全預警，通過通信網絡傳輸至監控中心，監控中心根據傳輸來的數據做出判斷發出控制指令，再通過通信網絡傳送至現場監控設施對閥門和設備進行控制和現場圖像采集。

3.2 系統網絡通信的組網方案

系統通信網絡單元是監控中心和現場設施單元數據交互的載體和通道，目前主流的通信技術有GSM、GPRS、超短波和4G。

四種技術各有優劣：GSM網絡技術成熟部署成本低、能夠不受自然因素限制靈活組網且兼容性好，但技術較為落后，通信速率是目前所有技術中最低的；GPRS相比GSM雖然傳輸速率有所提升，且改變了GSM按短信收費的方式為按流量收費，節省了數據傳輸成本，但隨著近年來4G技術的全面普及應用，GPRS技術勢必在不久的將來被淘汰；超短波通信的代表設備主要是數傳電臺，由于其有效傳輸范圍最大可達方圓50公里且可與現場設施單元直連從而最大限度保障數據傳輸安全，因而在分布零散和地理環境復雜的監控環境中較為適用，但組網成本最高且運維難度較大；4G網絡是近年來逐漸成熟和全面普及的技術，不僅傳輸速率最快、通信質量最高，而且可直接在原來GSM和GPRS的基礎上升級，既擁有原移動通信技術的靈活性和不受自然因素限制的特點，又能夠節約建設成本，盡管目前4G網絡各通信運營商之間技術標準尚不統一，但4G網絡已成為當前通信技術發展的最主流技術，相比其他技術其具有絕對的優勢，因此不僅應當采用4G網絡作為日后新建天然氣井站的組網方案，還應當逐步對陳舊的天然氣井站組網進行升級改造。

3.3 井站監控系統軟硬件的體系方案

軟件方面，由于井站監控系統采集到的現場數據都會被上傳到監控中心，由監控中心對數據進行解析、存儲、管理，因此井站監控系統應當選用C/S(Client/Server)與B/S(Browser/Server)交叉的混合結構，其優勢在于用戶既可以通過監控中心計算機實時監控局域網內的井站監控單元，也可以通過瀏覽器登錄的方式實現遠程監控。

硬件方面，可編程邏輯控制器（PLC）和（RTU）是目前主流應用的自動化控制硬件設備，前者功能強大、編程方便，后者比前者具有更優良的通訊能力和更大的存儲容量，能夠在更惡劣的溫度和濕度環境中使用，因此天然氣井站系統現場監控設施應當選用遠程終端單元（RTU）。

[1]謝茂.美國天然氣產業發展的經驗與啟示[[J].國際石油經濟，2015(6):30-36

[2]成都國光電子儀表有限責任公司.RTU VO軟件使用手冊v1.2.5[S].2014.