RTU控制系統在克拉2氣田井口上的應用

王輝 張予杰 黨文杰 龍澤江 馬建新

（中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000）

RTU控制系統在克拉2氣田井口上的應用

王輝 張予杰 黨文杰 龍澤江 馬建新

（中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000）

RTU是SCADA系統的重要組成部分，能夠在惡劣的環境中完成對現場數據的采集、傳輸、監測以及與第三方設備進行實時通信等功能。本文闡述了RTU控制系統在克拉2氣田的應用，介紹了硬件結構軟件組成、配置情況、通訊方式。目前該系統應用良好

RTU；高壓氣田；控制系統；應用

中國石油塔里木油田公司克拉2氣田位于新疆拜城縣境內，氣田東西長約19公里，南北寬約3公里，氣藏含氣面積48.1平方公里，天然氣儲量為2840.86億立方米，是目前我國天然氣儲量最大、品質最好、產能最高的特大型整裝氣田，是西氣東輸主力氣源地。

克拉2氣田目前共有生產井17口，屬于典型的“三高”氣井，分別通過東西兩條干線，輸送至氣田中部的中央處理廠。大部分單井采用MSP/DRILEX美國鉆采系統公司的單井集成液控系統，數據采集與控制使用了Bristol Babcock公司的RTU系統。

1 RTU控制系統簡介

RTU控制系統通信距離較長、設計簡單、可靠和便于擴展，廣泛應用于各行業[1]，克拉2氣田單井上所使用的自控系統程序根據單井上是否設有FSC系統而略有不同，KL2氣田前期建設的井口的自控系統包括三部分：RTU、FSC、通訊系統。RTU采集井口數據（油壓套壓等），并上傳至中控室；FSC采集二級節流后兩個壓力（PT-03、PT-05）數據，然后通過邏輯判斷執行超壓、低壓或者壓降速率關井指令，并可接收來自中控室操作員的手動關井指令，關井動作由液控系統執行；所有數據可顯示在觸摸屏上，便于現場操作工操作，通訊系統使用中興S200，可將RTU、FSC的通訊數據由電信號轉換為光信號，通過光纖傳輸到中控室。無FSC系統的井口，二級節流后兩個壓力（PT-03、PT-05）由RTU采集，整個氣田網絡結構是是由17口采油氣井分別形成東西干線兩個環狀網絡，數據可雙向傳送，網絡存在一個斷點時仍能傳送數據至主控室，提高了安全性。

1.1 液壓系統[2]

液控制系統主要功能有：

⑴380VAC 3HP電機驅動一個額定工作壓力為6,000 PSI的低壓液壓泵，為翼閥執行器、主閥執行器、液動節流閥提供驅動壓力；

⑵380VAC 7.5HP電機驅動一個額定工作壓力為15,000 PSI的高壓液壓泵，為井下安全閥提供驅動壓力；

⑶具有先導邏輯控制回路：通過調壓閥將系統壓力從6, 000 PSI減壓到80PSI，實現緊急關井。至于何時提供控制動力、為哪個安全閥提供控制動力則由RTU的邏輯程序決定，RTU控制電磁閥的繼電器得電失電，從而去控制液控柜里的油路，使得閥門開關。

1.2 RTU控制邏輯

高壓關井的設定值是13.5MPa，低壓關井的設定值是11.8MPa，壓降速率設定值是0.2MPa/min，壓降速率持續時間設定值是120s。

2 系統的功能

井口RTU的主要控制功能如下：

（1）完成數據的采集及控制：采集現場信號（包括溫度、壓力等）并傳至主控室和觸摸屏上，以實現遠程與就地控制

（2）顯示：在觸摸屏和主控室上顯示集輸站場運行流程圖、運行數據、各閥門狀態、計量數據以及第三方設備的運行狀態和參數

（3）聯鎖控制接收處理廠控制中心的ESD信號時關閉相應單井。

3 系統硬件與軟件的組成

3.1 系統硬件

克拉2井場RTU采用冗余結構，RTU采用的是ControlWaveRED冗余控制器ControlwaveRED控制器，32位100MHzCPU，16MB內存，擁有有三個10M/100M網絡接口、2個RS232通信口、2個RS485通信口，支持Modbus、TCP/IP、OPC等通訊協議方便連接第三方智能設備，冗余系統有很高的可靠性和可操作性，一個CPU在線，同時另一個CPU完成數據的熱備份。

3.2 系統軟件

3.2.1 系統軟件介紹[3]

系統組態軟件采用OpenBSI軟件工具包組軟件Control Wave Designer等

BB RTU的組態軟件Control Wave Dsigner基于Windows環境，有SFC、FBD、LD、ST、IL五種標準編程語言，軟件內嵌200多個軟件模塊,，如AGA3、AGA5、AGA7、AGA8、PID等算法，并專為石油天然氣的過程計量及控制應用集成了ACCOL III功能塊庫。

3.2.2 與第三方設備的通訊

現場液控柜內具有通訊能力的SCADA PACK控制模塊通過BELDEN 9842鎧裝通訊電纜（RS232的通訊方式）與TSR（TERMINAL SERVER）連接，TSR把串口的協議轉換為TCP/IP協議后與RTU進行通訊。現場觸摸屏是通過網線與RTU通訊的。下面對實現過程予以介紹。

（1）與現場液控柜的通訊

以液控柜的上傳點一級可調油嘴開度ZI10501為例說明，該點的地址液控柜存儲地址是1

點ZI10501在組態軟件Control Wave Designer中的組態見圖3所示其中在組態模塊中的定義、模式、通訊端口、數據類型、function、數據個數、列表號、數組號、數據類型依次分別定義為作主（即MODBUS）、2、101、1、4、1、8、1、0、3（16bit整型）。

（2）與現場觸摸屏的通訊

與現場觸摸屏的通訊和與液控柜在RTU中的組態方式類似，但是與現場觸摸屏通訊時作從（即MODBUS SLAVE）。

4 結語

自投用以來，系統長時間不間斷運行，性能穩定可靠，解決了現場關閉所有的單井耗時較長太長和在井口采集的數據無法發送到主控室的問題，減少了操作工的工作量，實現了無人值守。其在應用過程中也存在一些缺陷，如：硬件檢測無法在觸摸屏上顯示，若硬件出現問題不能及時發現；觸摸屏只連接了主控制器，而未連接冗余控制器，若控制器切換則觸摸屏不能顯示數據；組態時，硬點不能通過識別名稱組態。

[1]Forouzan B A著，王嘉禎，韓國棟，彭德云，等譯．數據通信與網絡［M］．北京:機械工業出版社，2005:229～244．

[2]劉延俊．液壓與氣壓傳動［M］．北京:機械工業出版.社，2002:100～121．

[3]齊友.RTU在天然氣集輸站場中的應用[J].重慶科技學院學報(自然科學版)，2011,01:19-21+39.

王輝（1991-），男，湖南衡陽人，助理工程師，主要從事工藝自動化相關工作。