蘇里格南作業分公司數字化氣田設計與實現

唐瑞志

中國石油長慶油田蘇里格南作業分公司 （陜西 西安 710018）

隨著油氣田工業的發展和工業自動化水平的提高以及網絡通信技術和SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統的廣泛應用，氣田數據采集逐漸從人工記錄過渡到自動化采集，數據傳輸逐漸從電話上報過渡到網絡傳輸，數據監控逐漸從站場監控過渡到遠程中心監控，整個氣田生產、建設、安全管理由傳統方式向數字化方向發展。中國石油長慶油田蘇里格南作業分公司（以下簡稱蘇南公司）自試氣生產以來，完成1座監控中心、1座閥室、2座集氣站、34座井叢、308口單井數字化建設工程，涵蓋生產數據采集、電子巡井、場站實時監控、應急管理、數據分析、數據整合、數據共享等內容，實現“同一平臺、信息共享、多級監視、分散控制”。

1　蘇南公司數字化實現的功能

蘇南公司數字化實現了以下功能：實時動態監測；全程網絡監視；多級遠程關斷；遠程自動排液系統；緊急安全放空；設備自動啟停；智能安防監控；報表自動生成。

2　數字化氣田的設計與實現

2.1　自動控制系統

2.1.1蘇南公司自動控制系統建設及運行思路

蘇南公司控制中心設SCADA控制系統，完成整個蘇里格南氣田區塊所屬集氣站、井叢和干線閥室的監視、管理和控制，建立全區塊的數據庫，并根據氣田生產狀況完成對各集氣站及井叢的管理調度[1]。除此之外，蘇南公司控制中心SCADA控制系統還接收蘇里格第五天然氣處理廠集氣區蘇南區塊來氣的濕氣交接計量數據和天然氣組分數據，以及其配氣區的產品氣計量數據和天然氣組分數據。SCADA作為整個蘇南公司自動控制系統核心，由2座集氣站及其所轄井叢、1座中間閥室內的CONTROL WAVE冗余控制器組成下位機，以集氣站和控制中心的PKS服務器為上位機，各節點間以光纖通訊連接搭建（圖1）。

圖1　蘇南公司自動控制系統網絡結構圖

2.1.2蘇南公司集氣站站控系統

蘇南C1集氣站及蘇南C2集氣站設站控系統SCS（Station Control System），實現集氣站、井叢運行數據進行采集、動態監測，對集氣站、井叢設備進行遠程控制。蘇南C1集氣站、蘇南C2集氣站站控系統接收所轄各井叢RTU上傳的生產數據，同時完成集氣站內主要生產過程參數進行監視、控制和報警[2]。站控系統通過專用通信光纜，采用RJ 45接口TCP/IP協議將集氣站和所轄井叢的生產數據，上傳蘇里格南區塊中心管理站SCADA中心控制系統，并接受SCADA中心控制系統下發的操作指令。SCADA中心控制系統將相關生產數據上傳長慶油田公司生產管理系統，長慶油田公司生產管理系統只接收蘇里格南區塊的生產數據，不下發操作指令。

2.1.3井叢自動控制系統

建設一座自動化、智能化、現代化大氣田，作為整個蘇南公司數字化系統基礎構架，前端數據采集與處理顯得尤為重要。根據蘇南項目ODP規劃，各井叢、井口和無人值守的閥室設SCADA系統遠程終端裝置（RTU——Remote Terminal Unit）。各井口RTU完成對所在井口的數據采集、流量計算、存儲和控制，而且將有關信息采用RS 485接口MODBUSFORRTU協議傳送給井叢RTU，并接受SCADA中心控制系統和集氣站站控系統（SCS）通過井叢RTU下達的命令。各BB9、BB9′井叢RTU接收所轄各井口RTU上傳的生產數據，并完成對所在的井叢生產過程參數進行監視、控制、報警。同時采用RJ 45接口TCP/IP協議將生產信息傳送給集氣站站控系統（SCS），并接受SCADA中心控制系統和集氣站站控系統（SCS）下達的命令。干線閥室RTU監控干線閥室和清管站的生產數據,通過專用通信光纜，采用RJ 45接口TCP/IP協議將數據上傳蘇里格南區塊中心管理站SCADA中心控制系統[3]。

目前，蘇南公司所有井叢均能實現“動態生產數據實時監測、視頻監控系統遠程監視、功放系統正常運行、風光互補系統正常供電（BB9井叢）、截斷閥及電動閥遠程切斷、注醇泵遠程關斷”等功能（圖2）。

圖2　蘇南公司單井流程圖

2.2　通訊系統

2.2.1蘇南公司通訊系統架構

蘇南公司數據傳輸全部采用光纖通訊，BB9井叢數據采集處理后，通過四芯光纜傳輸至BB9′，再通過BB9′與集氣站之間的八芯光纜進行通訊。集氣站之間采用六芯光纜進行傳輸鏈接，蘇南C1站與控制中心之間通過十二芯光纜進行數據傳輸[4]。控制中心通過10GSDH與長慶油田公司骨干環網進行鏈接，將生產數據、應急搶險、視頻監控、生產報表、動態分析、車輛調度等相關數據及信息傳輸至長慶油田公司數字化生產指揮系統。

2.2.2視頻通訊系統

井叢攝像機視頻信號通過同軸視頻電纜上傳至視頻服務器，變焦控制信號通過電纜上傳至視頻服務器，視頻服務器將信號以TCP/IP協議通過RJ 45井口經ONU通過光纜上傳至蘇南集氣站的OLT終端設備，使用EPON無源光通信的方式實現井場數據及視頻信號的傳輸，數據寬帶≥10Mbps，來實現井叢與集氣站之間的通訊[5]。井場揚聲器通過視頻服務器的音頻接口傳送提醒、警告等信號。

2.3　蘇南公司數字化生產指揮系統

2.3.1蘇南公司數字化生產指揮系統簡介

蘇南公司數字化生產指揮系統是按照“軟件標準化、應用智能化、功能模塊化、維護便捷化、決策數字化”建設思路，集油氣集輸、安全環保、重點作業現場監控、應急搶險、輔助生產保障為同一平臺的運行指揮系統。主要負責對數字化前端傳來的實時數據進行匯總、分析和處理，并將一部分實時數據轉變成管理數據，提供給不同崗位的管理人員。作為蘇南公司數據集散中心，并將相關數據上傳至長慶油田數字化生產指揮管理系統。

目前，隨著數字化建設的全面推廣以及技術的日益成熟，蘇南公司的數字化基礎設施也具有了一定規模。建設在井場、集氣站以及閥室等生產現場的自動化儀器對生產的實時數據進行收集，并轉變成管理數據，通過數字化生產指揮系統輸送給各個崗位的管理人員，有效地提高生產效率，促進了生產現場精細管理。

2.3.2蘇南公司數字化生產指揮系統架構

蘇南公司數字化生產指揮系統分為生產運行調度系統、安全環保監控系統、應急搶險指揮系統、生產輔助保障系統4大板塊，測井、錄井、試氣、天然氣生產、集輸、生產日報、車輛管理、應急管理、設備臺賬、視頻監控、場站檢修等47個子版塊，涵蓋地質學、鉆井、地面建設、生產運行、檢修技改、材料出入庫等產能建設及生產運行管理內容，分為長慶油田公司、蘇南公司、作業區3級生產指揮管理系統。

3　數字化實施的成果

蘇南公司數字化管理的實質，就是將數字化與勞動組織架構和生產工藝流程優化相結合，按生產流程設置勞動組織架構，實現生產組織方式和勞動組織架構的深刻變革；把蘇南氣田數字化管理的重點由后端的決策支持向生產前端的過程控制延伸。

3.1　提升管理水平

在蘇南公司監控中心構建了數據監控、遠程控制、智能安防、數據管理、異常報警等功能。監控中心不僅能實時對作業區生產數據以及生產運行進行監視和控制，還可對所轄站的各種運行參數進行預警和報警，并進行相關的管理，實現了監控中心的數字化管理，提升了蘇南氣田整體管理水平。

3.2　提高勞動生產率

蘇南公司數字化建設帶來的是管理模式的變革，推進了傳統條件下組織勞動構架的改變。在氣井巡井、井站緊急截斷放空等操作中，減少了一線操作員工的用工數量和工作時間，從而減少生產定員，緩解人力資源壓力，降低運行成本，大大提高了蘇南氣田每一個環節的管理效率。

參考文獻：

[1]何克中,李 偉.計算機控制系統[M].北京:清華大學出版社,2000.

[2]劉金琨.先進PID控制及其MATLAB仿真[M].北京:電子工業出版社,2004.

[3]胡壽松.自動控制原理[M].北京：科學出版社,2001.

[4]于海生.微型計算機控制技術[M].北京:清華大學出版社,1999.

[5]姜長生.智能控制與應用[M].北京：科學出版社，2007.