基于油田SCADA系統(tǒng)的自動調(diào)配注可行性分析

劉黎明 馬麗 劉繼陽

摘要：SCADA系統(tǒng)作為以計算機(jī)為基礎(chǔ)的DCS與自動化監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用油田生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。本文基于長慶油田采油作業(yè)區(qū)完善的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)與成熟的SCADA系統(tǒng)，對實現(xiàn)油田注水過程中自動調(diào)配注的可行性進(jìn)行深入研究。

關(guān)鍵詞：SCADA系統(tǒng);油田注水;自動調(diào)配注

作業(yè)區(qū)SCADA系統(tǒng)建成以來，各項功能日趨完善，極大地減輕員工勞動強(qiáng)度、降低安全隱患。但當(dāng)前SCADA系統(tǒng)多停留在數(shù)據(jù)監(jiān)視，數(shù)據(jù)及設(shè)備控制應(yīng)用較少。本文旨在憑借SCADA系統(tǒng)強(qiáng)大的監(jiān)視控制功能，分析能否在不改變現(xiàn)有注水系統(tǒng)硬件設(shè)備的條件下，通過編寫控制程序代碼實現(xiàn)注水井自動配注功能。

根據(jù)SCADA系統(tǒng)油田注水模塊建設(shè)現(xiàn)狀，將系統(tǒng)分為注水設(shè)備前端、數(shù)據(jù)鏈路、SCADA服務(wù)器端三部分。入手分析，判斷現(xiàn)有系統(tǒng)是否能夠平穩(wěn)運行控制指令，數(shù)能否保證控制指令傳輸可靠，是否滿足自動調(diào)配功能要求。

1、可行性分析

1.1設(shè)備前端的可行性分析

1.1.1前端設(shè)備概況

采油作業(yè)區(qū)目前使用的注水前端設(shè)備為起穩(wěn)流調(diào)節(jié)的GLZ型高壓流量自控儀，其由測量機(jī)構(gòu)、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分構(gòu)成。

1.1.2前端設(shè)備分析

GLZ型高壓流量自控儀在油田應(yīng)用多年，能夠滿足油田注水工作建設(shè)需要，具有以下幾個優(yōu)點。

（1）注水設(shè)備能夠滿足生產(chǎn)現(xiàn)場運行要求

根據(jù)高壓流量自控儀及數(shù)字壓力變送器技術(shù)參數(shù)可知，各項指標(biāo)均滿足注水工作運行要求。

（2）注水設(shè)備具有穩(wěn)流調(diào)節(jié)功能

注水設(shè)備穩(wěn)流調(diào)節(jié)能夠通過測量機(jī)構(gòu)、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分實現(xiàn)閉環(huán)調(diào)控。

（3）注水設(shè)備具有遠(yuǎn)程調(diào)配功能

高壓流量自控儀表頭支持用戶遠(yuǎn)程調(diào)配功能。

1.1.3前端設(shè)備可靠性評價

注水前端設(shè)備均能夠滿足生產(chǎn)現(xiàn)場要求，為注水井流量自動調(diào)節(jié)提供了硬件基礎(chǔ);注水設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)流調(diào)節(jié)，為注水井流量自動調(diào)節(jié)提供了功能保障;注水設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)配，為基于SCADA系統(tǒng)下的注水井流量自動調(diào)節(jié)提供了理論依據(jù)。滿足基于SCADA系統(tǒng)下的注水井流量自動調(diào)節(jié)的工作需要。

1.2 數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)目尚行苑治?/p>

1.2.1數(shù)據(jù)鏈路概況

基于SCADA系統(tǒng)下的注水井流量自動調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)鏈路，包括SCADA服務(wù)器至井場主RTU數(shù)據(jù)通訊鏈路、井場主RTU至注水井協(xié)議箱數(shù)據(jù)通訊鏈路、注水井協(xié)議箱至高壓流量自控儀數(shù)據(jù)通訊鏈路三部分。

1.2.2數(shù)據(jù)鏈路分析

（1）SCADA服務(wù)器至井場主RTU數(shù)據(jù)通訊

SCADA服務(wù)器至井場主RTU通訊采用MODBUS/TCP協(xié)議，它利用TCP/IP協(xié)議將Modbus消息封裝成IP包，使它能在Internet上傳輸。

（2）井場主RTU至注水井協(xié)議箱數(shù)據(jù)通訊

井場主RTU至注水井協(xié)議箱采用MODBUS RTU通訊協(xié)議。

（3）注水井協(xié)議箱至高壓流量自控儀數(shù)據(jù)通訊

注水井協(xié)議箱與高壓流量自控儀數(shù)據(jù)傳輸采用如圖RS485通訊類型。

1.2.3數(shù)據(jù)鏈路可行性評價

作業(yè)區(qū)以光纖為主、網(wǎng)橋為輔的工業(yè)以太網(wǎng)建成，為基于SCADA系統(tǒng)下的注水井流量自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ);井場內(nèi)以Zigbee技術(shù)為主組建的無線局域網(wǎng)，為單個井場（閥組）基于SCADA系統(tǒng)下的注水井流量自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)提供了井場內(nèi)的高效通訊方式;閥組間內(nèi)以RS485總線通訊方式完成注水井?dāng)?shù)據(jù)上傳、下載，同一閥組多口自控儀精準(zhǔn)控制，為注水井流量自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)提供了控制手段。

1.3 服務(wù)器端（SCADA系統(tǒng)）遠(yuǎn)程控制的可行性分析

1.3.1服務(wù)器端概況

作業(yè)區(qū)服務(wù)器端共配有SCADA應(yīng)用服務(wù)器3臺，其中主、從服務(wù)器實現(xiàn)雙機(jī)冗余，歷史服務(wù)器用于歷史數(shù)據(jù)儲存;配備千兆CISCO交換機(jī)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換;北京三維力控科技有限公司為SCADA系統(tǒng)提供軟件支持。

1.3.2服務(wù)器端（SCADA系統(tǒng)）遠(yuǎn)程控制分析

作業(yè)區(qū)SCADA系統(tǒng)服務(wù)器的雙機(jī)熱備冗余特性，千兆CISCO交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)配置以及力控軟件的可編程性可完全達(dá)到自動配注遠(yuǎn)程控制功能要求。

（1）雙機(jī)熱備冗余

雙機(jī)冗余系統(tǒng)通常所指的是驅(qū)動程序的冗余和SCADA軟件的冗余。

（2）主干配置千兆交換機(jī)

作業(yè)區(qū)主干線路及SCADA服務(wù)器端配備千兆CISCO交換機(jī)。滿負(fù)荷運行的情況下仍有66.371%數(shù)據(jù)傳輸速率可應(yīng)用，可為后續(xù)增加較多的控制性指令。

1.3.3?SCADA系統(tǒng)中控制程序代碼

SCADA系統(tǒng)中控制程序代碼，采用C語言編寫，邏輯通俗易懂。具有較強(qiáng)的可復(fù)制性。

1.3.4 服務(wù)器端遠(yuǎn)程控制的可行性評價

服務(wù)器端雙機(jī)熱備冗余為基于SCADA系統(tǒng)下的注水井流量自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)提供了可靠平臺;千兆交換機(jī)的配備為基于SCADA系統(tǒng)下的注水井流量自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)提供了改造空間;SCADA系統(tǒng)力控軟件程序的編寫、完善為基于SCADA系統(tǒng)下的注水井流量自動調(diào)節(jié)實現(xiàn)提供了有效方法。

結(jié)束語

本文通過從設(shè)備前端、數(shù)據(jù)鏈傳輸及服務(wù)器程序的研究闡述了基于SCADA系統(tǒng)注水井自動配注的可行性。自動配注功能建立在作業(yè)區(qū)完善的SCADA系統(tǒng)油田注水模塊下，憑借其功能強(qiáng)大的SCADA服務(wù)器組，高效的數(shù)據(jù)鏈路，可靠的注水前端設(shè)備替代人工調(diào)節(jié)，彌補(bǔ)人工調(diào)節(jié)時存在監(jiān)控不到位、配注調(diào)節(jié)時效性差等問題。

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