PLC控制系統在數字化油田上的應用

孫 虎，桂宏飛

（中海石油（中國）有限公司渤中作業公司，天津 300450）

1 數字化油田建設的現狀

數字化油田建設能夠提供企業長期發展后備動力，是企業核心競爭力的保證。數字化油田建設所涉及的工程內容包括企業勞動組織架構改革、生產組織形式改良以及管理程序優化等。通過在企業內部進行全方位的變革，從企業未來發展的主體角度進行思考規劃，從而實現數字化過程中各要素的高效配置，協調技術、勞動力以及人才等各要素，因而油田數字化建設作為一項系統工程，是企業建設發展的長期目標。當前隨著大數據技術在油田數字化建設中應用，深入研究分析大數據技術的基礎上，確保工作的效率以及質量的提升，是當前諸多油田企業面臨的重點問題。大數據技術的應用過程中，其決策的環節可能因為各種問題而出現中斷的情況，主要的影響原因在于大數據的基礎數據庫資源完善性不足，因而無法滿足現實的需要，因而在應用大數據的過程中，需要構建系統、完善的油田基礎數據資源，確保其在油田數字化建設過程中的應用效果。

近些年來，數字化油田建設成效非常顯著，隨著物聯網、云計算等項目的開展實施，使得數字化油田建設已經從分散向集成化過度，而這一任務的完成，與現代化的管理模式革新密切相關，數字化油田的推廣以及普及，是實現其開發管理一體化體制建設的關鍵，是油田企業未來可持續發展的關鍵，能夠提升企業的核心競爭力。隨著現代信息技術的發展，從“互聯網+”的發展戰略視角來看，數字化油田逐漸智慧化，優化建設能夠降低工作人員的壓力，提升企業的經濟效益，對于社會發展大有裨益。

2 PLC控制系統特點分析

PLC是指可編程邏輯控制器，在整個工業生產流程中，作為一種能夠實現工業控制的電子計算模式，具有顯著的特點。

2.1 高性價比

相較于傳統模式下的繼電器系統，PLC有著價格成本優勢，其造價更加低廉，且整個控制系統，形成了大量的編程單元集成，以此為基礎能夠實現系統的控制功能。將PLC技術與通信技術相結合，可以進行系統的集中管理以及分散控制，整體的性價比相對較高[1]。

2.2 使用便捷

PLC主要是通過豐富的編程語言來實現其功能，在應用過程中，其語言的形式比較簡單，邏輯類型圖比較清晰，在實際進行編輯的過程中，規律性較強，因而對于較多的人而言，通過簡單的學習能夠掌握基礎知識，且沒有計算機編程基礎的工作人員也能夠掌握PLC編程的精要內容。

2.3 標準化生產

對于PLC控制系統而言，其主要是通過多種零部件聯合，形成完整的標準化控制體系。對于整個PLC系統，通過各種零部件系統應用來實現生產能力的標準化。用戶可以根據自身的控制需要，來進行PLC系統的設置調節，從而實現多種功能的控制。

2.4 維護便捷

PLC控制系統在實際應用的過程中，其修改程序比較完備，且系統的設計水平相對較強，因而在實際的應用過程中，可靠性以及穩定性較高。在系統運行的過程中，PLC能夠針對各種故障有效調試，在應用過程中，維修保養非常方便，且整體效率較高。

3 PLC在數字化油田生產中的應用形式

3.1 PLC與無線技術的結合

信息化整體架構生產過程中，以生產的基本單位為前端，形成井、管線生產流程的控制系統，實現數據采集、過程監控以及動態分析的過程。因油田特殊的地理位置原因，其交通通信設施相對較為落后，而無線局域網技術建設能夠實現數據通信，具有應用便捷、維護方便、成本低廉等多方面的優勢[2]。

3.1.1 無線監控系統

在油田開采的區域內，在生產現場設置無線監控點，油田總控室設置系統的中心基站。同時選用優波來進行高增益天線的配置，應用點對多點的無線連接的方式，來實現油田總控室以及各監控點之間的無線傳輸主鏈路連接，無線通信設備以及現場的PLC有效結合，能夠將生產現場數據、運送實時數據以及設備運轉數據等實時動態傳輸，提供采油生產調度單位有效資料。

3.1.2 數據采集系統

通過在油田采油平臺設置抽油機井，在配電箱的位置配置PLC設備，其箱體主要采用鍍鋅槽鋼在油井鋼筋混凝土的底座上固定，而PLC用電取自平臺的配電箱，同時從平臺配電箱獲取各種電機的綜合數據作為參數，通過無線傳導的形式獲取載荷以及位移傳感器信息。在室外主要通過各種傳感器以及PLC控制器，借助儀表保溫套進行保溫，平臺的所有數據采集在PLC處集中，最后通過IP接口向平臺的無線通信模塊匯集，向油田處理中心接入[3]。

3.2 PLC控制系統在石油計量中的應用

當前我國的石油行業納入了PLC控制系統，以人工間歇的計量方式，實現整個計量過程的智能化，通過相關程序的控制，定時對油井進行循環計量，分析油井的油、氣、水的三相數據，在計量的過程中，通過PLC控制系統能夠對油井的工作狀態進行分析，分析判斷的基礎上，如果PLC控制系統不工作則可以將此油井跳過，然后進行下一個油井的計量工作。同時PLC控制系統具有較為簡單友好的操作界面，整體的運行穩定性較強，便于進行實時監測，同時能夠提升油田的計量效率。

3.3 PLC控制系統在油田生產水處理中的應用

油田在進行開發時，通過成套的PLC控制系統進行生產水的處理，能夠將油田作業生產水充分處理。一旦發生了生產水處理設備的故障時，通過自動檢測以及診斷系統，將監測故障的位置置于控制中心界面處，根據自動監測的結果判斷故障發生的準確位置，隨后采取對應措施展開維修，從而確保油田的生產水及時科學地處理，降低了對于環境的污染，使得企業的經濟效益全面提升。

生產水處理裝置的主要構成系統包括一系列PLC控制系統，完成數據收集、控制，同時將所有的數據信息內容向控制室傳輸，建立操作人員以及以太網連接，從而進行數據傳輸。通過自動反沖洗裝置能夠將生產成本降低，從而將工人的工作量降低，提高工作效率，改善工作環境，通過建立自動反沖洗控制系統來實現控制。系統的構成主要包括操作員站、生產水處理控制系統、外圍反沖洗水泵以及電動閥門等，而濾灌的過濾裝置為自動控制裝置，濾灌能夠控制進水、出水以及電動閥等，如果達到規定的反洗時間，通過系統裝置能夠自動進行反沖，在關閉進出水管的電動閥后，將反沖洗水泵打開，控制反洗水量，自動開啟罐反沖洗進、出水閥，充分攪拌反洗共用時20min，隨后電動閥復位，完成正常過濾過程，整個反沖洗的過程不斷進行。

4 PLC控制系統在數字化油田上的應用效果

當前數字化油田有著更加廣泛的應用，能夠顯著提升管理成效，且各項指標呈現穩定上升態勢，通過數字化技術可以提升油田的生產質量以及效率，完善企業數字化建設，數字化技術多方面的有效應用，使得油田建設體系逐漸全面化、系統化，綜合效益也顯著提升。

4.1 數字化管理效益突出

油田數字化建設不斷推進的過程中，其數量持續增加且建設規模不斷擴大，石油企業的集輸工藝、機采工藝等也持續改進，通過網絡數字技術分析單井荷載數據變化狀況，同時根據電量數據進行數據的搜集處理，可以提供決策參數支持，同時也能夠嚴格控制抽油機的用電量，通過遠程控制技術，來實現企業管理的轉型，從定性管理到定量管理過度。在為應用PLC進行數字化油田建設之前，企業的能耗相對較高，而通過對各個環節的精細化管理，獲得了較為顯著的成效，如將精細化管理應用到集油環摻水量管理中，其摻水量持續減少，從而可大幅節省成本。而在供電網絡管理系統中應用數字化技術，能夠通過智能型網損管理功能，維持最佳的電網運行狀態，通過開關進行電網的故障查找，節約了故障修復的時間，確保供電能夠安全、持續進行。而通過預警感知以及提醒系統，能夠及時發現問題，同時將存在的故障內容向相關部門發送，根據提供的信息參數來制定解決對策信息，通過網絡技術進行數據信息的實時共享，從而使得各項決策更加高效科學，生產管理過程完全發生轉變，由事后處理向事前預控以及事中監測過度，從而提升整體的管控質量。通過油田的數字化管理系統，進行架構的完善處理，使得人員安排更加精簡，各個班組的劃分以功能為依據，相較于傳統的工作模式，能夠使得工作流程更加精化，形成一種高效的配合模式，將集中遠程管控與站庫二級布控相結合，將指揮中心作為系統管理體制，來進行生產勞動組織的優化，也能降低勞動強度。

4.2 提升油田管理效率及質量水平

通過PLC進行數據信息的共享，能夠充分掌握生產動態狀況。在完成數字化建設后，可以將企業數據由非連續性的數據點向連續性的數據點轉變，管理人員根據前線的生產運行狀況進行實時監控，改變傳統站間數據信息定期巡邏檢查的方式，通過數字化技術能夠進行定期數據錄入，各項信息通過網絡獲取上傳，能夠防止因為人工記錄而導致的誤差，將企業的生產運行狀況，通過連續的信息流反映出來，管理人員通過預警感知系統、電子巡檢系統來了解數據信息，明確前線的生產詳細情況。應用PLC進行數字化油田建設，還能夠提升生產管理單元的勞動效率，企業的生產管理模式實現了自動化，改變了以往重復復雜工作的局面，提升了企業員工的工作積極性，工作質量以及效率也得到了提升。以往未應用數字化油田進行生產前，站間的關鍵生產單元需要專員來組織生產，定期進行油水井的巡查，而通過數字化控制，能夠改進站間的管理模式，建立起更加先進的管理體制。

5 結語

當前隨著社會技術革新，信息化技術逐漸向各個領域滲透，自動化技術在油田行業的應用，能夠加速企業的升級發展。通過PLC系統在油田數字化建設中的應用，能夠利用其控制系統兼容性的優勢，充分發揮操作控制中的價值，使得一些程序操作更加便捷。在生產作業過程中加以應用，維持油田的整體安全生產水平，通過針對生產過程中的各個基本單元生產狀況的實時監控，能夠發現生產過程中存在的各種問題，同時提供有效的解決方案。因此，PLC系統在數字化油田建設系統中具有重要價值，其應用前景十分廣闊。