PLC在油田數(shù)字化建設中的應用

王彥楠

（大慶油田自動化儀表有限公司，黑龍江大慶 163000）

現(xiàn)階段我國石油勘探技術發(fā)展速度不斷加快，在開采過程中也融入了各類自動化技術手段，切實提升了油田數(shù)字化建設水平。PLC 技術主要應用在污水處理、轉(zhuǎn)油脫水站監(jiān)測、中轉(zhuǎn)站油計量等環(huán)節(jié)，切實提升了油田開發(fā)效率，確保了當前油田開采量及油田資源利用率能夠滿足社會可持續(xù)化建設要求，為油田企業(yè)獲取更多經(jīng)濟效益、生態(tài)效益。

1 PLC技術理論研究

1.1 PLC技術概念

PLC 又被稱為可編程控制器，在具體運行過程中需要使用計算機技術、通信技術及機電控制技術等，因其具有優(yōu)秀的可靠性、廣泛性、簡便性而被廣泛應用在工業(yè)領域。

1.2 PLC技術特征

1.2.1 可靠性

在PLC 系統(tǒng)中的電路接口多為光電隔離，電路在實際運行過程中，可以將油田現(xiàn)場的外電路與可編程邏輯控制裝置中的電路進行電氣隔離[1]。此外，PLC 中的運行模塊內(nèi)具備屏蔽功能，能夠有效防止電磁干擾。重要的是，PLC 系統(tǒng)具有強大的自診斷能力，當電源或軟硬件設備運行異常時，PLC 系統(tǒng)能夠采取有效控制措施，防止故障問題演變?yōu)楹罄m(xù)安全事故。

1.2.2 廣泛性

PLC 系統(tǒng)接口豐富，在實際運行過程中能夠針對工業(yè)生產(chǎn)期間的交流與直流信號、開關量及模擬量信號、電壓值及電流等信號借助PLC 傳感裝置、變送裝置、繼電器等直接連接獲取，切實提升了生產(chǎn)參數(shù)的集中監(jiān)控采集比例。

1.2.3 簡便性

PLC 系統(tǒng)的編程操作簡單，可以配合使用梯形圖、語句表、功能塊圖、結構化文本等編程方式，滿足不同用戶的實際操作要求，實際操作更為簡便。

2 油田數(shù)字化建設現(xiàn)狀

2.1 數(shù)字化技術

數(shù)字化技術主要是將海量分散的數(shù)據(jù)作為重要資源進行挖掘，通過使用數(shù)據(jù)挖掘引擎，對數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容進行充分分析，獲取價值數(shù)據(jù)。使用關聯(lián)性分析方法，通過對數(shù)據(jù)間存在的關聯(lián)數(shù)據(jù)、目標數(shù)據(jù)及延伸信息進行充分挖掘，找尋數(shù)據(jù)間的內(nèi)在關聯(lián)，從根本上提升數(shù)據(jù)綜合利用水平[2]。借助數(shù)據(jù)存在的關聯(lián)性，還可以找到數(shù)據(jù)源中所需的目標數(shù)據(jù)及延伸數(shù)據(jù)，明確數(shù)據(jù)規(guī)律，提升數(shù)據(jù)利用水平。

對較多種類數(shù)據(jù)進行科學劃分，對于沒有規(guī)律的類型標記數(shù)據(jù)需要依照相關規(guī)則分類，使具備相同規(guī)律的信息聚集在一起，從根本上提升數(shù)據(jù)查找及應用水平，進一步提高各部門及工作人員對數(shù)據(jù)的認知力。數(shù)據(jù)化技術應用過程中還需要保持數(shù)據(jù)源的預見性，通過構建重要的數(shù)據(jù)類型，對數(shù)據(jù)內(nèi)容進行綜合分析及預測，從數(shù)據(jù)發(fā)展角度展開挖掘[1]。數(shù)據(jù)導入及導出過程中也經(jīng)常會出現(xiàn)偏差問題，因此在數(shù)據(jù)挖掘過程中還需要注重開展數(shù)據(jù)檢測工作，找尋出參照值及結果的差異。

2.2 數(shù)字技術在油田建設中的應用

油田建設運營與管理工作涉及的內(nèi)容復雜，對開采技術的要求不斷提升。現(xiàn)階段油田建設管理工作多數(shù)使用了信息系統(tǒng)及數(shù)據(jù)挖掘手段，借助計算機技術手段對運營管理全過程展開優(yōu)化及調(diào)整。

數(shù)字化油田建設應建立在油田建設原有網(wǎng)絡的基礎上，使用主流設計軟件及編程技術手段，將原有開采管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)槲幕ㄔO平臺[3]。構建油田建設數(shù)字化平臺需要進一步拓展油田建設時空維度，優(yōu)化各項開采及服務全過程。通過構建油田建設數(shù)字化平臺也能夠使油田建設在時間及空間上得到延伸，全面開展信息化工作，實現(xiàn)油田常態(tài)化管理及信息共享目標。

2.3 油田數(shù)字化建設現(xiàn)狀分析

油田建設是當下油田企業(yè)提升自身經(jīng)濟水平的重要方式。油田數(shù)字化建設改革流程較為復雜，建設內(nèi)容需要包括管理模式優(yōu)化、生產(chǎn)組織形式優(yōu)化等方面，通過結合油田企業(yè)階段性發(fā)展目標，制定數(shù)字化管理體系。

在油田數(shù)字化建設環(huán)節(jié)中，還需要通過重新分配人力及物力資源組建新管理框架，充分發(fā)揮出各項新技術應用優(yōu)勢。隨著當下科學技術發(fā)展速度不斷加快，在油田數(shù)字化建設過程中也應當注重關注數(shù)據(jù)庫資源完整性的問題，避免出現(xiàn)決策中斷情況。

3 PLC技術的油田數(shù)字化平臺

3.1 PLC技術下的油田數(shù)字化平臺設計

PLC 油田數(shù)字化平臺使用了技術成熟的編程軟件進行編程。軟件功能完善，包括硬件配置與參數(shù)設置、通信組態(tài)、編程、測試、檢測、移動及維護工作。在具體運行過程中還能夠結合油田建設控制標準，分析系統(tǒng)在運行期間存在的故障問題，具備良好的自診斷功能[4]。以油田開采系統(tǒng)為例，開采系統(tǒng)的模塊化主要由主程序、PID 控制程序、報警系統(tǒng)及溫度、壓力等傳感器測定系統(tǒng)構成，在實際運行過程中能夠全面監(jiān)管開采設備運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并預警存在于開采設備運行期間的故障問題。

3.2 PLC技術系統(tǒng)軟件設計

為滿足不同油田企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營管理工作領域?qū)τ吞锷a(chǎn)控制的要求，在PLC 系統(tǒng)設計過程中也需要著重提升開采設備監(jiān)管與調(diào)控水平。對PLC 技術模塊進行全面檢查，使設備處于正常運行狀態(tài)。結合設備實際運行環(huán)境特征及運行要求輸入所需控制的參數(shù)，設備運行過程中應當隨時測定各項參數(shù)值。著重關注油田數(shù)字化平臺中的PID 調(diào)節(jié)與設備控制工作，分析不同數(shù)據(jù)的差異，對油田數(shù)字化平臺進行進一步的功能完善。

3.3 PLC技術系統(tǒng)硬件組態(tài)及參數(shù)設計

PLC 技術系統(tǒng)中的硬件組態(tài)主要為電源、控制器、模塊，需設置合理的各硬件組成部分參數(shù)[5]。模塊中的參數(shù)需要使用編程軟件設計，在硬件組態(tài)中確定PLC 輸入及輸出變量地址，為后續(xù)用戶程序的設計工作奠定堅實基礎。

在組態(tài)設置時可以將系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊與其他模塊的參數(shù)均保存在CPU 中。在系統(tǒng)啟動CPU 后，可以自動與其他模塊進行通信傳送參數(shù)。

在硬件組態(tài)環(huán)節(jié)，需要首先生成站，然后配置電源、CPU、模塊，在CPU、模塊中打開對話框，設置參數(shù)。參數(shù)內(nèi)容主要包括網(wǎng)絡參數(shù)、模塊屬性、采集信號類型、從站參數(shù)等。設置保存編譯硬件，并將硬件下載到PLC 中。輸入及輸出模塊參數(shù)需要利用編程軟件設置，程序設計期間的CPU 必須處于停止運行狀態(tài)。在設置完畢后將程序下載到CPU 中。

3.4 共享平臺設計

為從根本上提升數(shù)字化油田建設平臺中的數(shù)據(jù)共享水平信息編碼標準，在現(xiàn)階段數(shù)據(jù)集成建設環(huán)節(jié)還需要構建一個完整全面的數(shù)據(jù)中心及規(guī)范的信息編碼標準，確保系統(tǒng)中的各業(yè)務體系能夠集成且保持統(tǒng)一。通過預先設計好的共享數(shù)據(jù)平臺，也可以將不同時期的業(yè)務子系統(tǒng)結合在一起，確保油田建設管理規(guī)范化、整體化、統(tǒng)一化開展。

共享平臺需要結合數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)抽取及整合工具，將油田建設管理各業(yè)務系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)抽取出來。借助數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則形成標準數(shù)據(jù)編碼，編碼存入到核心數(shù)據(jù)庫中，依照定義權限使用共享數(shù)據(jù)平臺中的各類信息資源。

共享數(shù)據(jù)平臺需要具備提供完整數(shù)據(jù)源、實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享等功能。例如在共享數(shù)據(jù)平臺運行過程中，涉及的信息覆蓋到油田建設縱向及橫向管理工作，滿足工作人員信息服務需求。

4 PLC技術下油田數(shù)字化平臺調(diào)試

4.1 PLC軟件調(diào)試

PLC 系統(tǒng)軟件調(diào)試工作需要在PC 機上進行。首先，分析油田生產(chǎn)期間對各類設備運行狀態(tài)及運行參數(shù)提出的要求。然后，將運行控制標準利用編程方式輸入到PC 機中[6]。PLC 系統(tǒng)運行環(huán)節(jié)可根據(jù)具體要求對模擬量、數(shù)字開關量等信號展開全面調(diào)節(jié)與處理，檢測PLC 系統(tǒng)中每個運行部件與功能。將檢測到的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)與標準數(shù)據(jù)進行對比分析，找到造成控制偏差問題的原因。最后，對PLC 技術系統(tǒng)參數(shù)進行合理調(diào)控，避免在油田數(shù)字化平臺實際運行環(huán)節(jié)出現(xiàn)較大偏差。

4.2 PLC硬件調(diào)試

設計后的PLC 油田數(shù)字化平臺硬件調(diào)試工作需要在投產(chǎn)前完成。選定系統(tǒng)中的某個設備作為硬件調(diào)控對象，確保設備各功能元件滿足檢測要求。啟動PLC 系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各配件來完善硬件配置，在切實保障硬件配置能滿足實際功能需求的基礎上，盡量控制PLC 控制系統(tǒng)開發(fā)成本，從根本上提升PLC 控制系統(tǒng)的適用性。

5 PLC技術在油田數(shù)字化建設中的應用方向

5.1 PLC技術與無線技術的融合

將PLC 技術與無線技術有機融合在一起。將前線生產(chǎn)單位作為前端，系統(tǒng)上位機作為后端，使開采井、開采站及生產(chǎn)管理線能夠生成工藝流程控制系統(tǒng)，在保障數(shù)據(jù)采集水平的基礎上，對各開采環(huán)節(jié)進行實時有效監(jiān)控。

由于多數(shù)油田所處的位置較為偏遠，交通及通信建設難度大，需要借助無線技術手段將各開采井及開采站緊密連接，借助PLC 技術進行開采數(shù)據(jù)的實時通信。因PLC 技術具有運行成本低、維護便捷、標準化顯著等特征，在應用于油田建設環(huán)節(jié)還需要進一步優(yōu)化油田無線組網(wǎng)。

配備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，結合油田采油平臺及抽油機井位開展設計工作，在配電箱處加裝PLC 設備，安裝以鍍鋅槽鋼為主的配電箱。借助抽油機配電箱為PLC 系統(tǒng)供電，提供供電機綜合數(shù)據(jù)。PLC 系統(tǒng)可以使用無線模塊，將位移傳感器信息及荷載傳感器信息傳輸?shù)缴衔粰C控制系統(tǒng)中。PLC 系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集后會借助網(wǎng)絡接口及無線通信模塊，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚碇行摹?/p>

配備無線監(jiān)測系統(tǒng)，將油田開采區(qū)域中的油井及開采站點利用無線監(jiān)測系統(tǒng)連接。為切實保障無線電信號傳輸?shù)钠椒€(wěn)性，還應當選擇高增益天線設施，在無線連接時使用點對多點方式。注重維護中心控制室與各監(jiān)控點的鏈路，做好PLC 設備的維護工作，使數(shù)據(jù)均能夠有效傳輸?shù)街行幕局?，保障采油生產(chǎn)資料的完整性。

5.2 PLC技術在油田生產(chǎn)水處理中的應用

油田開采過程中需要著重關注生產(chǎn)水處理工作，將未達標的生產(chǎn)水輸送到污水井進行過濾處理，達標的生產(chǎn)水回注到油層中。生產(chǎn)水處理設施應用時會受到環(huán)境及操作因素影響而出現(xiàn)故障問題，可以借助PLC 系統(tǒng)中的自檢功能，監(jiān)測故障發(fā)生部位，判斷故障發(fā)生原因并傳達維修指令。

構建生產(chǎn)水處理PLC 系統(tǒng)還需要關注數(shù)據(jù)采集與傳輸工作，根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)展開自動判別，使用適宜的應對方式。

5.3 PLC技術在石油計量中的應用

將PLC 技術應用在石油計量中，能夠使整個計量過程更為智能。編程計量程序，使其能夠開展定時計量工作，加強油井生產(chǎn)中的油、氣及水等數(shù)據(jù)管控力度。PLC 計量環(huán)節(jié)還需要對油井工作狀態(tài)進行細致分析，借助示功圖變化值顯示計量結果。在示功圖處于歸零狀態(tài)時，PLC 系統(tǒng)可自動跳過該油井，并對下一油井計量全過程進行監(jiān)測。

因PLC 系統(tǒng)的操作界面更為簡單直觀，便于相關管理人員使用系統(tǒng)中的各項功能，實現(xiàn)實時檢測的目標，從根本上提升油田計量水平。

6 數(shù)字技術在油田建設中的應用對策

注重結合油田建設具體施工要求建設功能完善的管理平臺及數(shù)據(jù)庫。在油田建設管理過程中需要明確管理目標、劃分管理職責，確定工程設計與施工重點內(nèi)容，落實各項責任體系。工程管理工作主要涉及合同管理、財務管理及流程管理等內(nèi)容[7]。在工程具體管理工作開展期間，需要數(shù)字技術融入財務管理、人力管理、開采管理工作，將每項管理工作結合在一起，協(xié)調(diào)項目管理中的各類關系，更加系統(tǒng)化、規(guī)范化的工作環(huán)境。要求油田建設數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)應當具備緊密式耦合結構，將嵌入式與松散式耦合結構相互結合，在系統(tǒng)相互獨立的情況下增強系統(tǒng)間的彼此聯(lián)系，使數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)具備獨立性功能。

7 結束語

通過發(fā)揮PLC 系統(tǒng)應用優(yōu)勢，能夠?qū)鹘y(tǒng)油田數(shù)字化平臺功能進一步優(yōu)化，從根本上提升生產(chǎn)工藝控制的精準性與便捷性。雖然現(xiàn)階段PLC 技術更加成熟，但在實際應用過程中還需要加強技術標準管控力度，結合設備運行功能及實際運行要求，選擇合適的PLC 技術系統(tǒng)中的軟件及硬件，增強PLC 技術下油田數(shù)字化平臺運行安全性及經(jīng)濟效益。