基于物联网的吐哈油田数字化站控管理系统

杨晓庆 河南建筑职业技术学院

基于物联网的吐哈油田数字化站控管理系统

杨晓庆 河南建筑职业技术学院

吐哈油田为了适应油田生产开发需求，在数字化站控管理系统方面采用物联网技术，物联网主要由感知层、网络层和应用层构成。采用了全新的站场管理系统RTU，利用网络微波通讯网、GPRS和光纤网，实时收集地下井筒油流数据、井周设备运行参数以及地震数据，经过简单的处理和格式转化进入管控中心数据库。系统可对油田站场生产数据远程实时采集、处理和分析，能够远程监控站场处理工艺过程。利用该系统能自动监控计量站的原油测量过程，精准确度可控制在±0.2%的范围内。物联网技术的应用拓展了油田生产开发业务，是实现油田数字化站场有效管理的基础，也是吐哈油田进一步发展的需要。

物联网；吐哈油田；数字化；站控管理；RTU

1 物联网技术

物联网技术进入数字化油田是油田勘探开发发展到一定阶段的成果，数字化油田利用物联网技术，可以快速地实现油田各级处理站运行数据的有效采集、传输、处理、分析以及汇总[1]，报表结果可以为管理层做决策提供科学依据，以期实现对油田的远程智能控制。吐哈油田数字化站控管理系统借助物联网技术，不仅可以实现远程数据的采集和处理，而且实现了生产各个环节运行的一体化监控，优化了油田各个环节的生产管理。

物联网技术是构建油田数字化站控管理系统的有效途径。借助于计算机互联网，物联网整合RFID、无线数据通信技术实现了网络化。在Internet中，物联网在计算机互联网的基础上，利用RFID技术实现物品（商品）的“交流沟通”，自动识别物品信息，实现了在网络上共享信息。

2 系统设计

数字化油田站控管理系统的设计是以物联网技术为基础实现的。主要以井场、联合站等生产处理部门为信息数据采集地点，借助传感器等自动采集设备，利用网络微波通讯网、GPRS和光纤网，实时收集地下井筒油流数据、井周设备运行参数以及地震数据，经过简单的处理和格式转化进入管控中心数据库[2]。吐哈油田生产过程中涉及很多站场的运行，例如油/气井、计量系统、原油处理站、联合站、增/减压站、注水井等，各个站场都会产生大量的生产运行数据，这些数据的数字化、信息化是油田高效生产和管理的发展趋势。

2.1 站控系统结构

中心控制室主要是对所有前端操作运行系统的数据进行监控与采集，它是远程监控的重要部门，也是保证数字化油田生产管理系统正常运行的核心[3]。

监控系统（SCADA）包括站场监控中心、区域监控中心以及总监控中心，主要由三个层面组成，分别是信号数据采集层、信号数据监控层以及信号数据应用层，如图1所示。

图1 信号数据采集与输出结构示意图

信号数据采集层主要包括RTU与一次仪表，任务是采集站场的生产运行数据，并进行简单的初步处理分析、备份存档；站控系统包含各类监控软件，信号数据监控层借助监控程序对站场生产现场进行监控和管理，遇到油井、计量站、原油处理站场异常运行状态，实时报警监控；信号数据应用层，即对采集来的生产信号数据进行信号转化，转化成能够识别的数据，然后进行归类、整理、分析和处理，整理成系统文件和报表，作为管理层做决策时的依据[4]。站控管理系统结构如图2所示。

站控管理系统的设计主要用于原油处理站、转油站、计量站及增压站等生产运行站场的管控。作为原油开采开发终端工艺的原油处理站，主要是将来自前端处理站的原油进行油气水分离处理，对原油进行提纯，对油田污水回收处理，以及对分离处理的天然气进行再加工及回收利用[5]。终端处理过程对工艺技术与工艺仪器设备要求高，站控管理系统利用RFID、设置控制站、采集设备、I/O模块等仪器设备，对整个终端原油处理工艺过程进行监控和管理，保证原油处理质量。

一般采用PLC/RTU系统进行站控系统设计，该系统主要的功能结构包括以下内容：

（1）一次仪表。主要采集仪表电流（4～20 mA），其中还包括压力计、阀门、液量计等小部件信息，利用I/O模块、电缆将各部件连接，协调工作。

（2）监控站。每一级监控站配备有主控单元、I/O模块、标准机柜及电源。借助于100 Mbps高速以太网，主控单元将监控软件、服务器、操作站等功能模块连接起来，构建Intranet网络，实现对各处理站场数据的全面管理，站场数据信号的采集以及信号类型转化功能的实现主要依靠I/O模块。

（3）服务器。服务器包括中心站服务器、远程监视服务器、I/O服务器、前端服务器、终端服务器、报表服务器、历史数据存档服务器及报警服务器等。

（4）联络系统。联络通信系统支持C/S结构。站场控制站与操作站之间的联络通信主要由系统网络承担；利用总线协议，控制网络主要实现I/O模块和控制站之间的通信。

2.2 功能特点

物联网由感知层、网络层和应用层构成，通过感知层识别物体基本特征，再由网络层对物件的信息进行传递，最后经过应用层应用于大型计算机，将传输层的生产数据与行业工艺处理参数进行协同调整与优化，以实现任何物件在网络上的智能化识别和管控[6]。借助于物联网技术，主要实现了吐哈油田数字化站场管控系统信号数据的采集与处理，实时监控站场运行状态，及时优化站场运行参数，以及为管理层提供数据报表等方面功能。

图2 站控管理系统结构示意图

（1）监测功能。利用监控系统，实时监测站场（联合站、原油处理站、计量站等）运行参数变化情况，进一步对站场仪器设备电信号（功率、频率、电度、电压、电流），以及对温度、压力、示工图等进行监测，起到实时监控生产参数，保证参数运行正常的目的。

（2）远程控制功能。监控中心和站场现场位置距离远，利用远程控制系统可以起到远距离监控与操作的目的，可靠性强。监控中心操作员通过观察电参数变化，来甄别仪器设备以及工艺流程运转状态，对事故进行分类。

（3）报警功能。站场（井场）电力设施破坏或者被盗，破坏了正常生产运行状态将立即启动报警系统，对出现的异常情况进行声光感应报警处理，通过对比正常状态下的运行参数，确认整个运行环节问题所在位置，监控中心根据报警信息做出应急决策。

（4）辅助功能。为系统良好运行配备了辅助软件，以期更好地服务站场管理，辅助功能可对原油处理站精细分离油气水进行技术监控，为计量站计量精准确度提供监督，对井场盗油、管道堵塞、电压不稳等异常情况进行监控，整理和完善生产数据报表。

2.3 系统型号

根据油田数字化站场管理系统的要求，北京安控的SuperE50系列RTU，采用了32位ARM技术，操作系统集成度高、功能强大、操作方便，是一款全新的站场管理系统RTU产品。包括的功能还有数据高速计数、RTD、TC、PID、通讯联网。该系统完全符合IEC 61131—3标准，功能性能更加强大，可与上位机完美组成控制系统，能实现对站场运行状态监控管理。

3 应用效果

吐哈油田的站场很多，原始的管理模式已经难以有效对站场生产运行数据进行处理，生产管理质量低下，对于前线站场数据的处理一般需要几个小时、甚至几天，而且井场出现异常生产事故，需要10个小时、甚至1天的时间才能发现，不能实现跨地域协同工作，也不能对生产各个环节进行监控，严重影响了井场采油任务，处理效率不高。

物联网技术的兴起，为油田数字化站场管控提供了技术支持。油田站场管控系统通过采用物联网技术，对油田远程的生产数据实时采集、处理和分析，能够远程监控站场处理工艺过程，相比以前原油处理站几个小时的数据传输和分析，现在能实时出分析结果和各类生产报表，实现了油田现场生产与管理的实时同步。利用该系统自动监控计量站的原油测量过程，准确度可控制在±0.2%的有效范围内，对原油计量站起到了有效的生产管控。物联网技术的应用拓展了油田勘探开发业务，是实现油田数字化站场有效管理的基础，也是吐哈油田进一步发展的需要。

[1]容涛，张乃禄，刘祥周，等．基于物联网的智能井场数据传输系统[J]．油气田地面工程，2013，32（9）：27-28.

[2]纪红．数字油田生产管理系统的建设[J]．石油规划设计，2011，22（6）：5-6.

[3]闫学峰，檀朝东，吴晓东，等．油井生产实时分析优化专家系统PES的研发及应用[J]．中国石油和化工，2009（11）：61～64．

[4]彭越．基于物联网技术的“数字化油田”建设[J]．油气田地面工程，2014，33（4）：61-62.

[5]田军庆，高辉．浅谈“数字油田”的建立[J]．油气田地面工程，2002，21（4）：133-134.

[6]王全治．基于物联网技术的PES系统在青海油田的应用[J]．石油工程技术，2011（4）：51-53.

（栏目主持焦晓梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.5.026