自动化油田SCADA监控系统的报警优化研究与应用

杜发平

（中国石油新疆油田公司，新疆 克拉玛依　834000）

自动化油田SCADA监控系统的报警优化研究与应用

杜发平

（中国石油新疆油田公司，新疆 克拉玛依834000）

针对SCADA系统监控参数报警频繁、误报警较多等情况，通过对SCADA系统报警参数进行统计分析，综合利用自动化、地质、工程解释资料，应用几何平均分析法和离散分析法等数据比对技术，总结报警参数变化规律，提出参数报警级别设置的技术方案，对SCADA系统各项自动化报警参数优化设置，提高报警数据准确性和重要性，有效保证监控准确率，实现现场信息采集及时准确、远程控制快速到位、达到故障巡检的要求，取得的社会效益较为显著。

SCADA系统；报警参数；优化设置研究；自动化应用

1　陆梁自动化基本情况

新疆油田陆梁油田作业区目前采用的监控系统是北京安控公司设计开发的SCADA软件系统，是集油田监视、控制和数据采集系统采用先进的计算机软件技术和自动化控制技术。该系统可以指导生产，提高油田生产的管理水平，提高劳动生产效率，为管理者进行正确决策及时提供准确有效的参考依据，同时为信息全面共享提供基础，能够适应油田自动化生产的发展、满足油田自动化总体需要的油田监控和数据采集系统，实现整个油田生产和管理的自动化。

该系统由现场测控单元（RTU）、测控中心监控和数据采集系统（SCADA）以及生产信息管理系统（DMS）组成。SCADA软件系统是直接与现场测控单元（RTU）以及生产信息管理系统（DMS）进行数据双向传输，能够实现抽油井、水源井、注水井、计量站、处理站等现场测控单元（RTU）数据的实时监测，同时能实现对RTU的遥控，并能够实现生产数据的归档保存。DMS数据库后台管理系统对监控和采集的数据进行后期加工处理，“油田生产自动数据综合应用系统”通过WEB实现动态发布。

2　报警优化设置研究

2.1报警管理系统

SCADA采用分布式的报警管理系统实现数据实时报警功能，可以报告系统活动及系统潜在的问题，保障系统安全运行。系统提供多种报警管理功能，包括：无限的报警区管理、基于事件的报警、报警优先级、报警过滤功能。SCADA系统用户对各项自动化数据设置报警参数，使得数据一旦超出设定范围，便发出声光报警。用户通过单击“工具条”上的“实时报警分析”按钮，可进入报警分析界面，应用单选按钮可以对报警信息进行筛选。

2.2报警参数现状及存在问题分析

2.2.1监测参数具有种类多样性和多变性。由于井区设备流程工艺参数有多种，数据类型多样，包括压力参数、温度参数、负荷参数、电流参数、运时参数等，数据随流程工艺不同而多变，数据随设备生产状变化而多变，数据还随季节等环境因素而多变。

2.2.2参数报警级别设置缺乏科学性。由于参数报警数值不是利用自动化时间监测到的所有数据进行比对分析得出，而是由采油站工程人员根据现场情况进行设置，工作经验起了很大的作用，存在很多人为因素，缺乏科学性和合理性，导致出现大量的无效报警，增加了监控人员的分析报警和确认报警的无谓工作量。

2.2.3同一数据频繁报警导致误报警较多。项目开展前，SCADA系统每日报警条数多达1200余条，找出频繁报警的参数主要是油井回压报警、油井悬点负荷报警、油井电流报警数居多，其次是管汇压力报警、注水压力报警和水井瞬时流量报警数次之，其中故障误报警居多，故障报警有效率较低。

2.3报警参数级别设置技术

报警参数的量程上下限是测量量程的最大值与最小值，而参数报警级别分为高报、低报、高高报、低低报四种级别，即参数工作值达到某一级别则报警，因此参数报警级别的设置是否合理，对于该参数是否报警，能否及时反映现场生产问题就显得尤为重要。

参数报警级别设置的研究主要以压力参数报警级别设置为例展开研究，其他参数均可按照此参数相同算法和设置方法进行计算。

压力参数报警是最高级别报警，报警优先级为H级或L级。从对压力数据统计入手，通过大量数据进行论证，摸索出压力数据波动的规律，应用各种方法计算出报警级别的设置数值。

表2-1　压力参数报警设置描述

2.3.1算法步骤

第一步：是应用统计分析方法，对频繁报警的井站的某一阶段的报警参数进行统计，去除其中的异常值，分析找出该参数在正常工作状态下的工作范围、多个正常高值、多个正常低值和算术平均值。

第二步：是应用几何平均分析方法，计算出正常高值、正常低值的几何平均数。

第三步：是应用离散分析方法，计算出正常高值、正常低值的标准差，用来分析正常高值与几何平均数、正常低值与其几何平均数的离散程度，以此来确定参数报警级别中的高报和低报。

第四步：是应用数倍关系方法，计算出正常高值、正常低值的放大倍数和缩小倍数，以此来确定参数报警级别中的高高报和低低报。

第五步：确定报警级别。

2.3.2确定各类压力报警级别

通过对自动化动态库里一个月内的360个数据进行筛选，分析排除其中的异常值，结合现场实际生产情况，分别计算得出集油管汇压力、单井回压、注水管汇和水井注入压力的高值标准差、低值标准差、放大倍数、缩小倍数的具体数值，如表2-2。

表2-2　各类压力参数计算数值

根据上面推算公式，确定出各类压力报警级别高报、低报、高高报、低低报的具体算法，如表2-3。

表2-3各类压力参数报警级别计算方法

因为，标准差是用来衡量和分析定距变量的离散程度或趋中程度，也就是说参数的标准差的大小可以用来衡量生产状态的稳定程度。油井悬点负荷参数、电流参数和注水井瞬时流量参数的报警级别设置，均可根据报警优先级，按照上述方法计算出参数报警级别高报、低报、高高报、低低报的具体数值。

3　应用效果

通过对全区计量站的集油线管汇压力和油水压力、载荷、电流等参数进行统计对比分析，总结参数变化规律，提出参数报警设置的技术方案，并通过现场验证，不断优化参数报警级别，使报警更合理高效，生产应用效果明显，提高报警数据准确性和重要性，帮助监控人员有效提高分析报警的效率和判断故障的准确率，有效保证监控准确率，在实现现场信息采集及时准确、远程控制快速到位、达到故障巡检的要求等方面取得较好社会效益。

3.1解决报警参数设置的技术瓶颈

本项目的开展过程中，充分综合利用自动化、地质、工程解释资料，对SCADA系统报警参数应用统计分析方法和数据比对方法，找到报警级别设置的理论依据，通过理论验证、结果分析、故障判断等方面，着重提出了参数报警设置的技术方案，打破了自动化SCADA系统报警参数仅靠经验设置的局面，并有针对性的提出了有效的解决方案，为以后报警参数优化提供了技术支持。

3.2摸索出报警参数的变化规律

通过充分应用数据统计方法、几何平均分析法和离散分析法等数据比对技术，计算出压力参数数据的标准差和放大倍数、缩小倍数，根据压力参数数据的变化情况，总结出标准差的大小可以用来衡量设备或数据的生产状态和稳定程度，负荷和电流参数经优化够仍高报是由于现场抽油机不平衡或井筒情况所致等规律，有效的对各项参数报警级别进行优化设置。

3.3明显提高故障报警有效率

通过对SCADA系统报警参数优化设置，报警优化效果显著，日报警数大幅度下降，目前每日报警条数仅380条左右，故障报警有效率由低于90%提高95%以上，有效提高了监控岗员工的分析报警和处理报警的工作效率。

3.4现场生产应用效果和社会效益显著

一是提高了整个报警系统的实用性，报警优化设置研究的理论依据已得到生产验证，在故障分析和现场处理上效果较为显著，其中的报警级别的设置算法和比对技术已形成固定模板，在多次的报警优化过程中应用效果较好。二是创造了良好4认识及结论

的社会效益，科学合理的报警设置和顺畅的流程，有效提高监控人员的工作效率，减少了现场人员在落实确认误报警的人力物力方面浪费，降低了工人的劳动强度，创造了良好的工作环境，极大地提高了职工的工作积极性。三是从整体上提高了生产过程的自动化监控水平，保持与国内生产监控自动化水平同步，在石油行业及中小企业中树立了良好的企业形象。

4.1优化SCADA系统报警设置，不仅明显提高报警有效率，也提高了故障分析和处理效率，是保证监控效率最有效、最直接的方法，有利于实现现场信息采集准确、远程控制快速故障巡检高效的要求。

4.2参数的标准差的大小与监控数据的生产状态好坏和稳定程度成正比，因为标准差是用来衡量和分析定距变量的离散程度或趋中程度，因此在监控过程中可将报警参数的标准差作为判断现场设备的生产状态和稳定程度的一个依据。

4.3悬点负荷参数和电流参数优化设置后 ，现场报警明显下降，报警有效率也大幅度提高，当现场仍出现一些负荷和电流高报和高高报时，需要采油站人员现场进行验证抽油机是否平衡或者检查井筒内液面和结蜡结垢情况。

4.4由于电流和负荷成正比，因此当出现电流误报警时，需结合负荷情况综合判断，除自动化仪器故障或异常外，还需要现场人员对抽油机是否平衡，或者检查井筒内液面和结蜡结垢情况进行详细检查和验证，以便更好的保障抽油机的正常生产。

［1］北京安控.EchoSCADA油田监控和数据采集系统操作手册ECHO5000.3.1版，北京安控科技股份有限公司空间，2011-02-25

［2］李新国.自动化中控室技术手册，陆梁油田作业区，2010.（8）

TE937

A

1003-5168（2015）11-016-03

杜发平（1982.01-），男，毕业于中国石油大学（华东）勘查技术与工程专业，现就职于中国石油新疆油田公司陆梁油田作业区自动化中控室，自动化中控室副主任，工程师，研究方向:油田信息自动化。