采油作业区SCADA系统数据的综合应用研究

2016-09-20刁海胜王军锋郑新军郑国玉罗凌燕朱文涛章占强

石油化工应用 2016年5期

关键词：数据应用

刁海胜，王军锋，孙明，郑新军，郑国玉，罗凌燕，朱文涛，章占强

（中国石油长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川　750006）

智能油化工程

采油作业区SCADA系统数据的综合应用研究

刁海胜，王军锋，孙明，郑新军，郑国玉，罗凌燕，朱文涛，章占强

（中国石油长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川750006）

采油作业区SCADA系统的建设，实现了现场数据链的标准化程序、站控系统驱动的标准化升级和用户权限的统一集中管理，有效地提升了站控系统运行的速度、稳定性、可靠性和安全性，其核心是实时监控与报警，但在此过程中录取了大量的数据，这些数据对于地域分散、难于同步获取多点参数的采油作业区而言，具有非常重要的意义，因此数据的综合应用是对SCADA系统强大的数据采集功能拓展，针对采油厂大量的数据汇总、应用、分析不断拓展软件功能、开发配套工具，将分散于油区的各数据点按照规律纳入统一的管理体系，为油田开发提供大量客观、真实的数据。关键词：数据；转发；应用

长庆油田自1997年引进SCADA系统，已在靖边气田、榆林气田、三个输油处的长输管线得到广泛应用和普遍认可。苏里格气田自2005年规模开发以来，首先在集气站采用站控系统进行就地控制、远程监视。2009年又进一步探索采用SCADA系统完成从井口到集气站的无人值守，实现了苏里格气田增产不增人。

2013年，长庆油田在采油三厂油房庄作业区开展了国产SCADA软件在采油厂生产管理中的项目试验，利用一年的时间完成了两个作业区的试点建设，并最终形成长庆油田采油作业区SCADA系统建设标准，截止2015年采油三厂13个作业区、318座站点、5 139口油井、2 068口注水井，7 698台设备，154 752个数据采集点已全部完成SCADA系统建设并上线运行。作业区SCADA系统的建设，实现了现场数据链的标准化程序、站控系统驱动的标准化升级和用户权限的统一集中管理，有效地提升了站控系统运行的速度、稳定性、可靠性和安全性。

1　SCADA系统数据应用方式

SCADA系统在实现数据采集、分析、展示、转发等功能的基础上［1］，按照“集成化、数字化、可视化和个性化”的技术路线，集成、整合长庆油田数字化现有的综合资源，创新技术和管理理念，充分利用最新的计算机网络技术、数据整合技术、数据共享与交换技术，建立统一的生产管理、综合研究的SCADA系统，实现“同一平台、信息共享、多级监视、分散控制”，从数字化增压橇、注水系统压力调节等方面入手，达到强化安全、过程监控、节约人力资源和提高效益的目标，同时根据数据的应用方式不同划分为以下三类。

1.1SCADA系统内部数据调用

充分利用SCADA系统，拓展基本功能，在不影响系统实现正常、稳定采集数据的前提下，将注水井控制、数字化增压橇控制纳入应用，综合利用实时采集的注水井瞬时流量、数字化增压橇液位、稳流配水功能以及外输泵远程控制功能，实现注水和输油逻辑的简单判断，将频繁的、人工操作的工作由系统完成（见图1）。

图1　SCADA系统功能拓展

1.2充分利用软件接口标准

OPC是一个工业标准，它包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统［2］。OPC接口既适用于通过网络把最下层的控制设备的原始数据提供给作为数据的使用者的SCADA系统，批处理等自动化程序，以至更上层的历史数据库等应用程序，也适用于应用程序和物理设备的直接连接。所以OPC接口是适用于很多系统的具有高厚度柔软性的接口标准［3，4］。

充分利用OPC这一连接数据源和数据的使用者之间的软件接口标准，实现数据的自由通信，目前利用OPC方式转发数据的系统包括生产指挥系统、注水井工况管理系统、数字化运维系统等，因此可以借鉴目前的数据传输方式，综合利用OPC等数据转发工具实现数据的共享，将数据提供给各类信息系统进行分析，同时能够将分析结果反馈给SCADA系统，以提升系统的数据采集能力。

1.3开发专用工具转发数据

针对需要提取固定数据格式的信息系统、报表系统而言，开发专用的转发工具，实现工业库数据向其他信息系统数据库转发的过程，确保系统能够按照需求的时间、数据格式、采集周期提供有效的数据（见图2）。

图2　专用数据转发工具开发

2　SCADA系统数据综合应用

长庆油田于2009年起全面推进油田数字化建设，由于建设推广速度较快，造成了前期独立的单机版站控存在一定的问题，成为制约数字化深入应用的瓶颈。2013年，为克服前期站控系统中存在的问题，提升数字化在作业区层面的运行效果，长庆油田开始推广作业区SCADA系统，截止2015年采油三厂13个作业区全部完成系统建设并上线运行，经过近3年的建设实践和应用探索，软件设计、功能实用性等方面仍存在问题需要完善，同时综合SCADA系统在分散管理、集中控制的优势，积极与新工艺、新技术相结合，针对精细注水控制、数字化增压橇远程控制方式优化等方面拓展应用。

2.1SCADA系统功能拓展应用

SCADA系统通过调用内部数据实现各类功能具有直观、高效、实时的特点，适用于对数据实时性要求较高的应用，例如参数实时监控、管线数据对比、设备的控制等，但其缺点就是要求具备较高的可靠性、实现逻辑简单，不适合大量数据的分析、计算类应用。

2.1.1注水井远程自动调配功能基于SCADA系统MYSql关系库的应用，将实际注水量与配注实时对比，根据全天注水目标值对注水井进行自动下发配注量和配注命令，实现注水自动化，以桐寨作业区为例，通过注水自动调配功能的实现，撤除了66座配水间2 h注水监控报表，207口注水井实现远程自动调配，缩短注水管理半径，实现了注水的扁平化管理。作业区注水量完成率100%，配注合格率100%，精细注水管理的长效机制更趋完善，推动了注水工作的创新管理新模式。

2.1.2数字化增压橇连续输油功能通过软件功能优化结合现场外输泵重新选型，将单螺杆泵更换为柱塞泵，降低外输频率，将启泵间隔由每15 min一次变为长输，降低冬季运行外输压力，实现下游站点的平稳运行。以大水坑作业区为例，黄24增压站投产于2013年，是一座分体撬装增压站，日产液80 m3，外输泵采用2台单螺杆泵，因含水较高，螺杆泵的维修频次非常高，加之螺杆泵维修材料贵、维修难度较高，自投产以来月维修费用达1万元；与此同时黄24增压站运行中起泵间隔为15 min，冬季运行中易造成外输压力高，管线冻堵等风险；为解决以上矛盾，将单螺杆泵更换为维修方便、维修费用低廉的柱塞泵，调整变频器外输频率为18 Hz，实现了长输功能。变频器的频率降为18 Hz后，当日停泵3次，极大地降低了管线冻堵的风险，长输前外输压力在1.5 MPa～2 MPa，实现长输后压力降至0.5 MPa～1.0 MPa，降低了外输管线破裂刺漏的风险。

2.2信息化系统分析及应用

信息化系统是基于计算机技术，应用网络通信，综合多种学科，将各类信息数据化，进行分类应用，SCADA系统通过OPC接口标准向专业的数据分析软件转发数据，以最便捷的方式实现数据向采油厂、油田公司等更多层次的共享，使数据的覆盖范围更加广泛，但由于OPC数据转发的环节较多，因此其缺点也较为明显，数据的实时性与稳定性较SCADA系统内部调用差一些。

2.2.1历史数据的综合应用充分利用SCADA系统数据在油田注水管理方面的应用，通过利用历史数据绘制配水间各水井曲线，能清晰地分析出注水系统的压力、注水井管线压力的变化。能通过曲线成功地分析出水井注水量的超欠、注水的平稳性，在实行精细化注水管理上进行了实质性的提升。

利用分水器压力曲线的查看，则能直接反映出整个注水系统压力的正常。出现压力下降较大，则能说明该配水间上游供水站的注水泵出现问题，从而该配水间压力无法达到，能迅速找到注水系统中的故障出现点。利用对注水井汇管压力曲线的查看，可以实时监控注水管线运行是否正常，如果出现注水管线泄漏则能第一时间发现。

2.2.2油井工况诊断与功图计产应用油井工况诊断与功图计产应用是最典型的工控系统数据综合利用的实例，通过开发专用的数据转发工具，SCADA系统将前端实时采集的大量过程数据以约定的格式发送至用于工况诊断以及功图计产应用的专业数据库中，将大量的数据分析、判断工作交给专业的数据分析系统完成，一方面减轻了SCADA系统在功图转发过程中的系统压力，提升了SCADA系统在数据实时采集方面的稳定性，另一方面有效地发挥了信息系统的数据处理能力（见图3）。

图3　SCADA系统数据应用

3　结论及取得的认识

长庆油田SCADA系统在采油三厂应用的近3年过程中，在不断完善功能的基础上，充分考虑作业区生产运行的实际需求，以“降低劳动强度、提高劳动生产率、规避安全风险”为目标，实现了“系统监控层级化、功能应用多元化、业务管理流程化”的创新应用，同时在数据的综合应用过程中也得出了以下结论。

作业区SCADA系统作为现代工业控制系统的一个组成部分，其软、硬件，均为标准化工业级产品，它是基于可靠的实时数据库完成现场仪表信号采集、工艺流程集中展示、PID调节控制、数据的报警、历史趋势浏览、系统事件的管理，侧重点是工业控制，因此，SCADA系统数据综合应用的前提是充分考虑应用的侧重点，以实时监视、控制为重点的应用则能够集成在SCADA系统中，而针对大量的数据计算、分析功能的应用则应充分利用OPC等标准或开发的专用数据转发工具，将数据交给专业的信息系统处理。

SCADA系统作为基础的数据采集与监控系统，具有系统架构是分层结构、层次清晰、功能划分合理等优点，同时SCADA系统应用了成熟的数据库技术，功能强大，接口开放，便于多种功能的开发，针对目前SCADA系统应用现状就今后数据应用发展方向取得以下几点认识：

（1）SCADA系统前端大量的实时数据需要按照应用方式不同将数据应用途径进行划分，一方面根据数据的应用规模大小可以适当的在目前的客户端系统中集成，降低硬件采购以及软件研发费用，并且有利于系统后期的扩展，另一方面通过开发各类信息系统，实现逻辑、计算等较为复杂的功能。

（2）实时数据采集以及控制方向的应用按照系统进行综合考虑，充分利用SCADA系统站与站间的实时关系，首先实现站点内的自主控制，即脱离系统站点仍然能够正常运行，以这项功能的实现为出发点，综合考虑整个集输或注水系统，实现集输管网压力平稳、注水压力平衡补偿的目的。

（3）SCADA系统历史数据综合分析应当是今后应用的重要方向，针对系统历史数据的应用进行长远规划，提前对后续分析要用的数据进行整理、收集，通过长期的数据分析找到设备、管线等油田关键设施的运行或老化规律。

（4）目前，前端仍有大量的数据有待利用，针对SCADA系统已采集的电参等数据开展专项分析，利用专业的分析软件平台，实现系统效率、电量计量等在线计量的功能实现。

［1］OPC Foundation.OPC Data Access Automation Interface Standard［J］.Version 2.03，2000.

［2］邢建春，等.工业控制软件互操作标准OPC综述［J］.工业控制计算机，2000，13（1）：29-32.

［3］谭浩强.C程序设计［M］.北京：清华大学出版社，1991.

［4］裘宗燕.从问题到程序［M］.北京：机械工业出版社，2005.

TP274.2

1673-5285（2016）05-0104-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.05.027