RTU控制系统在克拉2气田井口上的应用

王辉 张予杰 党文杰 龙泽江 马建新

（中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 841000）

RTU控制系统在克拉2气田井口上的应用

王辉 张予杰 党文杰 龙泽江 马建新

（中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 841000）

RTU是SCADA系统的重要组成部分，能够在恶劣的环境中完成对现场数据的采集、传输、监测以及与第三方设备进行实时通信等功能。本文阐述了RTU控制系统在克拉2气田的应用，介绍了硬件结构软件组成、配置情况、通讯方式。目前该系统应用良好

RTU；高压气田；控制系统；应用

中国石油塔里木油田公司克拉2气田位于新疆拜城县境内，气田东西长约19公里，南北宽约3公里，气藏含气面积48.1平方公里，天然气储量为2840.86亿立方米，是目前我国天然气储量最大、品质最好、产能最高的特大型整装气田，是西气东输主力气源地。

克拉2气田目前共有生产井17口，属于典型的“三高”气井，分别通过东西两条干线，输送至气田中部的中央处理厂。大部分单井采用MSP/DRILEX美国钻采系统公司的单井集成液控系统，数据采集与控制使用了Bristol Babcock公司的RTU系统。

1 RTU控制系统简介

RTU控制系统通信距离较长、设计简单、可靠和便于扩展，广泛应用于各行业[1]，克拉2气田单井上所使用的自控系统程序根据单井上是否设有FSC系统而略有不同，KL2气田前期建设的井口的自控系统包括三部分：RTU、FSC、通讯系统。RTU采集井口数据（油压套压等），并上传至中控室；FSC采集二级节流后两个压力（PT-03、PT-05）数据，然后通过逻辑判断执行超压、低压或者压降速率关井指令，并可接收来自中控室操作员的手动关井指令，关井动作由液控系统执行；所有数据可显示在触摸屏上，便于现场操作工操作，通讯系统使用中兴S200，可将RTU、FSC的通讯数据由电信号转换为光信号，通过光纤传输到中控室。无FSC系统的井口，二级节流后两个压力（PT-03、PT-05）由RTU采集，整个气田网络结构是是由17口采油气井分别形成东西干线两个环状网络，数据可双向传送，网络存在一个断点时仍能传送数据至主控室，提高了安全性。

1.1 液压系统[2]

液控制系统主要功能有：

⑴380VAC 3HP电机驱动一个额定工作压力为6,000 PSI的低压液压泵，为翼阀执行器、主阀执行器、液动节流阀提供驱动压力；

⑵380VAC 7.5HP电机驱动一个额定工作压力为15,000 PSI的高压液压泵，为井下安全阀提供驱动压力；

⑶具有先导逻辑控制回路：通过调压阀将系统压力从6, 000 PSI减压到80PSI，实现紧急关井。至于何时提供控制动力、为哪个安全阀提供控制动力则由RTU的逻辑程序决定，RTU控制电磁阀的继电器得电失电，从而去控制液控柜里的油路，使得阀门开关。

1.2 RTU控制逻辑

高压关井的设定值是13.5MPa，低压关井的设定值是11.8MPa，压降速率设定值是0.2MPa/min，压降速率持续时间设定值是120s。

2 系统的功能

井口RTU的主要控制功能如下：

（1）完成数据的采集及控制：采集现场信号（包括温度、压力等）并传至主控室和触摸屏上，以实现远程与就地控制

（2）显示：在触摸屏和主控室上显示集输站场运行流程图、运行数据、各阀门状态、计量数据以及第三方设备的运行状态和参数

（3）联锁控制接收处理厂控制中心的ESD信号时关闭相应单井。

3 系统硬件与软件的组成

3.1 系统硬件

克拉2井场RTU采用冗余结构，RTU采用的是ControlWaveRED冗余控制器ControlwaveRED控制器，32位100MHzCPU，16MB内存，拥有有三个10M/100M网络接口、2个RS232通信口、2个RS485通信口，支持Modbus、TCP/IP、OPC等通讯协议方便连接第三方智能设备，冗余系统有很高的可靠性和可操作性，一个CPU在线，同时另一个CPU完成数据的热备份。

3.2 系统软件

3.2.1 系统软件介绍[3]

系统组态软件采用OpenBSI软件工具包组软件Control Wave Designer等

BB RTU的组态软件Control Wave Dsigner基于Windows环境，有SFC、FBD、LD、ST、IL五种标准编程语言，软件内嵌200多个软件模块,，如AGA3、AGA5、AGA7、AGA8、PID等算法，并专为石油天然气的过程计量及控制应用集成了ACCOL III功能块库。

3.2.2 与第三方设备的通讯

现场液控柜内具有通讯能力的SCADA PACK控制模块通过BELDEN 9842铠装通讯电缆（RS232的通讯方式）与TSR（TERMINAL SERVER）连接，TSR把串口的协议转换为TCP/IP协议后与RTU进行通讯。现场触摸屏是通过网线与RTU通讯的。下面对实现过程予以介绍。

（1）与现场液控柜的通讯

以液控柜的上传点一级可调油嘴开度ZI10501为例说明，该点的地址液控柜存储地址是1

点ZI10501在组态软件Control Wave Designer中的组态见图3所示其中在组态模块中的定义、模式、通讯端口、数据类型、function、数据个数、列表号、数组号、数据类型依次分别定义为作主（即MODBUS）、2、101、1、4、1、8、1、0、3（16bit整型）。

（2）与现场触摸屏的通讯

与现场触摸屏的通讯和与液控柜在RTU中的组态方式类似，但是与现场触摸屏通讯时作从（即MODBUS SLAVE）。

4 结语

自投用以来，系统长时间不间断运行，性能稳定可靠，解决了现场关闭所有的单井耗时较长太长和在井口采集的数据无法发送到主控室的问题，减少了操作工的工作量，实现了无人值守。其在应用过程中也存在一些缺陷，如：硬件检测无法在触摸屏上显示，若硬件出现问题不能及时发现；触摸屏只连接了主控制器，而未连接冗余控制器，若控制器切换则触摸屏不能显示数据；组态时，硬点不能通过识别名称组态。

[1]Forouzan B A著，王嘉祯，韩国栋，彭德云，等译．数据通信与网络［M］．北京:机械工业出版社，2005:229～244．

[2]刘延俊．液压与气压传动［M］．北京:机械工业出版.社，2002:100～121．

[3]齐友.RTU在天然气集输站场中的应用[J].重庆科技学院学报(自然科学版)，2011,01:19-21+39.

王辉（1991-），男，湖南衡阳人，助理工程师，主要从事工艺自动化相关工作。