SCADA在采油作业区的应用

方艾国

（中国石油吐哈油田公司鲁克沁采油厂，新疆吐鲁番 838202）

1 SCADA概念

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制），即DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）与电力自动化监控系统，具有收集数据和检查监控的特点。涉及范围广，运行于多种领域，主要包括电力、石油、燃气等领域。

2 SCADA策划

为满足采油作业区的管理需要，SCADA主要策划构想：PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）、对撬通讯协议实施压力、统一数据传达路线、合并不同抽油机。

为缓解站控电脑压力，将原来的站点站控系统转换为客户端类型。对工作区每个环节进行监控，随时掌握工作区机器运行的具体细节，第一时间掌控全区的生产状况。实现生产作业自动化、远距离控制输油泵、闭环管理生产经过、有效控制机器设备。随时监察监控，利用油井工况系统对油井的具体工作状况进行检查。实行警报灯提醒，利用短信、警报器等进行准确报警。每个站点自动完成报表并汇报到作业区控制中心。作业区SCADA有3台服务器负责收集信息，1台服务器负责分析油井功图数据，服务器可以收集、保存和转发工作区所有系统的数据，系统架构如图1所示。

3 提高系统硬件功能

图1 SCADA架构

原井口RTU（Remote Terminal Unit，远程终端单元）即Modbus RTU协议，最主要的RTU用来收集和通知井场数据。不同厂家的RTU及PLC寄存器各不相同。该次协议井口RTU及PLC均采用Modbus TCP（Modbus Transfer Control Protocol，现场总线传输控制协议）。上位机利用 IP地址和端口号向井场主 RTU ，PLC发出肯求，井场主 RTU，PLC主要负责满足客户需求并反馈请求结论，通讯命令中的地点和数据依据Big-endian模式显示。各RTU，PLC厂家依据油田公司《数字化油田井场主RTU通信规范》提高固件功能。

4 创新系统功能

SCADA包含9大功能，具有BS/CS两种调查形式，客户端安装快速简单。

（1）生产运行模块主要检测产液量和注水量，可以清楚掌握全区每个站点的信息。

（2）集输模块实时监控全区站点集输过程，远距离控制输油泵及抽油机。

（3）注水系统根据不同水井间的供注关系，随时监控全区注水生产过程。

（4）管网运行模块依据每个流程间的运输关系，对各种参数及曲线实行实时监控。

（5）可燃气体系统可以不停地监控每个站点可燃气体浓度并自动报警。

（6）通信监控系统自动监控并统计各地的通信情况。（7）报警系统随时显示警报信息并自动通知管理人员。（8）报表系统自动产生报表并汇报到控制中心。（9）事件记录模块对系统操作进行细致描述。

5 SCADA数据的利用方法

SCADA首先可以收集、处理、显示及分享数据，其次按照“集成、可视及独特”的方式收集整理长庆油田目前的综合材料，改变技术及经营观念，引入先进的网络技术、利用先进方式整理、分享及交流数据，构建一致的管理综合SCADA，达到“一致平台、分享信息、多重监察、开放控制”的效果，使数字化增压橇及注水系统更加安全，由于利用数据方法不一致，可分成3类。

（1）SCADA内部数据运用。运用SCADA拓宽基础功能，为了维持系统正常运作及数据的稳定收集，在应用中增加注水井及数字化增压橇控制，为了更加简单地判断注水及输油顺序，需要随时收集到注水井水量、数字化增压橇液位、稳流配水功能及外输泵远程控制功能等信息。如图2所示，许多的复杂人工工作由机器完成。

图2 SCADA系统功能拓展

（2）充分运用软件接口标准。OPC（OLE for Process Con-trol,用于过程控制的工业标准）是一个包含完整的套接口、属性及方式的工业标准集，主要运用于过程控制和制造业自动化系统。OPC接口适用于很多方面，例如：为SCADA供给最原始的数据。另外还适用于批处理自动化程序、历史数据库等，还可有效连接应用程序及物理设施。所以OPC接口是可用于多种方面的标准接口。利用这个标准接口连接数据源，使用者可以实现信息的互通有无，如今指挥生产的系统及数字化的维护系统等都利用OPC分享数据，因此，可以运用OPC等工具传输、共享、提供、分析并反馈数据，提高系统收集数据的水平。

6 SCADA数据综合应用

2009年开始，长庆油田进行全盘数字化改造，由于追求高速度，使刚开始独立的单机版站控出现了失误，并阻碍了数字化技术的进一步深入。2013年，为解决前期发生的失误并提高数字化实施效果，油田在作业区推行SCADA。到2015年，采油3个工厂13个工作区已经成功建设系统并实现线上运作，在大约3 a的建设和探索过程中，仍然存在大量问题。通过全面分析SCADA分开治理、整体控制的优点，结合新技术实现注水的精细控制及数字化增压橇的远距离控制。

6.1 SCADA功能拓展应用

SCADA有直接、高速、随时的特点，通过调动内部信息完成每项工作，适用于随时都要接收数据的应用，但该系统也具有一些缺点，例如：对可靠性要求较高、逻辑简单等，因此不适合数据量大且需要计算方面的应用。

（1）注水井远距离自动控制。根据SCADA系统MYSql关系型数据库原理，将现实注水量与配注随时进行比较，依据整天注水量目标自动对注水井下达注量及配注命令。例如桐寨作业区，经过注水的自动调节，撤销了66座配水间2 h注水监控报表，207口注水井因此完成了自动的远距离调配，使注水管理范围减少，完成了注水的小范围管理，使作业区注水量和配注达到完全合格，进一步完善了精准注水管控机制，创新了注水模式。

（2）增压橇连续输油功能数字化。完善软件功能，并根据现场外输泵再次选择造型，为了降低外输功率，将单螺杆泵转变为柱塞泵。为减少冬季运行压力，保证下游过程的稳步进行，将启泵改为每15 min输出1次。例如大水坑作业区的分体撬装增压站黄24增压站于2013年运行，日产液80 m3，其外输泵通过2台单螺杆泵运作，因具有较多水量，螺杆泵的修理十分频繁。由于螺杆泵维修材料昂贵及其修理难度大，投产以来，其修理支出极大。为了解决冬季外输压力大，管线冻堵等问题，将单螺杆泵换为修理更简便的柱塞泵，将变频器外输频率转变成18 Hz，达到长输效果。停泵3次，缓解了外输压强，减少管线冻堵的现象。长输前外输压力在（1.5～2）MPa，长输后压力降至（0.5～1）MPa。

6.2 分析信息化系统及应用

信息化系统是以计算机技术为基础，利用各类学科数据化不同信息，SCADA利用OPC接口标准将数据发送给专门的分析软件，通过最简单的方法将数据与不同公司进行分享，因此数据传播范围进一步扩大。另外，由于OPC数据传播的过程复杂，其数据具有较差的实时性与稳定性等明显缺点。

历史数据的全面应用：在油田注水管理时使用SCADA数据，利用以往数据描绘水井曲线，清楚地分析注水压力及其变化情况。利用曲线解释注水量的超标及稳定，在精准管理水量的基础上实现质的飞跃。

7 结语

对油水井实施生产管理是油田开发的第一步，作业区SCADA实现了各分散且相互独立的站控系统的统一，将原始的油田管理观念转化为集中管理理念，使作业区的数字化管理进一步提高，并使之成为油田管理的重要手段之一。