SCADA系统频繁报警问题的分析及对策

2024-04-11谢远新郭梁柱

化工设计通讯 2024年3期

谢远新，黄蓝，郭梁柱，屈艺

（西南油气田公司蜀南气矿，四川泸州 646000）

1 背景

某页岩气田是勘探、开发、生产页岩气的专业化区块，由于页岩气的开发特性，在完善页岩气井的过程中会实施大型加砂压裂施工，使得气井在生产过程中会产出大量的水和砂，对生产设备产生冲蚀、堵塞等损坏现象，使设备不能正常工作，造成设备运行参数超限，站控系统报警数量增多。页岩气的开发属于低效开发，所以在设备设施的使用方面也是受到了限制，由于设备设施的选型不合理，造成设备失效、仪表故障、传输偏离等现象产生大量报警。目前该气田处于上产阶段，产能建设快，建设过程中难免会遗留一些不完善的地方，也为无效报警的产生创造了条件。如在野外使用红外线可燃气体检测仪，因微小动物的侵入会引发大量的误报警；如除砂器采用的过滤原理，因液体的流动阻力大也会造成除砂器的差压超限等。由于误报警、无效报警的数量过大，使得员工无法认真处置每条报警信息，使得真正起有警示作用的报警被忽略，为生产安全埋下隐患。

2 应用现状调查

该气田管理中心站3座，脱水站1座，集气站8座，井组109座。目前在SCADA系统中设置的报警点位一共3629个点位。2022年共产生报警322947条，每月报警平均为26912.25条，每日报警平均为884.79条，具体每月报警总数详见图1；具体每月日均条数详见图2。

图1 2022年每月报警总数

图2 2022年每月日均条数

2022年高频报警总共分为六大类，分别是液位报警、除砂器差压报警、可燃气体报警、井安蓄能压力报警、针阀后压力报警以及其他报警。其中液位报警占2022年报警总数的54%，液位报警主要包括分离器液位、污水池液位报警；除砂器差压报警占2022年报警总数的22%；可燃气体报警占2022年报警总数的6%；井安蓄能压力报警占2022年报警总数的4%；井口针阀后压力报警占2022年报警总数的4%；其他报警则占10%。2022年高频报警分类占比见下图3。

图3 2022年高频报警分类占比

由以上数据可见，整个频繁报警主要为液位报警以及除砂器差压报警。

3 报警原因分析

3.1 设备自身故障

在生产过程中，所有的设备都可能发生故障，都会引发报警，但页岩气井的生产特性，这种现象尤为突出。如页岩气井生产过程的会产出大量的水和压裂砂，这些介质会对分离器的排液系统产生损坏或堵塞，造成运行参数超限而引发报警。同时持续的不均匀的固、液介质产出，会使此类参数发生持续的报警，如分离器排污调节阀和截断阀内漏。运行参数的值来源于检测仪表，此信号还要经过线路、浪涌、隔离栅、I/O模块等设备，只要此过程的任一设备出现故障都会引发报警。

3.2 内外部干扰影响

页岩气的开发属于一个新兴的活动，没有什么可借鉴的经验，一切都是摸索着前行，难免会出现设备选型不合理的现象，这也可能引发大量的报警。如整个页岩气区块都是处在一个野外环境，选用固定式红外线可燃气体检测仪，由于野外存在众多的小动物，当进入检测仪的检测腔时，会触发误报警；又如排采平台的分离器排液系统没有采用抗冲蚀的工艺，导致设备失效率高，也会引发报警。

环境不可避免地都会有噪声和干扰的存在，噪声指在信号检测的领域内，系统检测和传输的有用信号以外的一切信号均被称为噪声。干扰指具有一定幅值和一定强度、能够影响检测系统正常工作的噪声被称为干扰。由于噪声和声干扰在存在，使得即使被检测值是一个定值，但通过线路和线路上的设备，加上检测仪器的精度，以及干扰的随机性，差模干扰或共模干扰的介入，进入控制器的值会是一个在定值附近波动的值。而站控系统设定的报警值是一个定值，当运行定值等于报警值时，检测值会在报警值上下波动，不断地产生报警和复位，一个超限过程会产生无限多的报警数。

3.3 报警设置、管理机制需完善

报警参数的设置是为了满足前的运行条件的要求，但生产运行条件不是恒定的，当运行条件发生改变时，若没有及时地修改报警参数，将会引发大量的报警。现场所投用的生产设备，是根据气井正常生产时的条件设计的，当气井的生产制度发生变化时，现行设备已不能满足现生产制度下的运行参数，也会引发报警。由于页岩气田面广点多，投产时间跨度大，工艺设备维修和改造的施工作业多，有的施工可能会影响到检测仪器仪表的正常工作，如果没有对此实行相应的措施，会引发报警。

4 制定对策

4.1 针对生产设备故障造成运行参数超限引发的报警的对策

对于由于设备故障引发的报警，通过对该报警点报警时段实时数据曲线的分析，根据故障设备的现象和原因，确定维修方案，保证设备的正常运行。如分离器的液位曲线，在确保开关量或模拟量控制的调节阀达到0%开度时的液位高于低报设定值的前提下，如果此点发生低报，说明此排液调节阀有故障；如果出现此液位值低于低低报设定值，或直接归0%，则表明此排液控制系统的截断阀故障，或调节阀内漏、卡阻，或执行器故障等，协调场站管理技术干部及相关运维人员到现场进行排查，就能明确故障点，并以对应的措施进行整改。

4.2 针对参数检测系统故障引发的报警的对策

对于参数检测系统故障引发的报警，有其鲜明的特点，此类报警的实时曲线多数突变，或高频率大幅度波动。如变送器故障，曲线的表现形式多为高频率大幅度的波动，且多是连续的；如传输线路故障多为曲线归0%；隔离栅故障多为间隙式的突变等。协调信息管理技术干部及相关运维人员到现场进行排查，就能明确故障点，并以对应的措施进行整改。

4.3 针对由于设备故障在管理方面的对策

为降低因设备故障产生的报警数量过多的情况。加快设备故障处置进度，由中心站及时按事故事件管理进行上报，按现场实际情况制定整改期限，优先安排重复报警的设备故障的恢复工作，有效地降低报警数量。加强设备故障的跟踪管理，定期统计分析相关数据，积极做好备品备件，缩短处理周期，降低因设备故障产生过多报警。紧急任务时赶赴现场的运维承包商响应时间原则上不超过4 h。

4.4 针对报警参数不合理的对策

报警参数应根据该点当下的运行参数值整定，但该气田点多面广，生产制度改变快，各点的运行参数变化大。所以对场站管理人员，要随时了解各项工程，分析工程的实施可能引发运行参数的变化，跟踪工程的实施情况，在工程施工完成，新的工艺使用前，预计新的参数运行范围，并以此为依据整定新的报警参数，而不是被动地修改，以避免报警参数不合理引发的报警。

在管理方面，组织各专业管理人员结合安全风险、现场工况等实际适时优化报警参数台账，本质上避免无效频繁报警；完善关键点位（关键阀门状态、可燃气体报警、进出站压力报警等）报警组态及设置，为安全管控做好报警信息支撑；优化参数变更流程，及时根据运行工况对参数进行调整，避免参数长时间未修改导致报警发生。

4.5 针对生产制度不符合引发的报警的对策

由于生产制度的不合理，其运行条件偏离了设备的处理能力，从而引发报警。如泡沫排水采气工艺的起泡剂的加注方式、量、周期及消泡剂的加注量、周期等，若不能匹配，会造成消泡不彻底，在液位计中产生气泡段引发液位高报警。所以在管理方面，现阶段以治理报警为基础，优化工艺的生产制度，在保证生产的前提下，保证各运行参数不超限。

4.6 针对施工作业引发的报警的对策

由于页岩气井的布局密度高，生产规律变化大，所以流程或工艺的适应性改造的量大，导致施工作业多。而在所有的施工作业中都可能改变生产制度，致使运行参数偏离初始设置值而引发报警。如井组的增压工程碰头施工，放空时会使压力、液位等达到0；如井口装置安装油管作业，会拆移井口装置及其所有附件，井口装置上的所有运行参数也会归0，若此时没有对作业涉及的参数点的报警进行相应的处置，便会引发大量的报警。所以管理人员应密切关注各项施工作业，只要有涉及可能引发报警的点，都要进行相应的处置，避免无效报警的干扰。针对此类情况，在管理方面，要求管理人员在施工中涉及仪器仪表及信息化方面的施工作业及新、改、扩等投运中，应在方案编写阶段，将仪器仪表拆除、信息化联锁及报警参数屏蔽及恢复时联锁测试等要求写入施工方案里面。

4.7 针对强外部干扰引发报警的对策

对于强烈的电网电压波动、电磁辐射、高压电源漏电、工业电火花干扰、雷电干扰等所产生的偏差幅度大、时间短，都是毫秒级的，故在此时选用“延时报警时间”功能，此功能的作用是当检测值超限时（大于或小于）报警值，开始计时，延时结束时，检测值一直超限于（大于或小于）报警值，则产生报警；如果在延时时间内，没有满足检测值一直超限于（大于或小于）报警值这一条件时，则不会产生报警，如此循环，以区分运行参数的缓变强烈干扰引发的突变，把此类因为干扰而引发的报警过滤，但在运行曲线里会有记录。此延时报警时间不能设置过长，若时间过长则会把一些设备故障引发的高频率大幅度报警过滤掉，将会导致设备故障不能及时发现，目前设置值均小于100毫秒，但具体要根据检测仪表的位置而引发的偏差值确定，此偏差值可由现场校验仪表得到。

4.8 针对内部干扰引发报警的对策

对于电路的过渡过程、寄生反馈、内部电磁场等引起的干扰，所产生的偏差和特点是幅度小、面广，几乎所有检测系统都存在这个现象，此时选用“高低偏差界限值”功能，此功能的作用是当检测值超限于（大于或小于）报警值时，报警发生，只有满足检测值小于或大于报警值再减去或加上高低偏差界限值条件时，系统才能自行复位（只有在复位的条件下，才能因超限引发报警，有的SCADA系统还有死区过滤功能，此功能是在报警值上的两侧形成新的报警值和复位值），此值也不能设定过大，过大后过滤掉一些正常的报警，我们的经验是此值不超过仪表的量程的1%，这个量的确定是根据仪表的精度和噪声干扰的误差叠加的最大值而得。