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基于SCADA系统的数字化油田的设计

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基于 SCADA 系统 数字化 油田 设计
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文章编号:1001015)08.0017于 亮.陆 地 (中国石油集团:京100085) 摘要:随着油田公司信息化的推进,越来越多的油气勘探开发生产资料进~,勘探开发生产数据可以在局域网络上共享。该文结合数字油田的工程实践,介绍数字 油田的实际工程设计原则,讨论具体设计方法和相关实际问题。信息安全管理针对数据库 安全,以及应用系统安全进行管理。数字油田中心数据库建设的目标是建立覆盖公司及其 二级单位,集信息采集、存储、传输、处理、分析、发布和服务于一体,规范、统一、安全、高效 的现代化勘探开发信息管理和服务体系。数字化管理是现代化管理的重要标志。是对传统 生产流程、劳动组织架构和管理理念的一次重大变革。 关键词:字油田;无人值守;实时监控 中图分类号:献标志码:B U o.,00085,of of is of be on of to of is at he of is to he in is an of is a of 世纪是油田地面工程技术完善提高的阶段, 按照“安全可靠、经济高效、节能降耗”的原则,油田 地面工程在注重自身方案优化的同时.积极与油藏 工程、采油工程密切合作,力争地面与地下整体优 化,采用现了井站 无人值守。因地制宜地研发一批先进、经济、适用的 工艺技术设备,以优化设计、节能降耗为特点,把油 田自动化技术推向一个新水平。 数字化管理是油田发展阶段面临的新课题。是 进一步转变方式、提升发展质量的重要举措。 收稿日期:2015—02—06;修订日期:2015—03—25 作者简介:刘亮(197男,本科,高级工程师,主要从事石化工程设计;陆地(1986一),男,硕士,工程师,主要从事石油化 工仪表自动化设计。 自动化与仪表) 田 1 数字化管理的定义 数字化管理是指利用计算机、通信、网络、人工 智能等技术,量化管理对象与管理行为,实现计划、 组织、协调、服务、创新等职能的管理活动和管理方 法的总称。通俗的说就是要“听数字指挥、让数字说 话、用数字控制”。数字化油田应具备3个特征【时效性 时效性是指实时监测所有生产动态 并将其体现到模型中,始终为决策者提供最新的动 态模型,优化决策与实施都在第一时间作出反应, 同步进行。 一体化协同 在技术上采用的是实时远程控 制,实时数据共享,实时调整运行与实时决策修正, 在管理上实施闭环式管理,即勘探、开发、管理全过 程的所有人员形成一个紧密协同的项目组.而不是 分隔式的专业管理。 持续性持续最优化开发油田。 2数字化管理的实例 数字化油田即实现智能化、自动化、 可视化、实时化闭环控制。 尼,改变传统管理方式,提高了生产效率, 降低了安全风险,减轻了劳动强度,控制 了用工数量。至今已成功运行了5年,收 到了较好的经济及社会效益。 尼腹地,油田所管辖61口油井、2口气 井、16口注水井。整个油田有1个个个02 距约3~4 2芯光缆连接,缆, 多、面广、线长、管理难度大。 数字油田总体架构设计充分结合尼 建稳定、可 扩展、集成的统一框架。充分考虑到基础 环境、专业数据和业务应用的完整性以及 契合性.覆盖油田所有专业应用。同时考 虑到油田实际的公共链路以及网络情况,充分重视 标准体系和安全体系的建设。 按照多层进行系统构架,围绕数据核心,构建 符合油田需要的地面地下一体化数据模型.规范数 据采集、处理流程,保证人库数据质量,中心数据库 按专业建立各自的数据子集。通过统一的数据总线 (接口)为上层应用服务,上层应用只需关注业务数 据的内容、格式,不用考虑其访问方式。上层应用按 照集成的架构上通过统一的门户 进行访问。考虑到未来项目扩展需求。该框架具有 很强的扩展能力。系统结构如图1所示。 2.1 单井井场数字化管理项目内容 单井井场数字化建设以实现前端数字化管理 的基本需求为基础,以满足单井正常生产和数字化 管理为重点,主要实现油井生产数据采集、电潜泵 电机三相电参数监测、电潜泵远程启停、井场集油 1 系统结构图 线压力采集、井场视频实时监控、闯入智能分析、 井场远程语音警示等功能,达到单井井场生产数据 实时采集、电子巡井、危害识别、风险预警、油井工 况智能诊断的目的,具体内容如下: 1)井口数据采集 井口数据:油压、套压、回压、井口温度。 井下数据:人口压力、电机温度、吸入口温度、 泄漏电流等。 为油井工况分析实时采集油井数据.为油井工 况分析、单井口设备提供实时监控。 2)电潜泵电机三相电参数采集与控制 电潜泵数据:额定电压、额定电流、运行频率、 运行电流、欠载值、过载值、直流电压、运行状态数 据、起动、停机、复位等。 数据同步传送至井场交换传输设备,实现抽油 机运行状态监测和远程启停控制功能。 3)井场集油管线压力监测 在井场集油管线出口安装压力变送器,监测井 场集油管线运行压力。 4)井场于尼日尔风沙较大 而且砂粒极小.故对,为适应单井井场的数据传输和处理,同 时井场.度、流量数 据并进行控制。集的数据通过光电转换模块转换成光信号上传 到换成电信号上传到。这样。操作人员就可在足不出户情况下,监测到 整个油田的数据.并可根据工艺需要启停油井设备。 为保证柜内安装了可供5)视频监控与闯入智能分析 井场内选择适当位置安装一体化摄像机(不带 云台)和智能分析视频服务器(具有闯入智能分析、 语音警示功能),实现井场实时视频监控、闯入报警 和图像抓拍功能。 6)井场照明 井场安装照明灯。实现井场照明。 7)井场远程语音警示 自动化) 井场安装喇叭、功放。实现井场远程语音警示 功能。 8)井场与缆通讯方式:井场与站点距离较近、地势较 好时应选择使用光缆、网线等有线传输方式。 无线网桥传输方式:当井场与或投资成本过高时,井场安装无线网络设备,采 用基站设备实现数据传输。 通过上述设备可实现在上位机完成以下功能:①在线对油水状况的实时描述; ②根据油水井的动态监测数据和测试信息,运用三 维可视化技术。实现对任一油水井在地下的状况进 行模拟;③根据数字化的故障诊断手段,实时地对 油水井故障情况做出判断。指导工作人员进行维修。 2.2 井的油送到过测试分离器将单 井来油进行计量。每个口单井,每口 井可通过多通阀进行选择,送到测试分离器内进行 简单的气液分离。通过涡街流量计测量分离出来的 天然气.用质量流量计测量分离出来的原油,并同 时分析出含水率。各个油井的来油通过管汇汇集, 统一送到1)测试分离器的数据采集 数据包括伴生气的气量、油量及含水; 2)管汇上的温度、压力的数据采集 3) 数据通过光缆上传到2.3 过三相分离器将来 油分别进行计量。通过三相分离器上的涡街流量计 测量分离出来的天然气。用质量流量计测量分离出 来的原油。同时利用三相分离器油腔上油水界面仪 控制原油管线上调节阀,以控制油腔的油水界面, 防止水掺人油管线。分离出来的原油通过外输泵送 到离出来的天然气送到电站用于发 电。分离出来的水送到蒸发池。 由于包含了散控制系统)、分据采 集系统)、急停车系统)、F&G(火气系统)、 端机)、共报警系统)、灾 报警系统)、业电视)、控交换机)、 田 界报警系统)、站综合管理系统)、 炬自动点火1)数据采集。。所有过12芯的光缆将数 据上传到位于时,通 过网络将位于。然后再将时钟信号发布到 便统一各个系统的逻辑关系。 2)制管理。三相分离器、电脱盐、电脱水、换热器、加 热炉、电站、燃气压缩机、火炬系统、外输泵、脱气罐 等设备的控制,并将所有数据通过3)检测信号联锁.当进站压力超低或出站的压力超 高时。或电站发生故障,或关键设备出现故障而无 法生产时.或F& 急关断进出触发 关断井口电潜泵。 4)F&火焰探头、氢气探头、手动报警按钮等。当一个火区 内多个探头同时监测到可燃气体超高或有火焰时. 马上触发F&根据紧急关断的等级触 发将报警信号通过5)温感探头、感温电缆等通过总线方式传到。当房间有火灾时,探头触发系统报警,并将报警 信号通过6)光端机光缆传来的光信号转 换成电信号,并通过系统。载语 音、音频、串行数据、以太网、视频和其他特有通讯 协议。冗余管线结构实现节点间连接。用来连接制系统、口等,为数据的 传输提供可靠、冗余、可重构的、灵活的信道。而且. 无需外部时钟源,无须人为干预,多级容错能力。传 输带宽容量为2.5 Gb/s。 各个业务分配专属带宽,带宽固定,各个业务 团 互不干扰。配。口到7)口监 视探头、视频信号转化成光信号,通过光纤 传到光信号转换成电信号,通过矩阵打 到电视幕墙上显示。这样,操作人在控制室内可以 监视所有油田的信息.不但可以看到、可以监视下辖井口、8)作 人可通过扩音器向全厂发布信息,也可通过单个话 站与某个巡检员个别对话,以保证一定的私密性。 9)责整个油田的电话通 讯通畅。 10)用震动电缆,敷设在 有陌生人闯入 时,系统自动报警,并联动与附近军营的报警。 11)电站负责整个电,个机组由 其所带的讯,将电站的关键数据上传到样操作人员就可在12)火炬的自动点火有8种方式,以保证点火 的成功,其所带的,并接受远程13)田的工作人员 可以在此网段上交流通讯。 2.4 有交接 计量及标定系统、缩机控制系统、 加热炉控制系统、油罐自动消防系统、氮气及仪 表风系统、阴保变压整流器控制系统、主。交接计量系统采用计,标定系统采用体积管及水标系统。 根据的规定.利用体积管标定液 体超声波流量计,再利用水标撬标定体积管。液体 超声波流量计算机、体积管流量计算机、标定统及上位人机界面操作台都安装于中控室内。操 作人员可以在中控室通过与现场人员用步话机联 系通讯,将标定工作完成。 于,故在防周围有 建筑物阻挡,及 保证系统同步操作。 天然气压缩机控制系统.三相分离器分离出来 的天然气,经过压缩机升压后送到热炉作为燃料.同时将一部分气体送到,弥补由于尼日尔的原油是高凝油.当介质温度为41 ℃时,原油就凝结,井口的原油温度约为6O℃,当输 送到油温度降为50 ,故在进站管汇 后需要加热炉将原油加热到85 器进行分离。加热炉为相变炉。其自身带控制系 统6台加热 炉的全部数据上传到便操作人员随时了解 加热炉系统的运行情况。 全部油田的数据经过主务器发布到营地的通讯中心及管理中心,这样管 理人员就可以在足不出户的情况下.在营地或首都 尼亚美监视全部油田的运行状况和生产数据。由于 置硬盘,其容量为2"1 有冗余容错的技术。 配置2对千兆自适应以太网口,采用网卡镜像技 术,可以存储大约6个月的数据以供使用。 通过建立勘探开发集成的数据平台和统一共 享的数据模型,逐步形成规范的勘探开发一体化工 作流程。实现多学科团组协同工作,从而提高项目 规划与决策的科学性。 3工艺、设备操作管理以及安全 尼日尔油田是一个综合的大型油田,其中涉及 工艺、设备操作管理以及安全生产保障。 3.1 生产管理 面向油田生产的综合管理.生产运行情况,维 护情况以及处理厂化验数据进行统一的管理。生成 统一数据,规范管理过程,提高管理效率,保证油田 的安全生产。 3。2生产辅助决策 系统全面、直观、快速反映不同层次、不同环 节的生产运行状况,实现日生产动态及作业动态 自动亿与仪表2) 显示,本年度油气日生产趋势、年累计生产趋势并 能和日计划趋势与年累计计划趋势的对比分析, 累计数据及日对比分析和与去年同期对比分析。 3.3资产管理 吸收和借鉴国际先进的管理思想和理念。采用 先进的信息工程技术,实现设备资产管理的规范、 科学和高效,提高设备资产利用率。有效地降低设 备维护成本。 3.4应急管理 油田涉及钻采、集输和净化等复杂工艺,一旦 出现泄漏、井喷等事故,后果非常严重。为了提高企 业安全管理水平和抵抗风险的能力,需要建立全息 化油田和应急管理的平台,借助现代化、信息化的 管理手段进行安全生产监管和应急管理。 3.5工程信息管理 将井站管厂的信息在基础地理空间框架中进 行可视化表达,并为其它系统提供所需的空间信息 统计与分析服务。 4结语 将控制系统设置成数字化管理,利用计算机、 通信、网络、人工智能等技术,量化管理对象与管理 行为,实现计划、组织、协调、服务、创新等职能。结 合油田特点,集成、整合现有的综合资源,创新技术 和管理理念。建立全油田统一的生产管理、综合研 究的数字化管理系统,实现“同一平台、信息共享、 多级监视、分散控制”,达到强化安全、过程监控、节 约人力资源和提高效益的目标。 参考文献: [1]贾爱林,郭建林.石油勘探与开发[J】.智能化油气田建设关键技术 与认识,2012,39(1):118—122. 【2]007 ].2007. 【3】.1一,5.8, 【41 中国石油化工集团公司.009石油化工可燃气体和有 毒气体检测报警设计规范【S].北京:中国计划出版社,2009. 【5】中国电子工程设计院.008电子信息系统机房设计规 范【S].北京:中国计划出版社,2008. [6]刘亮.自动化技术与应用[J].网络系统在工程上应用,2007,26 (7):75—77. 【7]刘亮,马鑫.油田中心处理站安全系统的可靠性设计[国仪器 仪表,2006(10):52—54. ■ 团
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