采油廠空氣泡沫注入站自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王賀誼 湯瑞佳 王維波 江紹靜 黃春霞 余華貴

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，西安 710075)

采油廠空氣泡沫注入站自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王賀誼 湯瑞佳 王維波 江紹靜 黃春霞 余華貴

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，西安 710075)

對(duì)甘谷驛采油廠叢34注泡沫站和叢34注水站的自控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和建設(shè)，通過(guò)對(duì)注空氣、注泡沫站自控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)閥和泵的遠(yuǎn)程控制，壓力流量液位的自動(dòng)檢測(cè)，水處理系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制，現(xiàn)場(chǎng)視頻信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

自控系統(tǒng) 泡沫注入站 遠(yuǎn)程控制 自動(dòng)檢測(cè)

在網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展的工業(yè)時(shí)代，企業(yè)的信息化程度制約著企業(yè)的發(fā)展前景[1]。自控系統(tǒng)在安全管理的基礎(chǔ)上，把生產(chǎn)區(qū)諸多危險(xiǎn)因素和危險(xiǎn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和報(bào)警，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，并采取措施加以防范，避免事故的發(fā)生[2，3]?，F(xiàn)代油田的勘探、鉆井、測(cè)井及錄井等都在復(fù)雜的野外環(huán)境作業(yè)，具有流動(dòng)性強(qiáng)、點(diǎn)多、分散及距離長(zhǎng)等特點(diǎn)，而石油公司對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)不能進(jìn)行實(shí)時(shí)的、全方位的監(jiān)測(cè)，而且傳統(tǒng)的采油生產(chǎn)為人員現(xiàn)場(chǎng)操作，輔助勞動(dòng)強(qiáng)度大、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境差、無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)一管理且事故率比較高[4]。自控系統(tǒng)能直觀顯示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括液位、流量、壓力、泵及閥門(mén)等參數(shù)和設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)控制。控制系統(tǒng)的流程畫(huà)面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面和報(bào)表畫(huà)面，方便了操作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制[5，6]。隨著網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)和數(shù)字化視頻采集技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的性能有了很大提高[7]。在采油廠等高危場(chǎng)所，視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以直觀、全面地保存整個(gè)操作流程，遠(yuǎn)端的監(jiān)控人員還可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控及時(shí)制止操作人員的違章操作，防止險(xiǎn)情發(fā)生[8]。尤其是發(fā)生安全生產(chǎn)事故或產(chǎn)品質(zhì)量事故時(shí)，可以從服務(wù)器上獲得視頻資料，從而完整地再現(xiàn)問(wèn)題發(fā)生時(shí)的場(chǎng)景，快速高效地定位事故發(fā)生的原因[9]。

國(guó)內(nèi)外在注空氣采油技術(shù)研究方面，主要針對(duì)具體油藏的注空氣驅(qū)替試驗(yàn)、注空氣過(guò)程中的氧化反應(yīng)試驗(yàn)、注氣相滲規(guī)律試驗(yàn)、注氣速度對(duì)采收率的影響、混相條件試驗(yàn)及加速熱度計(jì)的氧化機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究等方面[10～13]，目前未見(jiàn)到關(guān)于空氣泡沫現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)自控系統(tǒng)的相關(guān)文獻(xiàn)和報(bào)道。在本次設(shè)計(jì)的自控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)注泡沫設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等。

1 工程概況

延長(zhǎng)石油甘谷驛采油廠近期開(kāi)展了空氣泡沫驅(qū)油試驗(yàn)，為了對(duì)新建注空氣和泡沫注氣間、注泡沫間配液箱、泡沫液罐、注入井及采油井等的現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保注入安全平穩(wěn)進(jìn)行，進(jìn)行了空氣泡沫站數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，采用數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)的壓縮、傳輸、存儲(chǔ)和顯示功能，以滿足試驗(yàn)區(qū)井場(chǎng)二十四小時(shí)現(xiàn)場(chǎng)視頻信息監(jiān)控的要求，并且使得生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種壓力、流量及液位等設(shè)定點(diǎn)出現(xiàn)異常情況時(shí)系統(tǒng)能夠及時(shí)報(bào)警并聯(lián)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

2 自控系統(tǒng)及其功能

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是作為延長(zhǎng)油田甘谷驛采油廠叢34泡沫站自控系統(tǒng)中處于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化裝置，主要完成對(duì)注泡沫站數(shù)據(jù)采集的控制，并可以與處于較遠(yuǎn)距離的泡沫站監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)控系統(tǒng)以PLC為核心進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，對(duì)外留有不同接口并可以獨(dú)立運(yùn)行。具有編程組態(tài)靈活、功能齊全、通信能力強(qiáng)、維護(hù)方便、自診斷能力強(qiáng)、可適應(yīng)惡劣環(huán)境條件及可靠性高等特點(diǎn)。它在硬件上主要由處理器、I/O模件、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、電源及安裝附件等模塊構(gòu)成；在軟件上采用梯形圖或者STL編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需功能，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)上位機(jī)監(jiān)控界面由組態(tài)軟件設(shè)計(jì)完成。

叢34空氣泡沫站自控系統(tǒng)的上位機(jī)控制軟件選用INTOUCH組態(tài)軟件，主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、控制、圖形用戶接口、記錄、報(bào)表及報(bào)警等功能，先進(jìn)的INTOUCH軟件組態(tài)方式可以有效縮短監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)時(shí)間，快速廉價(jià)地進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)，并提供INTOUCH與第三方程序間的無(wú)縫連接，最終達(dá)到提高生產(chǎn)水平的目的。

2.1信號(hào)采集

叢34注水站和配水間的工藝流程和泵控制系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)主要采集閥門(mén)、泵、壓力變送器、流量計(jì)、液位計(jì)及穩(wěn)流測(cè)控儀等設(shè)備的信號(hào)。

圖1 叢34注水站的工藝流程和泵控制系統(tǒng)

2.2數(shù)據(jù)通信

數(shù)據(jù)傳輸采用基于以太網(wǎng)的MODBUS TCP協(xié)議，通過(guò)以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)；由控制室的監(jiān)控軟件接收數(shù)據(jù)，并發(fā)送控制指令。叢34空氣泡沫站自控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與水處理系統(tǒng)和加藥系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信功能，如圖2所示。

圖2 水處理和加藥系統(tǒng)的工藝流程和數(shù)據(jù)通信

2.3集中控制

系統(tǒng)設(shè)置以PLC為核心的控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)為遠(yuǎn)程/本地相結(jié)合的分散控制、集中管理的分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)注空氣泡沫站生產(chǎn)的自動(dòng)控制。叢34空氣泡沫站自控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)閥、泵等設(shè)備的遠(yuǎn)程啟停以及系統(tǒng)的操作功能，如圖3所示。

2.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與人機(jī)界面

叢34空氣泡沫站自控系統(tǒng)采用SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)，系統(tǒng)采用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面，如圖4所示，屏幕顯示的系統(tǒng)工藝流程包括測(cè)量值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)備的工作狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、流程監(jiān)控和設(shè)備監(jiān)控功能。

圖3 泡沫站集中控制系統(tǒng)

圖4 注泡沫工藝流程顯示界面

2.5報(bào)警

叢34空氣泡沫站自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音和畫(huà)面報(bào)警，如圖5所示，能夠保存泡沫站的運(yùn)行數(shù)據(jù)、事故追憶等歷史數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行歷史查詢(xún)，并對(duì)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為安排設(shè)備維修提供依據(jù)。

圖5 報(bào)警功能界面

通過(guò)上位機(jī)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種控制信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況。程控系統(tǒng)還可以在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，提醒運(yùn)行人員，并在上位機(jī)上進(jìn)行記錄，方便事后查詢(xún)分析。這為檢修人員查找缺陷提供了方便，提高了設(shè)備檢修效率，提高了注泡沫站的生產(chǎn)效益。

2.6生產(chǎn)曲線繪制與報(bào)表

系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)，叢34空氣泡沫站自控系統(tǒng)以趨勢(shì)曲線圖的方式顯示生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)，如圖6所示。同時(shí)在叢34空氣泡沫站自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了空氣泡沫站注入流量、壓力及運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)臺(tái)賬的建立，如圖7所示。

圖6 參數(shù)曲線顯示

圖7 報(bào)表界面

3 數(shù)字化視頻監(jiān)控

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了叢34注泡沫站、叢34注水站、叢55配氣和配泡沫站視頻監(jiān)控功能。視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各站重要工作區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控。視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置有球機(jī)4臺(tái)、固定攝像頭14臺(tái)?？諌簷C(jī)房東側(cè)、注泡沫間東側(cè)、注泡沫間西側(cè)、注泡沫站配電間、注泡沫站大門(mén)、配電間、水處理間南、注水泵房南和注水站大門(mén)口安裝有一體化攝像機(jī)，注泡沫站和注水站安裝了球機(jī)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置如圖8所示。

圖8 視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置

目前視頻監(jiān)控運(yùn)行良好，視頻畫(huà)面清晰，畫(huà)面的穩(wěn)定性和連續(xù)性都很好。實(shí)現(xiàn)了站場(chǎng)視頻信號(hào)的壓縮、傳輸、存儲(chǔ)和顯示功能。能夠同時(shí)顯示多個(gè)平臺(tái)視頻，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的攝像頭進(jìn)行操控，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境多角度、大范圍的監(jiān)視和巡查。由于采用了Web架構(gòu)，所有的監(jiān)控都可以通過(guò)IE進(jìn)行操作，所以并不需要安裝更多的程序和客戶端。

該系統(tǒng)具有完善的檢測(cè)和調(diào)控功能，包括對(duì)泡沫站各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集、處理和數(shù)據(jù)傳輸，具有自動(dòng)調(diào)控、人機(jī)對(duì)話、歷史趨勢(shì)檢測(cè)、報(bào)警、報(bào)警處理日?qǐng)?bào)生成及數(shù)據(jù)的收集記錄等功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研制具備高可靠性的叢34空氣泡沫站自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)甘谷驛采油廠叢34空氣泡沫站的生產(chǎn)控制系統(tǒng)的改造，提高了采油廠的自動(dòng)化水平，在滿足工藝生產(chǎn)要求的同時(shí)，降低了各類(lèi)生產(chǎn)事故的發(fā)生，保證了生產(chǎn)人員的安全，節(jié)省了硬件數(shù)量與投資成本，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和生產(chǎn)效率。

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2016-05-23(修改稿)

陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司科研項(xiàng)目“延長(zhǎng)東部油區(qū)空氣泡沫驅(qū)配套技術(shù)研究及先導(dǎo)試驗(yàn)”(ycsy2010-ky-A-12)

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1000-3932(2016)08-0878-05