蘇里格南作業(yè)分公司數(shù)字化氣田設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

唐瑞志

中國石油長慶油田蘇里格南作業(yè)分公司 （陜西 西安 710018）

隨著油氣田工業(yè)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化水平的提高以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，氣田數(shù)據(jù)采集逐漸從人工記錄過渡到自動(dòng)化采集，數(shù)據(jù)傳輸逐漸從電話上報(bào)過渡到網(wǎng)絡(luò)傳輸，數(shù)據(jù)監(jiān)控逐漸從站場監(jiān)控過渡到遠(yuǎn)程中心監(jiān)控，整個(gè)氣田生產(chǎn)、建設(shè)、安全管理由傳統(tǒng)方式向數(shù)字化方向發(fā)展。中國石油長慶油田蘇里格南作業(yè)分公司（以下簡稱蘇南公司）自試氣生產(chǎn)以來，完成1座監(jiān)控中心、1座閥室、2座集氣站、34座井叢、308口單井?dāng)?shù)字化建設(shè)工程，涵蓋生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、電子巡井、場站實(shí)時(shí)監(jiān)控、應(yīng)急管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)共享等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)“同一平臺、信息共享、多級監(jiān)視、分散控制”。

1　蘇南公司數(shù)字化實(shí)現(xiàn)的功能

蘇南公司數(shù)字化實(shí)現(xiàn)了以下功能：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測；全程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視；多級遠(yuǎn)程關(guān)斷；遠(yuǎn)程自動(dòng)排液系統(tǒng)；緊急安全放空；設(shè)備自動(dòng)啟停；智能安防監(jiān)控；報(bào)表自動(dòng)生成。

2　數(shù)字化氣田的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1　自動(dòng)控制系統(tǒng)

2.1.1蘇南公司自動(dòng)控制系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)行思路

蘇南公司控制中心設(shè)SCADA控制系統(tǒng)，完成整個(gè)蘇里格南氣田區(qū)塊所屬集氣站、井叢和干線閥室的監(jiān)視、管理和控制，建立全區(qū)塊的數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)氣田生產(chǎn)狀況完成對各集氣站及井叢的管理調(diào)度[1]。除此之外，蘇南公司控制中心SCADA控制系統(tǒng)還接收蘇里格第五天然氣處理廠集氣區(qū)蘇南區(qū)塊來氣的濕氣交接計(jì)量數(shù)據(jù)和天然氣組分?jǐn)?shù)據(jù)，以及其配氣區(qū)的產(chǎn)品氣計(jì)量數(shù)據(jù)和天然氣組分?jǐn)?shù)據(jù)。SCADA作為整個(gè)蘇南公司自動(dòng)控制系統(tǒng)核心，由2座集氣站及其所轄井叢、1座中間閥室內(nèi)的CONTROL WAVE冗余控制器組成下位機(jī)，以集氣站和控制中心的PKS服務(wù)器為上位機(jī)，各節(jié)點(diǎn)間以光纖通訊連接搭建（圖1）。

圖1　蘇南公司自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.1.2蘇南公司集氣站站控系統(tǒng)

蘇南C1集氣站及蘇南C2集氣站設(shè)站控系統(tǒng)SCS（Station Control System），實(shí)現(xiàn)集氣站、井叢運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、動(dòng)態(tài)監(jiān)測，對集氣站、井叢設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。蘇南C1集氣站、蘇南C2集氣站站控系統(tǒng)接收所轄各井叢RTU上傳的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，同時(shí)完成集氣站內(nèi)主要生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視、控制和報(bào)警[2]。站控系統(tǒng)通過專用通信光纜，采用RJ 45接口TCP/IP協(xié)議將集氣站和所轄井叢的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，上傳蘇里格南區(qū)塊中心管理站SCADA中心控制系統(tǒng)，并接受SCADA中心控制系統(tǒng)下發(fā)的操作指令。SCADA中心控制系統(tǒng)將相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳長慶油田公司生產(chǎn)管理系統(tǒng)，長慶油田公司生產(chǎn)管理系統(tǒng)只接收蘇里格南區(qū)塊的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，不下發(fā)操作指令。

2.1.3井叢自動(dòng)控制系統(tǒng)

建設(shè)一座自動(dòng)化、智能化、現(xiàn)代化大氣田，作為整個(gè)蘇南公司數(shù)字化系統(tǒng)基礎(chǔ)構(gòu)架，前端數(shù)據(jù)采集與處理顯得尤為重要。根據(jù)蘇南項(xiàng)目ODP規(guī)劃，各井叢、井口和無人值守的閥室設(shè)SCADA系統(tǒng)遠(yuǎn)程終端裝置（RTU——Remote Terminal Unit）。各井口RTU完成對所在井口的數(shù)據(jù)采集、流量計(jì)算、存儲和控制，而且將有關(guān)信息采用RS 485接口MODBUSFORRTU協(xié)議傳送給井叢RTU，并接受SCADA中心控制系統(tǒng)和集氣站站控系統(tǒng)（SCS）通過井叢RTU下達(dá)的命令。各BB9、BB9′井叢RTU接收所轄各井口RTU上傳的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并完成對所在的井叢生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視、控制、報(bào)警。同時(shí)采用RJ 45接口TCP/IP協(xié)議將生產(chǎn)信息傳送給集氣站站控系統(tǒng)（SCS），并接受SCADA中心控制系統(tǒng)和集氣站站控系統(tǒng)（SCS）下達(dá)的命令。干線閥室RTU監(jiān)控干線閥室和清管站的生產(chǎn)數(shù)據(jù),通過專用通信光纜，采用RJ 45接口TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳蘇里格南區(qū)塊中心管理站SCADA中心控制系統(tǒng)[3]。

目前，蘇南公司所有井叢均能實(shí)現(xiàn)“動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測、視頻監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)視、功放系統(tǒng)正常運(yùn)行、風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)正常供電（BB9井叢）、截?cái)嚅y及電動(dòng)閥遠(yuǎn)程切斷、注醇泵遠(yuǎn)程關(guān)斷”等功能（圖2）。

圖2　蘇南公司單井流程圖

2.2　通訊系統(tǒng)

2.2.1蘇南公司通訊系統(tǒng)架構(gòu)

蘇南公司數(shù)據(jù)傳輸全部采用光纖通訊，BB9井叢數(shù)據(jù)采集處理后，通過四芯光纜傳輸至BB9′，再通過BB9′與集氣站之間的八芯光纜進(jìn)行通訊。集氣站之間采用六芯光纜進(jìn)行傳輸鏈接，蘇南C1站與控制中心之間通過十二芯光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[4]?？刂浦行耐ㄟ^10GSDH與長慶油田公司骨干環(huán)網(wǎng)進(jìn)行鏈接，將生產(chǎn)數(shù)據(jù)、應(yīng)急搶險(xiǎn)、視頻監(jiān)控、生產(chǎn)報(bào)表、動(dòng)態(tài)分析、車輛調(diào)度等相關(guān)數(shù)據(jù)及信息傳輸至長慶油田公司數(shù)字化生產(chǎn)指揮系統(tǒng)。

2.2.2視頻通訊系統(tǒng)

井叢攝像機(jī)視頻信號通過同軸視頻電纜上傳至視頻服務(wù)器，變焦控制信號通過電纜上傳至視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)器將信號以TCP/IP協(xié)議通過RJ 45井口經(jīng)ONU通過光纜上傳至蘇南集氣站的OLT終端設(shè)備，使用EPON無源光通信的方式實(shí)現(xiàn)井場數(shù)據(jù)及視頻信號的傳輸，數(shù)據(jù)寬帶≥10Mbps，來實(shí)現(xiàn)井叢與集氣站之間的通訊[5]。井場揚(yáng)聲器通過視頻服務(wù)器的音頻接口傳送提醒、警告等信號。

2.3　蘇南公司數(shù)字化生產(chǎn)指揮系統(tǒng)

2.3.1蘇南公司數(shù)字化生產(chǎn)指揮系統(tǒng)簡介

蘇南公司數(shù)字化生產(chǎn)指揮系統(tǒng)是按照“軟件標(biāo)準(zhǔn)化、應(yīng)用智能化、功能模塊化、維護(hù)便捷化、決策數(shù)字化”建設(shè)思路，集油氣集輸、安全環(huán)保、重點(diǎn)作業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控、應(yīng)急搶險(xiǎn)、輔助生產(chǎn)保障為同一平臺的運(yùn)行指揮系統(tǒng)。主要負(fù)責(zé)對數(shù)字化前端傳來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析和處理，并將一部分實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成管理數(shù)據(jù)，提供給不同崗位的管理人員。作為蘇南公司數(shù)據(jù)集散中心，并將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳至長慶油田數(shù)字化生產(chǎn)指揮管理系統(tǒng)。

目前，隨著數(shù)字化建設(shè)的全面推廣以及技術(shù)的日益成熟，蘇南公司的數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施也具有了一定規(guī)模。建設(shè)在井場、集氣站以及閥室等生產(chǎn)現(xiàn)場的自動(dòng)化儀器對生產(chǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并轉(zhuǎn)變成管理數(shù)據(jù)，通過數(shù)字化生產(chǎn)指揮系統(tǒng)輸送給各個(gè)崗位的管理人員，有效地提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)了生產(chǎn)現(xiàn)場精細(xì)管理。

2.3.2蘇南公司數(shù)字化生產(chǎn)指揮系統(tǒng)架構(gòu)

蘇南公司數(shù)字化生產(chǎn)指揮系統(tǒng)分為生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)、安全環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急搶險(xiǎn)指揮系統(tǒng)、生產(chǎn)輔助保障系統(tǒng)4大板塊，測井、錄井、試氣、天然氣生產(chǎn)、集輸、生產(chǎn)日報(bào)、車輛管理、應(yīng)急管理、設(shè)備臺賬、視頻監(jiān)控、場站檢修等47個(gè)子版塊，涵蓋地質(zhì)學(xué)、鉆井、地面建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行、檢修技改、材料出入庫等產(chǎn)能建設(shè)及生產(chǎn)運(yùn)行管理內(nèi)容，分為長慶油田公司、蘇南公司、作業(yè)區(qū)3級生產(chǎn)指揮管理系統(tǒng)。

3　數(shù)字化實(shí)施的成果

蘇南公司數(shù)字化管理的實(shí)質(zhì)，就是將數(shù)字化與勞動(dòng)組織架構(gòu)和生產(chǎn)工藝流程優(yōu)化相結(jié)合，按生產(chǎn)流程設(shè)置勞動(dòng)組織架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)組織方式和勞動(dòng)組織架構(gòu)的深刻變革；把蘇南氣田數(shù)字化管理的重點(diǎn)由后端的決策支持向生產(chǎn)前端的過程控制延伸。

3.1　提升管理水平

在蘇南公司監(jiān)控中心構(gòu)建了數(shù)據(jù)監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、智能安防、數(shù)據(jù)管理、異常報(bào)警等功能。監(jiān)控中心不僅能實(shí)時(shí)對作業(yè)區(qū)生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視和控制，還可對所轄站的各種運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警，并進(jìn)行相關(guān)的管理，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控中心的數(shù)字化管理，提升了蘇南氣田整體管理水平。

3.2　提高勞動(dòng)生產(chǎn)率

蘇南公司數(shù)字化建設(shè)帶來的是管理模式的變革，推進(jìn)了傳統(tǒng)條件下組織勞動(dòng)構(gòu)架的改變。在氣井巡井、井站緊急截?cái)喾趴盏炔僮髦?，減少了一線操作員工的用工數(shù)量和工作時(shí)間，從而減少生產(chǎn)定員，緩解人力資源壓力，降低運(yùn)行成本，大大提高了蘇南氣田每一個(gè)環(huán)節(jié)的管理效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]何克中,李 偉.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2000.

[2]劉金琨.先進(jìn)PID控制及其MATLAB仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[3]胡壽松.自動(dòng)控制原理[M].北京：科學(xué)出版社,2001.

[4]于海生.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1999.

[5]姜長生.智能控制與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2007.