基于SCADA系統(tǒng)的數(shù)字化油田設(shè)計探討

劉博超

（大慶油田有限責(zé)任公司第三采油廠規(guī)劃設(shè)計研究所，黑龍江 大慶 163000）

石油企業(yè)作為我國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱性行業(yè)，在信息化時代背景下，如何實(shí)現(xiàn)其生產(chǎn)的數(shù)字化，已經(jīng)成為研究的重點(diǎn)。通過數(shù)字化SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用，對石油企業(yè)生產(chǎn)中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了自動化采集，并真正實(shí)現(xiàn)了無人值守的現(xiàn)象，進(jìn)而全面提升了石油企業(yè)的生產(chǎn)水平和質(zhì)量。

1 石油企業(yè)數(shù)字化管理和SCADA 系統(tǒng)

1.1 石油企業(yè)數(shù)字化管理

數(shù)字化管理主要是指在進(jìn)行石油生產(chǎn)的過程中，充分借助計算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、人工智能等技術(shù)，對石油生產(chǎn)的對象、生產(chǎn)中的管理行為等進(jìn)行量化管理，進(jìn)而對其進(jìn)行計劃、組織、協(xié)調(diào)、服務(wù)、創(chuàng)新等管理活動、管理方法。通俗地來說，數(shù)字化管理就是在石油生產(chǎn)的過程中，一切都聽數(shù)字指揮，并利用數(shù)字進(jìn)行控制。

具體來說，石油企業(yè)的數(shù)字化管理主要具備3 個特征：（1）時效性：主要是指石油企業(yè)的數(shù)字化管理中，通實(shí)時在線監(jiān)測的方式，對石油生產(chǎn)過程中的所有動態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并將其體現(xiàn)到模型中，使其成為最新決策的依據(jù)。（2）一體化協(xié)同：在石油數(shù)字化管理中，通過實(shí)時遠(yuǎn)程控制的方式，基本上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的現(xiàn)象，并對其運(yùn)行情況進(jìn)行了調(diào)整和決策修正，并在管理上真正實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)式的管理，將石油生產(chǎn)過程中的勘探、開發(fā)、管理等環(huán)節(jié)有效結(jié)合到一起；（3）持續(xù)性：主要是指在石油企業(yè)的數(shù)字化管理中，可以持續(xù)到油田生產(chǎn)和開發(fā)的最優(yōu)化。

1.2 SCADA 系統(tǒng)

SCADA 系統(tǒng)主要是指數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括兩個系統(tǒng)，即智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，又被稱之為分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理以及顯示系統(tǒng)，也就是所謂的上位機(jī)HMI 系統(tǒng)。從總體上來說，SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用，可以將其作為石油生產(chǎn)過程中的調(diào)度中心，并將其生產(chǎn)環(huán)節(jié)中相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)、實(shí)施數(shù)據(jù)等進(jìn)行采集、分析和計算，并將其作為管理、決策的依據(jù)。同時，該系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中，還可以對生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)，進(jìn)行大范圍的監(jiān)控，并將各個站點(diǎn)的不同數(shù)據(jù)、各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)行進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)節(jié)等。在這種情況下，通過SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用，可以對石油生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)地記載和分析，對于促進(jìn)石油企業(yè)的持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的價值。

具體來說，在石油生產(chǎn)過程中，SCADA 系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中，具有以下幾個顯著的特征：

特征一：高速數(shù)據(jù)采集軟件。該系統(tǒng)在石油生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以通過先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和控制軟件，對其進(jìn)行高速采集和收集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了油田數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、自動化監(jiān)控的目的。例如，通過SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用，可以對油田生產(chǎn)中井底的壓力進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，且相關(guān)工作人員可以結(jié)合收集回來的數(shù)據(jù)，對井內(nèi)的壓力進(jìn)行分析。

特征二：高效處理生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在油田生產(chǎn)過程中，通過SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用，可以對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析和處理，并對其進(jìn)行收集和存儲等，進(jìn)而保證數(shù)據(jù)平穩(wěn)運(yùn)行。

特征三：可支持多種通話形式。就該系統(tǒng)的核心通訊功能來說，其通訊能力相對比較強(qiáng)大，并且支持其他的通訊方式，還可以實(shí)現(xiàn)常用通訊功能的自由切換。在這種情況下，可以進(jìn)一步保證石油生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

特征四：高靈敏的警務(wù)。SCADA 系統(tǒng)還是一款自動化程度比較高的系統(tǒng)，在應(yīng)用的過程中，具有強(qiáng)大的預(yù)警能力。因此，當(dāng)石油生產(chǎn)過程中，某些數(shù)據(jù)超出設(shè)定的數(shù)值后，該系統(tǒng)就會自動發(fā)出警報。并且在該系統(tǒng)中，根據(jù)危險程度不同，警報的顏色也存在一定的差異性。在這種情況下，工作人員就可以依據(jù)信號，作出精準(zhǔn)的反應(yīng)。

特征五：安全級別高。在SCADA 系統(tǒng)中還具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)行能力，并且設(shè)備在運(yùn)行的過程中，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，可以有效地避免信息量過大而出現(xiàn)的系統(tǒng)崩潰現(xiàn)象，并且即便是機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)技術(shù)故障的情況下，整個系統(tǒng)的運(yùn)行也不會受到影響，依然可以平穩(wěn)、流暢運(yùn)行。

特征六：設(shè)備全程監(jiān)控。在SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用下，可以對石油生產(chǎn)過程中所使用的設(shè)備進(jìn)行簡稱監(jiān)控，并據(jù)此對石油采集工作的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、收集、控制等，并對石油生產(chǎn)全部信息進(jìn)行顯示。

2 SCADA 系統(tǒng)功能分析

2.1 功能采集與分析

在SCADA 系統(tǒng)中，功能采集與分析這一模塊主要是采用了模塊化、可配置化的設(shè)計方式，可對油田生產(chǎn)過程中，多種設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸?shù)?。并且在該系統(tǒng)中，通過該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)展示中，還可以對單張、疊加等形式展示。另外，在功能采集與分析模塊中，還專門開發(fā)了工況診斷工具，可以對石油生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的40 余種工況進(jìn)行精準(zhǔn)的診斷，并將診斷結(jié)果進(jìn)行存儲，以便于后期使用和查詢。

2.2 報警功能

在SCADA 系統(tǒng)中的報警模塊中，可以結(jié)合預(yù)設(shè)的數(shù)值，對石油生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的監(jiān)督，進(jìn)而結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中的參數(shù)變化，一旦其超出了預(yù)定的范圍，就會出現(xiàn)報警等現(xiàn)象。同時，在實(shí)現(xiàn)報警功能的同時，該模塊還會結(jié)合一定時間內(nèi)石油生產(chǎn)中的參數(shù)變化，對其具體的趨勢報警進(jìn)行自動的調(diào)整；針對并未及時處理的報警信息進(jìn)行升級處理等，并充分利用RTX、短信、聲光報警等形式，將其通知給相關(guān)的責(zé)任人。

2.3 產(chǎn)液量以及注水量分析

在SCADA 系統(tǒng)中的產(chǎn)液量以及注水量分析模塊中，將單井功圖的計量、區(qū)塊計量一共納入到同一個平臺中，并結(jié)合生產(chǎn)過程中各個站點(diǎn)運(yùn)行報表的結(jié)果，對其進(jìn)行自動匯總，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上形成了一套完整的生產(chǎn)監(jiān)控體系，更加方便了石油生產(chǎn)過程中，相關(guān)工作人員對注水計劃的監(jiān)控，基本上實(shí)現(xiàn)了其遠(yuǎn)程調(diào)配。

2.4 遠(yuǎn)程啟停油井和在線配注

在SCADA 系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程啟停油井和在線配注模塊中，具有操作權(quán)的用戶，可充分利用計算機(jī)的方式，對油水井的啟停操作、配注活動進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。具體來說，相關(guān)工作人員在進(jìn)行操作的過程中，只需要輸入相應(yīng)的密碼，即可獲得相關(guān)的信息，并對其進(jìn)行遠(yuǎn)程配注，進(jìn)而提升了工作效率和安全性。

2.5 自動生成報表

在石油企業(yè)生產(chǎn)過程中，通過SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用，可對生產(chǎn)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合計算值、人工錄入值等，將其有機(jī)地結(jié)合到一起，并在此基礎(chǔ)上形成了一個完整的數(shù)據(jù)報表。

2.6 通訊監(jiān)測

在石油企業(yè)生產(chǎn)過程中，通過SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用，可對整個生產(chǎn)系統(tǒng)中的各個監(jiān)控站點(diǎn)、服務(wù)器的通訊狀況等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并將網(wǎng)絡(luò)通訊的百分比、變化趨勢等進(jìn)行精準(zhǔn)的計算。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)工作人員就可以通過該系統(tǒng)中對各個設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)擊，進(jìn)而對其通訊情況進(jìn)行查看，并將相應(yīng)的結(jié)果，以報表、曲線的方式對其進(jìn)行呈現(xiàn)。

2.7 聯(lián)動輸油控制

在SCADA 系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)集輸管理的優(yōu)勢，提升數(shù)字化管理水平，在該系統(tǒng)中又設(shè)計了一套聯(lián)動輸油控制系統(tǒng)。即：（1）以管線外輸壓力作為研究對象，通過程序?qū)嵤r候的比較液，以降低兩站同時輸油的頻率，進(jìn)而使得管線的壓力得到了降低；（2）以緩沖罐液位作為研究對象，鑒于石油生產(chǎn)管線中的站點(diǎn)數(shù)量較多、液量較大，系統(tǒng)對其進(jìn)行輸送的過程中，避免大液量站點(diǎn)同時輸油的現(xiàn)象，對其進(jìn)行了均衡分配，以保證其平穩(wěn)運(yùn)行。

3 結(jié)語

綜上所述，在油田的生產(chǎn)過程中，通過SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了石油生產(chǎn)的數(shù)字化管理。在這種管理系統(tǒng)中，工作人員可充分利用計算機(jī)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，對石油生產(chǎn)各個過程進(jìn)行量化管理，并根據(jù)系統(tǒng)所發(fā)出的故障預(yù)測等，對其進(jìn)行提前處理和預(yù)防，進(jìn)而保證了石油生產(chǎn)的平穩(wěn)進(jìn)行。