油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在油田生產(chǎn)中的應(yīng)用

馬健 張亮 王曉明

[摘? ? 要] 為了實現(xiàn)油田的精細化管理和高效開發(fā)，針對目前油田生產(chǎn)管理的現(xiàn)狀，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以油田生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)為實施主體，推進油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與應(yīng)用，做到“全面感知，自動操控，預(yù)測趨勢，精準決策”，實現(xiàn)“無人值守、集中監(jiān)控、故障巡檢”的管理模式，改善現(xiàn)場缺員現(xiàn)象，降低操作人員勞動強度，以達到“增產(chǎn)、增效、少（不）增人”的目標。

[關(guān)鍵詞] 物聯(lián)網(wǎng);自動操控;無人值守

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 01. 039

[中圖分類號] F270.7? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2020）01- 0092- 03

0? ? ? 引? ? 言

“油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)”契合了信息化與工業(yè)化“兩化融合”的理念，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)融合的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在智能識別、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面發(fā)揮越來越大的作用，油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)是油氣田信息化建設(shè)發(fā)展的趨勢。

針對油田生產(chǎn)管理的現(xiàn)狀，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)油水井、計量站生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)信息在調(diào)控中心進行集中管理和控制。完成對油水井、計量站等生產(chǎn)數(shù)據(jù)遠程集中監(jiān)控，優(yōu)化勞動組織結(jié)構(gòu)，減少一線用工總量，為油田生產(chǎn)的精細化管理提供重要支撐，達到“增產(chǎn)、增效、不增員，節(jié)能、節(jié)約、降成本”的目的。

1? ? ? 基本概況

油田生產(chǎn)運行模式以現(xiàn)場人員值守、人工巡檢為主，隨著油田全生命周期開發(fā)的推進，現(xiàn)有的生產(chǎn)、組織方式已不能適應(yīng)油田快速發(fā)展要求，造成油田生產(chǎn)組織用工數(shù)量和操作成本增加，并對生產(chǎn)管理帶來較大困難。同時油水井、站場生產(chǎn)數(shù)據(jù)沒有實現(xiàn)自動采集與回傳，使基于現(xiàn)場生產(chǎn)的異常預(yù)警、工況實時診斷、歷史數(shù)據(jù)查詢等工作不能正常開展，無法實現(xiàn)油氣生產(chǎn)精細化管理。

2? ? ? 油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

如圖1，根據(jù)采油一廠總體需求，油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)分為三個子系統(tǒng)，分別是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、生產(chǎn)管理子系統(tǒng)。

2.1? ?數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控子系統(tǒng)

2.1.1? ?油水井系統(tǒng)

針對油水井生產(chǎn)精細管理需求，通過油藏壓力、注水調(diào)節(jié)、注采平衡等多個參數(shù)的動態(tài)監(jiān)測、協(xié)同控制，為油井產(chǎn)量持續(xù)攀升、生產(chǎn)管理模式優(yōu)化提供技術(shù)支持。每座油水井安裝油、套壓壓力變送器、一體化示功儀、電參模塊、恒流配水裝置、井口RTU控制箱及4G傳輸模塊。生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過4G無線網(wǎng)絡(luò)上傳至廠級調(diào)控中心，實現(xiàn)由站點駐守人工巡井模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤盁o人值守、集中監(jiān)控、故障巡檢”模式。井口采集設(shè)備安裝位置示意圖如圖2所示。

通過SCADA系統(tǒng)研發(fā)，實現(xiàn)油井、注水井監(jiān)測及信息組態(tài)展示功能，對生產(chǎn)對象歷史數(shù)據(jù)查詢和實時監(jiān)測。設(shè)置動態(tài)報警，提前發(fā)現(xiàn)異常實時推送處理，從事后維修、被動維修到事前發(fā)現(xiàn)、主動干預(yù)的積極轉(zhuǎn)變。在數(shù)據(jù)自動采集的同時實現(xiàn)油井的遠程啟停、注水井的遠程調(diào)參及流量PID控制等功能，顯著減少人工操作頻次，提高注水質(zhì)量。

2.1.2? ?計量站系統(tǒng)

稀油生產(chǎn)計量具有磚混計量站與橇裝計量裝置并存，計量間、配水間和管匯間數(shù)量多的特點，一般采用分散計量、就地操作方式，站點需要配備專人負責(zé)計量、資料錄取工作。通過對橇裝式計量站RTU控制器程序二次開發(fā)及磚混計量站自動化計量系統(tǒng)改造，實現(xiàn)對計量站多通閥閥位狀態(tài)、油壓、溫度、計量分離器液位、排油閥狀態(tài)、氣閥閥位狀態(tài)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控。開發(fā)遠程計量程序：計量指令一次導(dǎo)入、多站分發(fā)，同時啟動多個計量站的排序計量作業(yè)，計量結(jié)果自動生成，實現(xiàn)“一人多站”遠程管理。計量操作由人工目視化計量轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊嬃?，人工倒井就地計量轉(zhuǎn)變?yōu)檫h程控制計量模式。

2.1.3? ?拉油罐液位監(jiān)測

針對單井拉油罐采取液位數(shù)字化建設(shè)與應(yīng)用，通過外置倒裝式磁致伸縮位移傳感器及4G無線專網(wǎng)實現(xiàn)拉油罐液位數(shù)據(jù)采集與遠傳。SCADA系統(tǒng)設(shè)置液位低、高報警，當拉油罐不在拉油狀態(tài)下時液位非正常下降可視為異常;液位高報警可以及時避免出現(xiàn)原油溢罐風(fēng)險。

2.2? ?數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

系統(tǒng)前端井、站場生產(chǎn)數(shù)據(jù)采用TD-LTE 4G無線專網(wǎng)傳輸方式，采用標準Modbus TCP協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳至調(diào)控中心。

4G無線專網(wǎng)采用以點帶面布局結(jié)構(gòu)，單座基站采用S111-3小區(qū)配置360度覆蓋，專用無線4G通信系統(tǒng)采用“3U1D”的上下行帶寬配置模式（最大上行模式），與一般民用設(shè)備的“1U3D”和“2U2D”配置模式不同（側(cè)重于下行的模式），并實現(xiàn)專線光纜從油區(qū)直接匯聚至核心交換機，實現(xiàn)油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)專網(wǎng)專用，在信息安全方面更安全、可靠。

2.3? ?生產(chǎn)管理子系統(tǒng)

生產(chǎn)管理子系統(tǒng)利用實時采集的生產(chǎn)信息，建立覆蓋油氣生產(chǎn)全過程的監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)井、站場生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)查詢、生產(chǎn)過程實時預(yù)警，遠程調(diào)參，數(shù)據(jù)實時發(fā)布，管理決策及時到位。

如圖3，生產(chǎn)管理子系統(tǒng)提供生產(chǎn)過程監(jiān)測、生產(chǎn)分析與工況診斷、計量管理、物聯(lián)設(shè)備管理、報表管理、數(shù)據(jù)管理、輔助分析與決策支持等功能，滿足采油廠對生產(chǎn)過程監(jiān)控管理的需要。

（1）生產(chǎn)分析與故障診斷：實現(xiàn)產(chǎn)量計量、參數(shù)敏感性分析、工況診斷預(yù)警功能。

（2）報表生成與管理：實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表模板管理，實現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表、物聯(lián)設(shè)備故障報表等的自動生成。

（3）物聯(lián)設(shè)備管理：實現(xiàn)物聯(lián)設(shè)備的標識、工作狀態(tài)等信息的采集與監(jiān)視，實現(xiàn)物聯(lián)設(shè)備信息檢索、故障管理和設(shè)備維護功能。

（4）輔助分析與決策支持：實現(xiàn)油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)匯總信息展示。

（5）數(shù)據(jù)管理：實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成管理功能。

（6）系統(tǒng)管理：實現(xiàn)告警預(yù)警配置管理、用戶權(quán)限管理、系統(tǒng)日志管理功能。

DMS系統(tǒng)基于B/S模式，使用Hibernate+Structs開發(fā)，以Web形式發(fā)布，通過對動態(tài)數(shù)據(jù)的采集，在指定的時間點生成油水井的壓力、產(chǎn)量、電參、生產(chǎn)備注等信息，并可對報表進行導(dǎo)出導(dǎo)入，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)和A2系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互對接，定時自動生成A2日報數(shù)據(jù)。

3? ? ? 應(yīng)用效果

（1） 對油水井、計量站生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)全面監(jiān)測、關(guān)鍵生產(chǎn)過程自動控制。油田開采、注水、計量等一系列操作實現(xiàn)集中監(jiān)控、遠程管理。

（2） 采用井口Zigbee、4G無線專網(wǎng)與光纖網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)技術(shù)模式，實現(xiàn)生產(chǎn)單元網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通及油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的一體化綜合應(yīng)用。

（3）推進生產(chǎn)管理模式變革，實現(xiàn)“無人值守、集中監(jiān)控、故障巡檢”的管理模式，由站點值班轉(zhuǎn)變?yōu)榧斜O(jiān)控的電子巡檢。如圖4所示。

（4）實現(xiàn)油田生產(chǎn)過程的實時預(yù)警和集中監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)管線破裂或凍堵情況，降低排查強度，減少產(chǎn)量損失;有效減少和預(yù)防跑油、刺漏等事件發(fā)生。

4? ? ? 結(jié)? ? 語

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，采油一廠在數(shù)據(jù)采集與控制，數(shù)據(jù)傳輸，綜合應(yīng)用上建立起一套覆蓋稀油生產(chǎn)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，全面構(gòu)建“廠級調(diào)控中心至一線巡檢班組”的兩級勞動組織架構(gòu)，達到“增產(chǎn)、增效、少（不）增人”的目的，為油田生產(chǎn)、安全、質(zhì)量控制提供有效技術(shù)支持。

主要參考文獻

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