油田智能化站庫建設(shè)技術(shù)研究

何立蘭

（山東海盛海洋工程集團(tuán)有限公司，山東東營 257237）

近年來，我國的測控技術(shù)發(fā)展迅速，測控系統(tǒng)已經(jīng)開始在不同類型的油田站段、庫段順利地測量生產(chǎn)數(shù)據(jù)、檢測參數(shù)和進(jìn)行生產(chǎn)過程控制等工作，對油田生產(chǎn)的科學(xué)合理性具有關(guān)鍵的指導(dǎo)作用，即測控系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行對油田生產(chǎn)的安全性起到了決定性作用，同時也能避免不必要的成本和資源浪費(fèi)。特別是近年來，隨著智能儀表與計算機(jī)技術(shù)的集成，以及諸多先進(jìn)的測控技術(shù)，油田生產(chǎn)的自動化不斷突破，成果頗豐。這將有助于今后更好地處理油田生產(chǎn)事務(wù)，提供必要的技術(shù)支持。但這種制度還存在弊端，相關(guān)技術(shù)人員要以豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行不斷的優(yōu)化升級。

1 我國油田站段測控系統(tǒng)存在的問題

油田站采用高端測控系統(tǒng)后，現(xiàn)場生產(chǎn)管理變得更加方便，現(xiàn)有生產(chǎn)成本也得到了更加合理地降低。但是，由于油田站場、倉庫使用的測控儀表標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，現(xiàn)場作業(yè)人員難以跟上測控系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新的步伐，難以提供有針對性的維護(hù)方案，使油田站場監(jiān)控系統(tǒng)局部或完全停機(jī)，測控系統(tǒng)不僅直接制約油田生產(chǎn)管理的有效性，同時也影響了現(xiàn)場操作和控制人員的工作進(jìn)度。對于油田實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)中測控系統(tǒng)的重要性和可靠性，相關(guān)人員產(chǎn)生了更深刻的質(zhì)疑，在上述不利因素廣泛交織后，測控系統(tǒng)在油田生產(chǎn)開發(fā)過程中面臨了許多不利的困難和挑戰(zhàn)[1]。在這種背景下，有關(guān)人員有必要調(diào)查相關(guān)油田測控系統(tǒng)的設(shè)計狀況，并結(jié)合豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定和實(shí)行協(xié)調(diào)改進(jìn)方案。

2 對我國油田站庫系統(tǒng)未來優(yōu)化設(shè)計的幾點(diǎn)建議

為了有效地糾正上述不利情況，必須不斷優(yōu)化油田站段的測控系統(tǒng)。其核心原則是將改造成本和運(yùn)行消耗降到最低，依據(jù)各種高端技術(shù)，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高系統(tǒng)運(yùn)行效益至更高的水平，優(yōu)化設(shè)計的建議詳情如下。

2.1 站段控制室測控系統(tǒng)設(shè)計模式的科學(xué)創(chuàng)新

測控技術(shù)在近年來不斷發(fā)展，儀表測控產(chǎn)品的可靠性大大提高，油田自動化系統(tǒng)中，控制室進(jìn)過改造之后，大部分傳統(tǒng)的顯示儀表將被計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)所取代。目前國內(nèi)大多數(shù)油田采用的測控技術(shù)可分為工業(yè)計算機(jī)板、可編程序控制器、單點(diǎn)模塊、小管理系統(tǒng)等。通過不斷實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)上述制度的運(yùn)作有以下優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

第一，IC 板系統(tǒng)具有較早的應(yīng)用時間和較低的價格，但抗干擾能力不夠理想，容易出現(xiàn)故障集中定位的情況，會導(dǎo)致系統(tǒng)的可擴(kuò)展性降低；第二，單點(diǎn)模塊系統(tǒng)將側(cè)重于PLC 類、可編程序控制器；第三，DCS 即傳統(tǒng)的小型管理系統(tǒng)，結(jié)合了計算機(jī)終端、CRT、通信技術(shù)、控制技術(shù)，具有控制性能好、系統(tǒng)運(yùn)行效率高、軟件編程程序容易上手等優(yōu)點(diǎn)。過于強(qiáng)大的系統(tǒng)功能，造成成本過于昂貴，因此有可能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，包括前饋控制、自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制和非線性控制控制；最后，可編程控制器（PLC），或稱可編程序控制器，本質(zhì)是一種集中控制設(shè)備，主要應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。其優(yōu)點(diǎn)包括能穩(wěn)定的運(yùn)行，并且擁有很強(qiáng)的抗干擾能力，以及易于軟件編程和維護(hù)?，F(xiàn)在新開發(fā)的可編程序控制器，與過去的PLC（單純實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制和PID調(diào)節(jié)等）有了根本的區(qū)別，特別是隨著模具和控制等學(xué)科的日益完善，可編程序控制器不斷將各種高端新技術(shù)元素融入自身，更增強(qiáng)了這一部分控制器的操作性能[2]。

結(jié)合上述情況和有關(guān)油田站段的實(shí)際情況，在聯(lián)合站的轉(zhuǎn)運(yùn)站和控制室中，監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)量有兩套，占總數(shù)的50%以上，包括常規(guī)的盤式二次儀表和微機(jī)系統(tǒng)（僅用于計量）。在這種環(huán)境的影響下，油田站段測控系統(tǒng)中的空間機(jī)房在長時間使用后，由于電氣元件老化和磁盤布局紊亂等問題交織在一起，在現(xiàn)場進(jìn)行系統(tǒng)的維護(hù)和控制十分困難，同步狀態(tài)使得現(xiàn)場維護(hù)人員的實(shí)際工作量和維護(hù)成本同步增加。

2.2 適當(dāng)執(zhí)行新的測量和控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范和詳細(xì)規(guī)則

油田地面工程站段自動控制設(shè)計規(guī)定在我國實(shí)施以來，對不同類型的站段、生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動控制點(diǎn)設(shè)置和自動控制設(shè)備選型提出了全新的要求。經(jīng)過連續(xù)應(yīng)用，不同類型站庫的測控系統(tǒng)的應(yīng)用和設(shè)備明顯提供了更為理想的標(biāo)準(zhǔn)用途，保證了系統(tǒng)的運(yùn)行。然而，一些不合實(shí)際的問題仍然存在于該規(guī)范中。因此，在設(shè)計時，要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件配備相應(yīng)的測試儀器，以此保證今后測控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)程能夠進(jìn)行合理的實(shí)施。

首先，給生產(chǎn)參數(shù)配置重復(fù)監(jiān)測點(diǎn)。例如加熱裝置，出口與加熱段之間的溫差太小。同時，加熱部分的溫度一般安裝在加熱爐的頂部，甚至有些設(shè)備沒有及時維修就有嚴(yán)重?fù)p壞的跡象。今后，建設(shè)性的做法是盡快將出口溫度選作遠(yuǎn)程監(jiān)測點(diǎn)；其次，某些生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)測點(diǎn)配置不合理，包括氣體輸送和消耗流量檢測儀表。目前通常采用的智能流量計同時具有流量、溫度和壓力傳感器，但采用雙檢測技術(shù)的儀表已經(jīng)包含了壓力和溫度信號，可以在傳輸?shù)轿C(jī)上時直接做補(bǔ)償計算，所以無需對外部溫度和壓力信號進(jìn)行反復(fù)的遠(yuǎn)程傳輸配置[3]。根據(jù)上述情況，只有綜合考慮各種實(shí)際因素，才能推導(dǎo)出一類規(guī)范，能更好的適應(yīng)測控技術(shù)以及現(xiàn)代計量的要求，以便能規(guī)范化地操作和維護(hù)油田不同類型測控、計量系統(tǒng)，避免繁瑣的程序和過程，提高系統(tǒng)在油田實(shí)際生產(chǎn)中的適應(yīng)性，以期用最小的投資獲得最大的效益。

2.3 以數(shù)據(jù)平臺為依托建設(shè)數(shù)字化站庫

我國物聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)環(huán)境越來越成熟，物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求越來越強(qiáng)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將把生產(chǎn)過程中的每一個環(huán)節(jié)和設(shè)備變成數(shù)據(jù)終端，全面收集底層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行更深層次的數(shù)據(jù)分析和挖掘，提高效率，優(yōu)化運(yùn)營。設(shè)備信息的實(shí)時準(zhǔn)確采集已經(jīng)成為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)過程中需要解決的首要問題。為了更好地利用A11 建設(shè)成果，發(fā)掘海量采集數(shù)據(jù)的價值，提高油氣生產(chǎn)管理水平和效率，在智能油田建設(shè)理念的指導(dǎo)下，建立了站庫監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠完成實(shí)時數(shù)據(jù)采集。然而，隨著信息化建設(shè)的不斷完善，收集的數(shù)據(jù)點(diǎn)越來越多，需要收集的數(shù)據(jù)量也越來越大。數(shù)據(jù)采集的實(shí)時性和海量數(shù)據(jù)存儲后的可讀性是否成為后續(xù)軟件應(yīng)用的最大瓶頸。在采集頻率和數(shù)據(jù)存儲方面，所開發(fā)的系統(tǒng)不足以滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的監(jiān)控需求。因此，有必要引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)和軟件，構(gòu)建滿足油田業(yè)務(wù)需求的高性能實(shí)時數(shù)據(jù)平臺中心。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)在油氣生產(chǎn)中的深入引進(jìn)，老油田面臨著裝車成本高、自然磨損加劇、管理方式落后等緊迫問題，基于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和數(shù)字化建模，對傳統(tǒng)堆場無人值守、抽油機(jī)工況智能診斷分析，如視頻監(jiān)控站庫的智能報警效果，從而建立了全新的生產(chǎn)組織方式、生產(chǎn)管理、運(yùn)營管理體系，降低了人工成本、運(yùn)營成本，并將智能化水平進(jìn)行了提高，讓老領(lǐng)域煥發(fā)出新的活力。針對集輸聯(lián)合站安全環(huán)保生產(chǎn)要求，設(shè)計了一種基于人工智能技術(shù)的安全預(yù)警可視化系統(tǒng)。[4]該系統(tǒng)是利用機(jī)器學(xué)習(xí)、知識地圖和數(shù)字雙生人工智能分析技術(shù)，并依托現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)領(lǐng)域，將專家知識和智能算法充分混合，輔助構(gòu)建站庫安全生產(chǎn)管理模式，對生產(chǎn)支持臺庫實(shí)行智能診斷分析，并可以做到實(shí)時安全預(yù)警，有效提高了工況診斷的效率和準(zhǔn)確性[5]。

3 站庫預(yù)警可視化指揮系統(tǒng)的應(yīng)用

站段預(yù)警可視化指揮系統(tǒng)的組成部分有：操作系統(tǒng)層、超級地圖和Geostar 三部分，它們都是國產(chǎn)的GIS 軟件。但是GIS 和CAD 系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與參考的連接，都具有空間坐標(biāo)系，可以滿足圖形數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系描述，同時也能滿足非圖形屬性數(shù)據(jù)的處理[6]。

（1）操作系統(tǒng)。為了增加操作系統(tǒng)與軟件的兼容性，應(yīng)用服務(wù)器以及數(shù)據(jù)服務(wù)器采用的操作系統(tǒng)平臺為Windows 2000/2003，應(yīng)用層客戶端使用操作系統(tǒng)平臺為Windows xp/7。

（2）數(shù)據(jù)管理。并行使用網(wǎng)絡(luò)關(guān)系數(shù)據(jù)庫Sqlserver、單機(jī)高性能訪問數(shù)據(jù)庫和文件類型三種模型，將系統(tǒng)的性能得到大幅度提高，可以有效地管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)和各種外部數(shù)據(jù)。

（3）引擎平臺。利用自行開發(fā)的3D 引擎平臺，可以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)生成圖像、管理、編輯、數(shù)據(jù)調(diào)度、查詢、存取、統(tǒng)計等功能，不需要用戶直接接觸數(shù)據(jù)。

（4）系統(tǒng)應(yīng)用。這一層是客戶端終端，可以通過可視化環(huán)境進(jìn)行定制，可以用于Internet Explorer 3D 瀏覽，并為其他應(yīng)用系統(tǒng)提供可視化界面。

4 結(jié)語

測控系統(tǒng)的應(yīng)用在油田生產(chǎn)開發(fā)過程中至關(guān)重要，但設(shè)計方案完善與否、儀器設(shè)備的使用是否科學(xué)合理，決定了系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在今后優(yōu)化和完善油田站段測控系統(tǒng)的過程中，既要考慮節(jié)省投資、降低勞動強(qiáng)度、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性等要求，又要結(jié)合個人的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和最新技術(shù)，探索一條新的實(shí)時運(yùn)行控制路徑。相信從長遠(yuǎn)來看，它將為中國油田的可持續(xù)發(fā)展提供取之不盡的支持和引導(dǎo)力量。