單干井拉油遠程值守系統(tǒng)應用研究

李興，陳敏，陳聰穎，張曉峰

(中國石化股份有限公司 江蘇油田分公司 采油一廠，江蘇 江都 225265)

中國石化股份有限公司江蘇油田是典型的水鄉(xiāng)油田，河道水網密布，部分油井地處水網中的孤島，地理位置偏遠，孤立于整裝區(qū)塊的生產系統(tǒng)，形成獨特的單干井生產系統(tǒng)[1]。單干井長期實行人員輪換倒班、駐守值班的生產管理模式，綜合管理難度大。全油田單干井點多，勞動用工量大，駐守人員工作量不大、但工作時間長，勞動用工效率低；人均管井數(shù)少，人工駐井成本高。

近年來，大數(shù)據、人工智能技術與油田生產深度融合，在油氣田勘探、開發(fā)等多個環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用[2]，油田信息化建設向“自動化監(jiān)控、無人值守”模式快速發(fā)展[3-4]，中國部分油田已實現(xiàn)整裝區(qū)塊油井、井站、集輸站庫的無人值守[5-6]。但對于單干井生產系統(tǒng)信息化研究沒有得到重視，為實現(xiàn)油田信息化全覆蓋、降低勞動用工，開展相關內容的研究十分必要。

1 單干井遠程值守技術需求分析

單干井日常管理的“無人值守”模式取代“人員倒班值守”的生產模式必須從單干井生產管理需求出發(fā)，實現(xiàn)單干井資料錄取、監(jiān)測、操作的“無人化”。油田單干井的日常管理主要包括：油井生產資料的錄取，井口設備、流程及抽油機等的巡回檢查；單井生產儲罐液位、溫度、壓力錄?。簧a流程倒換操作、罐車裝油操作與計量等三個方面的內容。前兩個方面主要是生產參數(shù)的錄取與監(jiān)測，現(xiàn)場實現(xiàn)信息化難度較小，后者涉及的操作節(jié)點多、工藝控制復雜程度高、現(xiàn)場處于野外較為惡劣環(huán)境，因此是需要解決的關鍵難點。

2 單干井拉油遠程值守系統(tǒng)開發(fā)

某采油廠根據單干井拉油點無人遠程值守技術需求，開展了現(xiàn)場硬件設計與改造；依據操作工藝過程和生產管理要求，設計出遠程值守系統(tǒng)控制邏輯，開發(fā)配套系統(tǒng)控制模塊，形成單干井拉油遠程值守系統(tǒng)。

2.1 現(xiàn)場硬件設計與改造

對現(xiàn)有的單干井車拉油生產工藝進行改造達到無人值守的技術條件，現(xiàn)場主要硬件改造工作包括：生產全流程壓力監(jiān)測點改造；儲罐液位、壓力監(jiān)測改造；生產全流程閥組控制改造；視頻音頻及電氣控制改造。選用硬件的技術參數(shù)根據實際生產需求進行優(yōu)選和確定，主要硬件技術參數(shù)見表1所列。

表1 主要硬件技術參數(shù)

2.2 系統(tǒng)控制邏輯設計

依據罐車裝油操作工藝過程，單干井車拉油裝車操作主要分四個階段控制：

1)車拉油前準備工作。該系統(tǒng)根據設定的油溫遠程啟停電加熱裝置，預熱罐內原油準備車拉油。

2)拉油罐車進場就位及準備。中心控制室人員通過對話系統(tǒng)及視頻系統(tǒng)遠程檢查核實車輛信息、接地裝置、防火罩等情況。

3)遠程控制原油裝車。與承運人員核實現(xiàn)場安全等條件后，中心控制室人員在系統(tǒng)中設定放油量，發(fā)出裝油指令，外輸油罐出口、輸油泵出口電動閥打開，輸油泵啟動，開始裝油，當放油量達到設定值時，輸油泵出口電動閥自動關閉，停輸油泵。

4)生成報表，完成輸油任務。

2.3 系統(tǒng)結構設計

單干井拉油遠程值守系統(tǒng)的結構設計包括：生產流程自動切換模塊和控制單元的設計。

1)生產流程自動切換模塊設計。生產流程自動切換模塊由液位檢測、控制器、執(zhí)行機構3個單元組成。該模塊首先實現(xiàn)生產儲罐的倒換罐生產控制：控制器根據參數(shù)設置，判斷儲罐油位高低，當生產油罐液位到達預定液位，控制器發(fā)出指令，打開另一儲罐的進油閥，并關閉原儲罐進油閥，實現(xiàn)進油流程遠程切換；其次是接受中心控制室遠程裝油指令，以實現(xiàn)拉油點生產流程與車裝油自動切換。拉油點工藝流程及裝油過程控制如圖1所示。

圖1 拉油點工藝流程及裝油過程控制示意

2)控制單元設計?？刂茊卧倪x擇需滿足對拉油點遠程控制要求，從技術性能、使用性能、安全可靠性、環(huán)境適應性和經濟性五個方面綜合考慮。此次改造優(yōu)選了非常適合復雜過程順序控制的NJ300 PLC[7-8]，單干井所有設備都可通過該PLC擴展相應的DI，DO，AI，AO，串口通信模塊等，通過設計PLC底層邏輯[9]，完成對設備的數(shù)據采集和遠程控制。

控制單元可實現(xiàn)的功能包括：儲油罐液位、溫度、壓力實時監(jiān)測，參數(shù)高、低位報警，低液位聯(lián)鎖停止輸油泵、停電加熱裝置；儲油罐與輸油泵進、出口電動球閥遠程開關，狀態(tài)、閥開度反饋；電加熱裝置遠程啟動、停止；流程自動倒換、啟、停輸油泵；儲油罐實時油量、拉油量及歷史數(shù)據查詢；高清視頻實時監(jiān)控、與中心控制室語音對講、拉油點區(qū)域入侵報警等。

2.4 單干井拉油遠程值守管理系統(tǒng)開發(fā)

基于油田生產信息，開發(fā)了單干井拉油遠程值守管理系統(tǒng)，實現(xiàn)拉油四聯(lián)單的電子化，同時對現(xiàn)場設備改造配套刷卡識別系統(tǒng)，通過線上實現(xiàn)車拉油信息共享與管理。

該系統(tǒng)軟件基于VS.NET 2008開發(fā)環(huán)境和mysql5.5.8數(shù)據庫構建[10]，由PLC組態(tài)模塊、OPC讀取組態(tài)數(shù)據模塊、中心控制室監(jiān)控模塊、過磅稱重臺模塊、卸油臺模塊和系統(tǒng)管理查詢模塊組成。

PLC組態(tài)模塊完成讀取及顯示各個單干井拉油點PLC的數(shù)據；OPC讀取組態(tài)數(shù)據模塊完成讀取組態(tài)軟件數(shù)據并保存到數(shù)據庫；中心控制室監(jiān)控模塊自動從數(shù)據庫中讀取該拉油點的實時庫存量，并計算此次拉油量；過磅稱重臺模塊監(jiān)控稱重臺智能卡數(shù)據程序和稱重臺工人操作程序；卸油臺模塊監(jiān)控卸油臺智能卡數(shù)據程序和卸油臺工人操作程序；系統(tǒng)管理查詢模塊實現(xiàn)查詢顯示指定拉油點、指定車輛、指定司機的指定時間內拉油明細、稱重臺指定時間內稱重、卸油明細，生成指定報表及完成系統(tǒng)設置。

3 現(xiàn)場應用

單干井拉油遠程值守系統(tǒng)已在該采油廠SX23，CAO62，SHA54等10余個單干井拉油點進行推廣應用，實現(xiàn)中心控制室對單干井的生產進行遠程巡回檢查、視頻自動巡檢、遠程車裝油控制等日常管理與操作，取消單干井點人員駐守，減少駐井人員22人。

以SX23井應用單干井拉油遠程值守系統(tǒng)為例，該井的拉油點遠程控制界面如圖2所示。日常生產管理中，通過該系統(tǒng)實時采集生產數(shù)據，傳輸至中心控制室；中心控制室值班人員通過視頻系統(tǒng)對現(xiàn)場設備、流程進行定期巡回檢查；該系統(tǒng)根據儲罐庫存量進行自動倒換罐生產。

圖2 拉油點遠程控制界面示意

車輛裝油過程中，該系統(tǒng)根據儲罐庫存量進行預警提示，中心控制室值班人員派發(fā)拉油任務；拉油車輛就位后刷卡獲取車輛信息，并與中心控制室聯(lián)系裝油，中心控制室發(fā)出指令，實現(xiàn)遠程裝油控制。

4 結束語

針對水鄉(xiāng)油田特點開發(fā)了單干井拉油遠程值守系統(tǒng)，較好解決了邊遠井的管理問題，形成適合水鄉(xiāng)油田特色的單干井遠程值守生產模式。

1)通過開展單干井遠程值守控制、自動裝油研究，設計一套集數(shù)據采集、語音對講、遠程控制、信息聯(lián)網為一體的值守系統(tǒng)，實現(xiàn)中心控制室對單干井的生產進行遠程巡回檢查、視頻自動巡檢、遠程車裝油控制等日常管理與操作。

2)該系統(tǒng)的應用，取消單干井點人員駐守，減少用工，提高信息化管理水平、降低生產成本。

3)該系統(tǒng)的應用，在消除單干井油區(qū)“信息孤島”方面探索出了一種新方法，也為油田信息化全覆蓋拓寬了新思路。