實(shí)現(xiàn)油井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送的SCADA監(jiān)視控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一、系統(tǒng)概況

1、立項(xiàng)背景

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比我國(guó)石油開采技術(shù)水平還有一定差距，目前我國(guó)的采油井95%以上是機(jī)采，大多數(shù)數(shù)據(jù)采集依靠人工完成，雖然一定程度上已建立了石油MIS信息管理系統(tǒng)，但油井現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)還不能實(shí)現(xiàn)無縫上傳，集中采集，無法實(shí)現(xiàn)高效的采油調(diào)度管理。 通過建立油田生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)時(shí)全過程監(jiān)控的SCADA系統(tǒng)，使油田已建或在建信息網(wǎng)絡(luò)向井口擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)油井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送和信息網(wǎng)絡(luò)的無縫鏈接，逐步形成油田生產(chǎn)管理與監(jiān)控一體化的信息中心，將成為油田井網(wǎng)監(jiān)控和生產(chǎn)調(diào)度管理的整體解決方案。

2、油田概況

某油田高尚堡油田采油作業(yè)區(qū)位于唐?？h東南約25公里處，區(qū)域面積約70平方公里。管理著7座轉(zhuǎn)油站、43座計(jì)量站、5座注水站、1座聯(lián)合站和一座油氣處理廠。油田大多數(shù)的數(shù)據(jù)依靠人工完成，為實(shí)現(xiàn)整個(gè)油田統(tǒng)一管理和生產(chǎn)的自動(dòng)化，通過建立ECHOSCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)油田的監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合站、油氣處理廠、計(jì)量站、轉(zhuǎn)油站、注水站和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)井口設(shè)備遠(yuǎn)程的遙控，并能夠?qū)ιa(chǎn)數(shù)據(jù)的歸檔保存管理等。

3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。由于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)CADA的要求不同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的SCADA系統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。

目前，國(guó)外已廣泛采用SCADA系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)城市燃?xì)夤艿赖淖詣?dòng)監(jiān)控和自動(dòng)保護(hù)，并已發(fā)展成為燃?xì)夤艿雷詣?dòng)控制系統(tǒng)的基本模式。SCADA系統(tǒng)的工作原理是：根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得的系統(tǒng)運(yùn)行工況參數(shù)與設(shè)計(jì)工況參數(shù)的比較結(jié)果，然后通過由調(diào)節(jié)閥和與之配套的電動(dòng)、氣動(dòng)、電液聯(lián)動(dòng)或氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及檢測(cè)被調(diào)參數(shù)的儀表等組成的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)某些偏離設(shè)計(jì)工況的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)糾偏調(diào)節(jié)。

ECHO SCADA 系統(tǒng)是真正的分布式數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)上每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都是一個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立執(zhí)行系統(tǒng)初始分配的任務(wù)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)就是不會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)節(jié)點(diǎn)的離線而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。ECHO SCADA系統(tǒng)通過客戶機(jī)/服務(wù)器模式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的通訊，是網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)共享數(shù)據(jù)。ECHO SCADA 系統(tǒng)在廣域網(wǎng)上運(yùn)行時(shí)，遠(yuǎn)程訪問不同位置上的節(jié)點(diǎn)就如同訪問本地局域網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)一樣。測(cè)控中心是EchoSCADA系統(tǒng)的核心，運(yùn)行EchoSCADA軟件，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元的集中監(jiān)控和系統(tǒng)的配置、管理、維護(hù)。硬件網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下：

4、軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件使用Windows XP平臺(tái)，安裝在SCADA 系統(tǒng)的操作站、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、主備SCADA服務(wù)器中，主要是考慮到該操作系統(tǒng)在工業(yè)控制中使用的安全性和可靠性，保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)庫(kù)軟件選用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)ORACLE9.i，安裝在系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器中，完成系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、記錄等。

ESPIDER 軟件中的ESPIDER SQL/ODBC 模塊能方便地將EXPIDER SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)插入ORACLE歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。

系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如下圖：

二、系統(tǒng)分析

1、 采用先進(jìn)的油田自動(dòng)化技術(shù)提高油田生產(chǎn)效率：

提高油田生產(chǎn)效率，減輕油田生產(chǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減低油田生產(chǎn)管理成本是EchoSCADA系統(tǒng)的主要目標(biāo)。本系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)此目的實(shí)現(xiàn)了計(jì)量站油井遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等，為計(jì)量站油井實(shí)現(xiàn)無人值守打下了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)有助于油田生產(chǎn)管理減員增效。具體子系統(tǒng)描述如下：

ECHO監(jiān)控仿真子系統(tǒng)：該系統(tǒng)是整套油田自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要實(shí)現(xiàn)抽油井、自噴井、螺桿泵井、計(jì)量站、轉(zhuǎn)油站等的參數(shù)采集與常規(guī)控制，操作員通過友好的人機(jī)界面可在遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的巡檢和日常操作等所有功能，同時(shí)本系統(tǒng)還提供所有參數(shù)的異常報(bào)警，使操作員以最快的速度獲得現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的異常信息而及時(shí)進(jìn)行處理，避免事故的發(fā)生。仿真子系統(tǒng)的典型界面如下：

ECHO計(jì)量子系統(tǒng)：計(jì)量子系統(tǒng)是ECHOSCADA系統(tǒng)的核心，它的核心任務(wù)是完成油井井號(hào)的選擇及決定單井的計(jì)量時(shí)間，實(shí)現(xiàn)油井油、氣、水三相自動(dòng)計(jì)量。自動(dòng)排序計(jì)量是操作員只要一次排好本日要計(jì)量所有的井號(hào)及相關(guān)參數(shù)，那么系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)按順序執(zhí)行計(jì)量工作，不在需要操作員額外的干預(yù)。

單井量油子系統(tǒng)：是安控公司針對(duì)油田生產(chǎn)計(jì)量的需要，研發(fā)、生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)含游桿泵抽油機(jī)流量計(jì)算系統(tǒng)。適用性強(qiáng)：實(shí)時(shí)連續(xù)計(jì)量，保證計(jì)量結(jié)果的真實(shí)性和代表性。在油井生產(chǎn)后期階段的間歇出油、間抽工作和井況變化較大的情況下，同樣能夠適用。 RTU與中控室的通信失敗不影響產(chǎn)量計(jì)量的連續(xù)性和計(jì)量精度。

視頻監(jiān)視子系統(tǒng)：本系統(tǒng)采用的是嵌入式WEB服務(wù)器技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)不需要放置視頻主機(jī)，工作人員可以直接用瀏覽器（如IE）觀看瀏覽器上的界面。同時(shí)中控室放置兩臺(tái)大屏幕監(jiān)視主機(jī)可同時(shí)監(jiān)視32個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)畫面。系統(tǒng)還具有控制云臺(tái)操作、集中與計(jì)劃錄象存儲(chǔ)、對(duì)講等功能。

2、 全面的自動(dòng)化保護(hù)技術(shù)保障油田生產(chǎn)安全：

本套系統(tǒng)綜合其它各兄弟油田的安全生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及本油田多年的生產(chǎn)安全技術(shù)積累，制定了比較完備的設(shè)備安全生產(chǎn)保護(hù)措施，具體描述如下：

計(jì)量間安全保護(hù)措施：計(jì)量間包括超壓報(bào)警，可燃?xì)怏w報(bào)警（轉(zhuǎn)油站）、設(shè)備故障報(bào)警、超溫報(bào)警等功能，發(fā)生報(bào)警時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)設(shè)備到安全狀態(tài)避免事故發(fā)生。

智能抽油機(jī)控制器安全模塊：抽油機(jī)具備負(fù)荷超載/欠載報(bào)警停機(jī)功能，有效減少抽油機(jī)卡桿斷桿事故的發(fā)生；同時(shí)具有油壓套壓超壓報(bào)警功能，提示工作人員注意油井是否有瞥壓的危險(xiǎn)。

3、 高效、精細(xì)的能耗管理：

節(jié)能技術(shù)是當(dāng)前油田生產(chǎn)非常關(guān)注并飛速發(fā)展的技術(shù)，本系統(tǒng)立足于冀東油田生產(chǎn)實(shí)際情況，有效利用現(xiàn)有資源，在不增加額外的節(jié)能設(shè)備及投資情況下實(shí)現(xiàn)精細(xì)的能耗管理。

智能抽油機(jī)控制器節(jié)能措施：智能控制器采集地下負(fù)荷功圖與電流圖，根據(jù)功圖做地質(zhì)分析，為抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)抽油間抽、空抽等節(jié)能控制提供直接的參考資料，同時(shí)提供了智能間抽、空抽控制的接口。

電量使用的能耗管理：系統(tǒng)可以計(jì)算出抽油機(jī)電機(jī)或螺桿泵的實(shí)時(shí)功率，統(tǒng)計(jì)每臺(tái)電機(jī)每小時(shí)、每天的有功和無功電能，提供每臺(tái)抽油機(jī)的用電量。同時(shí)可根據(jù)系統(tǒng)采集的功率因數(shù)等分析合適的電機(jī)功率，幫助工程師合理選擇電機(jī)實(shí)現(xiàn)能耗的精細(xì)管理。

4、 功能強(qiáng)大的輔助生產(chǎn)管理功能：

本系統(tǒng)開發(fā)時(shí)引入了智能生產(chǎn)管理概念，根據(jù)冀東油田實(shí)際生產(chǎn)情況和國(guó)內(nèi)外油田生產(chǎn)管理及數(shù)據(jù)分析的先進(jìn)理念與技術(shù)為冀東油田定制開發(fā)了一套油田生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)EOPEN系統(tǒng)。

EOPEN功能描述：

①。具有數(shù)據(jù)采集和錄入功能：可采集油井、注水井、計(jì)量站、轉(zhuǎn)油站及層位、區(qū)塊的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)信息，并提供靈活的增加、刪除、修改功能。

②。方便的查詢功能：可輸入時(shí)間、井號(hào)或其它關(guān)鍵字的模糊查詢，可自定義查詢條件，查詢結(jié)果以文字、圖行、表格的方式表示，支持WEB瀏覽和菜單方式查詢。查詢信息包括采油設(shè)施基本信息、生產(chǎn)信息、管理信息、告警信息等。

③。系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)，預(yù)留各種數(shù)據(jù)接口，方便與各種系統(tǒng)互聯(lián)；具有方便的維護(hù)功能，和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠脩舭踩芾怼?/p>

5、 高技術(shù)含量的抽油機(jī)智能分析軟件：

安控依托本身技術(shù)優(yōu)勢(shì)和多年的油田應(yīng)用工程經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了ECHO油井示功圖分析軟件。軟件根據(jù)故障智能分析提供解決對(duì)策，工程師還可以完善對(duì)策庫(kù)，對(duì)每一次故障解決進(jìn)行記錄使軟件具有自學(xué)習(xí)功能。工程師通過該軟件準(zhǔn)確快速判斷油井生產(chǎn)情況，做出正確的解決方案。

6、 先進(jìn)的信息化管理：

為了方便油田信息化管理，本系統(tǒng)開發(fā)了WEB發(fā)布功能，工作人員在取得一定權(quán)限后可利用WEB瀏覽器實(shí)時(shí)查看、查詢生產(chǎn)信息。系統(tǒng)利用微軟ITS新技術(shù)，遵循所見既所得的功能，除正常的頁(yè)面流程等發(fā)布外，實(shí)現(xiàn)了趨勢(shì)、報(bào)警、報(bào)表的實(shí)時(shí)WEB發(fā)布而不需要額外的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器支持，降低了系統(tǒng)成本。

三、結(jié)語(yǔ)

北京安控科技發(fā)展有限公司成立以來，承建了國(guó)內(nèi)多個(gè)油田中控室的自動(dòng)化系統(tǒng)工程，憑借安控人的高尚的職業(yè)精神和辛苦的努力與付出，為中國(guó)的油田自動(dòng)化事業(yè)作出了自己的貢獻(xiàn)。