王贺谊 汤瑞佳 王维波 江绍静 黄春霞 余华贵

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，西安 710075)

采油厂空气泡沫注入站自控系统的设计与应用

王贺谊 汤瑞佳 王维波 江绍静 黄春霞 余华贵

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，西安 710075)

对甘谷驿采油厂丛34注泡沫站和丛34注水站的自控系统进行统一规划和建设，通过对注空气、注泡沫站自控系统的开发，实现气动阀和泵的远程控制，压力流量液位的自动检测，水处理系统、加药系统的数据采集与自动控制，现场视频信息的实时监控。

自控系统 泡沫注入站 远程控制 自动检测

在网络迅速发展的工业时代，企业的信息化程度制约着企业的发展前景[1]。自控系统在安全管理的基础上，把生产区诸多危险因素和危险参数进行实时监测、控制和报警，以便及时发现事故隐患，并采取措施加以防范，避免事故的发生[2，3]。现代油田的勘探、钻井、测井及录井等都在复杂的野外环境作业，具有流动性强、点多、分散及距离长等特点，而石油公司对于施工现场不能进行实时的、全方位的监测，而且传统的采油生产为人员现场操作，辅助劳动强度大、设备运行环境差、无法进行统一管理且事故率比较高[4]。自控系统能直观显示实时监测数据，包括液位、流量、压力、泵及阀门等参数和设备的实时数据，并实现对设备的自动控制。控制系统的流程画面、实时趋势画面、报警画面和报表画面，方便了操作人员进行实时监视和控制[5，6]。随着网络化监控系统、工业以太网和数字化视频采集技术的发展，工业现场视频监控系统的性能有了很大提高[7]。在采油厂等高危场所，视频监控系统不仅可以直观、全面地保存整个操作流程，远端的监控人员还可以通过实时监控及时制止操作人员的违章操作，防止险情发生[8]。尤其是发生安全生产事故或产品质量事故时，可以从服务器上获得视频资料，从而完整地再现问题发生时的场景，快速高效地定位事故发生的原因[9]。

国内外在注空气采油技术研究方面，主要针对具体油藏的注空气驱替试验、注空气过程中的氧化反应试验、注气相渗规律试验、注气速度对采收率的影响、混相条件试验及加速热度计的氧化机理实验研究等方面[10～13]，目前未见到关于空气泡沫现场试验自控系统的相关文献和报道。在本次设计的自控系统中，实现对注泡沫设备进行自动控制，并实时监测设备的运行状态等。

1 工程概况

延长石油甘谷驿采油厂近期开展了空气泡沫驱油试验，为了对新建注空气和泡沫注气间、注泡沫间配液箱、泡沫液罐、注入井及采油井等的现场情况进行实时监控，确保注入安全平稳进行，进行了空气泡沫站数字化视频监控系统的设计研究，采用数字化技术实现现场视频信号的压缩、传输、存储和显示功能，以满足试验区井场二十四小时现场视频信息监控的要求，并且使得生产现场的各种压力、流量及液位等设定点出现异常情况时系统能够及时报警并联动现场设备。

2 自控系统及其功能

本系统设计是作为延长油田甘谷驿采油厂丛34泡沫站自控系统中处于工业现场的自动化装置，主要完成对注泡沫站数据采集的控制，并可以与处于较远距离的泡沫站监控中心计算机完成数据传输，监控系统以PLC为核心进行数据采集和控制，对外留有不同接口并可以独立运行。具有编程组态灵活、功能齐全、通信能力强、维护方便、自诊断能力强、可适应恶劣环境条件及可靠性高等特点。它在硬件上主要由处理器、I/O模件、网络通信设备、电源及安装附件等模块构成；在软件上采用梯形图或者STL编程语言实现系统所需功能，工业现场上位机监控界面由组态软件设计完成。

丛34空气泡沫站自控系统的上位机控制软件选用INTOUCH组态软件，主要包括实时数据库、控制、图形用户接口、记录、报表及报警等功能，先进的INTOUCH软件组态方式可以有效缩短监控软件的设计时间，快速廉价地进行系统升级和维护，并提供INTOUCH与第三方程序间的无缝连接，最终达到提高生产水平的目的。

2.1信号采集

丛34注水站和配水间的工艺流程和泵控制系统如图1所示。系统主要采集阀门、泵、压力变送器、流量计、液位计及稳流测控仪等设备的信号。

图1 丛34注水站的工艺流程和泵控制系统

2.2数据通信

数据传输采用基于以太网的MODBUS TCP协议，通过以太网传输数据；由控制室的监控软件接收数据，并发送控制指令。丛34空气泡沫站自控系统可以实现与水处理系统和加药系统的数据通信功能，如图2所示。

图2 水处理和加药系统的工艺流程和数据通信

2.3集中控制

系统设置以PLC为核心的控制系统，结构为远程/本地相结合的分散控制、集中管理的分布式控制系统，实现注空气泡沫站生产的自动控制。丛34空气泡沫站自控系统可实现阀、泵等设备的远程启停以及系统的操作功能，如图3所示。

2.4数据存储与人机界面

丛34空气泡沫站自控系统采用SQL SERVER数据库实现数据处理与存储，系统采用组态软件设计人机交互界面，如图4所示，屏幕显示的系统工艺流程包括测量值的实时数据和设备的工作状态。实现数据采集、流程监控和设备监控功能。

图3 泡沫站集中控制系统

图4 注泡沫工艺流程显示界面

2.5报警

丛34空气泡沫站自控系统实现了语音和画面报警，如图5所示，能够保存泡沫站的运行数据、事故追忆等历史数据，以便进行历史查询，并对设备的运行时间进行统计，为安排设备维修提供依据。

图5 报警功能界面

通过上位机软件对现场各种控制信号进行实时监测，以便准确掌握现场设备的运行情况。程控系统还可以在设备发生故障时进行自动报警，提醒运行人员，并在上位机上进行记录，方便事后查询分析。这为检修人员查找缺陷提供了方便，提高了设备检修效率，提高了注泡沫站的生产效益。

2.6生产曲线绘制与报表

系统采用数据库技术实现数据处理与存储，丛34空气泡沫站自控系统以趋势曲线图的方式显示生产过程参数，如图6所示。同时在丛34空气泡沫站自控系统实现了空气泡沫站注入流量、压力及运行时间等参数台账的建立，如图7所示。

图6 参数曲线显示

图7 报表界面

3 数字化视频监控

系统实现了丛34注泡沫站、丛34注水站、丛55配气和配泡沫站视频监控功能。视频监控系统对各站重要工作区域进行监控。视频监控系统配置有球机4台、固定摄像头14台。空压机房东侧、注泡沫间东侧、注泡沫间西侧、注泡沫站配电间、注泡沫站大门、配电间、水处理间南、注水泵房南和注水站大门口安装有一体化摄像机，注泡沫站和注水站安装了球机。视频监控系统的网络配置如图8所示。

图8 视频监控系统网络配置

目前视频监控运行良好，视频画面清晰，画面的稳定性和连续性都很好。实现了站场视频信号的压缩、传输、存储和显示功能。能够同时显示多个平台视频，并对现场的摄像头进行操控，实现了现场周边环境多角度、大范围的监视和巡查。由于采用了Web架构，所有的监控都可以通过IE进行操作，所以并不需要安装更多的程序和客户端。

该系统具有完善的检测和调控功能，包括对泡沫站各监测点数据的采集、处理和数据传输，具有自动调控、人机对话、历史趋势检测、报警、报警处理日报生成及数据的收集记录等功能。

4 结束语

通过研制具备高可靠性的丛34空气泡沫站自控系统，实现了对甘谷驿采油厂丛34空气泡沫站的生产控制系统的改造，提高了采油厂的自动化水平，在满足工艺生产要求的同时，降低了各类生产事故的发生，保证了生产人员的安全，节省了硬件数量与投资成本，提高了系统的准确性、可靠性和生产效率。

[1] 徐雅兰.锅炉汽包三冲量DCS控制系统的设计[J].化工自动化及仪表,2015,42(7):823～824,831.

[2] 曹永友,张亚丽,刘全祯.石油库安全监控系统的设计与开发[J].石油库与加油站,2002,11(5):19～22.

[3] 纪红,宋磊,王国丽.油气田自动化技术应用现状及发展趋势[J].石油规划设计,2006,17(3):4～8.

[4] 李园园,胡璐,吕海卫.自动化监控技术在现代油田中的应用研究[J].化工管理,2013,(8):1.

[5] 朱益飞.自动化监控系统在油田生产中的应用[J].工业计量,2006,16(3):23～24.

[6] 蔡更喜.油田自动化监控系统的设计与应用[J].石油地质与工程,2006,20(4):80～82.

[7] 廖智蔓,王树光.浅析自动化监控系统在广利油田注水站的应用[J].中国石油和化工标准与质量,2012,32(1):83.

[8] 姬晓光.工业视频监控系统的设计与实现[D].北京:北京工业大学,2009.

[9] 费敏锐,李力雄.自动化领域的一些进展与评论[J].仪器仪表学报,2002,23(z3):241～244.

[10] 徐冰涛,杨占红,刘滨,等.吐哈盆地鄯善油田注空气提高原油采收率实验研究[J].油气地质与采收率,2004,11(6):56～57.

[11] Greaves M,Ren S R,Rathbone R R.Improve Residual Light Oil Recovery by AirInjection(LTO Process)[J].Journal of Canadian Petroleum Technology,2000,39(1):57～61.

[12] 王杰祥,张琪,李爱山,等.注空气驱油室内实验研究[J].中国石油大学学报(自然科学版),2003,27(4):73～75.

[13] 李娜.孤东油田空气泡沫驱提高采收率技术研究[D].青岛:中国石油大学(华东),2009.

2016-05-23(修改稿)

陕西延长石油(集团)有限责任公司科研项目“延长东部油区空气泡沫驱配套技术研究及先导试验”(ycsy2010-ky-A-12)

TH862

B

1000-3932(2016)08-0878-05