物联网技术在稠油处理站的应用

2015-02-17谢光华蒋能记

特种油气藏 2015年2期

关键词：稠油油田预警

霍进，谢光华，韩菲，蒋能记，张娜

(中油新疆油田分公司，新疆克拉玛依 834000)

物联网技术在稠油处理站的应用

霍进，谢光华，韩菲，蒋能记，张娜

(中油新疆油田分公司，新疆克拉玛依 834000)

基于现场数据采集、过程控制、参数优化、管理决策的油气生产物联网已是油田信息化建设发展的必然趋势。稠油处理是稠油生产的关键环节，稠油物性复杂，工艺调控频繁，传统人工管理方式保障系统平稳运行难度大。以风城油田一号稠油处理站为例，介绍了物联网技术在稠油处理站的应用。处理站物联网系统建设结合了稠油处理工艺特点，配套自动化采集，建立中控室系统，全站生产集中监控，全流程统一调控，重点区域视频辅助监控，数据生产综合应用，辅助生产管理。物联网系统成功应用实现了稠油处理站高效管理，所形成的稠油处理站物联网建设方法可供其他油田建设参考。

物联网；新疆油田；风城油田一号稠油处理站

引言

中国稠油资源丰富，随着稠油开采量的增加，其输送问题也变得越来越重要[1]。稠油处理是稠油输送的关键环节，稠油处理站安全平稳运行是稠油正常生产的基础。超稠油的集输、处理及外输要解决3个核心问题：一是黏度过大、输送脱水困难[2]；二是来液物性差异大、液量波动频繁；三是工艺控制参数多、操作复杂。

以新疆油田风城油田一号稠油处理站为例，研究物联技术在稠油处理站的应用，通过信息技术与生产的融合，紧紧围绕生产运行管理，建立面向稠油处理站生产过程的物联网系统。该技术提高了稠油处理每个单元的自动化程度，系统运行高效稳定。

1 稠油处理站物联网整体设计

1.1 稠油处理站概况

新疆风城油田一号稠油处理站2008年投产，2012年原油处理规模由100×104t/a扩建至210×104t/a，污水处理能力由2×104m3/d扩建至3×104m3/d。站内主要有原油处理、污水处理、SAGD来液换热处理系统3个部分。油区来液物性复杂、泥砂含量高、波动频繁；进站采出液温度达85℃以上，站区生产高温、高压点多，生产运行管理以岗位值守、人工巡检为主，对员工的责任心和熟练程度依赖性高，员工劳动强度大，生产效率较低，生产过程存在一定安全风险。

1.2 稠油处理站物联网整体结构

风城一号稠油处理站物联网总体架构采用三层体系结构(图1)。安装在稠油处理流程上的各种仪表设备、工艺设备自带控制系统以及摄像机为采集控制层，实现处理过程数据采集、各类设备自动操控以及环境信息的采集；中控室DCS(Distributed Control System，集散控制系统)工程师、操作站、视频监控电视墙，站区环形生产网络设备为集中监控层，实现全站生产数据集中监测、生产过程集中调控、重点区域视频监视；DMS(Database Management System，数据库管理系统)系统、预警系统为数据应用层，实现数据存储、发布、分析、报表管理等。三层体系结构将生产网络与企业网有效安全集成，将稠油处理系统数据采集、系统控制调节、站区生产管理三大功能完全整合，使物联网系统成为全站生产管理与指挥的核心。

图1 稠油处理站物联网系统整体结构

2 稠油处理站物联网系统建设

2.1 工艺配套自动化采集

通过科学选择自动化设备，合理安装，研究对比使用，形成了风城稠油(50℃黏度不大于50 000 mPa·s)处理配套的自动化采集控制技术，优选了适应稠油原油、污水、污油、SAGD密闭处理的一系列自动化仪表和设备，保障数据采集的正确性、实时性、连续性，为实现稠油处理自动化管理提供了基础。

2.2 生产集中监控

2.2.1 处理站传输网络建设

处理站生产网络主要承载生产实时数据、视频数据的采集、汇总、传输。向中心控制室提供各项自动化数据、视频数据，通过办公网共享发布；支持处理站内岗位、操作员岗访问DCS系统；通过DCS系统、PLC等终端网络设备采集数据、下发控制指令等。

结合站区规模、分布，以及工艺特点，风城一号稠油处理站设置1套DCS系统，2套远程I/O控制终端，应用工业以太环网(RRPP)架构实现站控系统的数据传输、指令下达。相比传统的独立站控OPC模式、RS-485方式，工业以太环网(RRPP)架构的可靠性、稳定性大幅提高，线缆、施工费用节省40%以上。

处理站到油田基地之间组建高速无线网络与有线光纤冗余链路，将处理站自控系统作为油田厂级SCADA系统的一套前端系统[3-4]，油田基地实现统一远程监控。生产网络相对于企业办公网络是一个相对封闭的独立网络，选用经过国家公安部认证的网络隔离设备，设置网络缓冲链路，生产网向办公网传输自动化数据，实现自动化数据管理应用，同时确保生产网安全。

2.2.2 异构系统集成

异构系统集成是实现全站生产集中监控的技术关键。稠油集输处理工艺复杂，规模大，分期建设，工艺设备自带控制系统，使控制系统较多，软件版本、数据接口不同，系统相对独立，造成各系统间相对封闭，系统间很难交换数据[5]，导致数据共享率低，需要操作人员较多。物联网建设以“信息共享、无缝融合、管控一体化”为目标，分析现有各自控系统通讯协议(SCnetII、MODBUS TCP/IP、专用协议等)，优选PROFIBUS工业总线协议，解决时间跨度大，工艺复杂，撬装设备多等一些列问题带来的兼容集成，高速传输等技术难题，实现原油、污水、SAGD密闭处理等自控系统无缝集成，构建稠油处理全流程集中监控平台。

2.2.3 中控室系统建设

中控室系统是实现全站生产集中监控的基础平台。采用一套监控界面，统一指令、统一格式、统一操作，实现处理站的便捷管理与控制，消除信息孤岛，大幅提升系统整体性能。中控室系统采用标准化、模块化和插入式结构，方便扩展，中控室系统功能结构见图2，包含流程监控、数据分析、报警处理、物联设备管理等功能。

2.3 数据分析预警

2.3.1 节点控制理论

处理站承担多个区块采出液处理任务，每个区块实时产液量和采出液物性不同，进入处理站的实时液量波动范围大(200～500 m3/h)，常规方法调控系统平衡难度大。在全过程集中监控系统基础上，运用HAZOP分析法与节点控制理论，对稠油处理工艺流程进行合理简化，选取节点，进行控制与管理。

2.3.2 系统诊断预警分析

运用节点控制理论开发智能预警分析系统，挖掘处理过程属性，量化系统、设备预警规则，构建稠油处理故障知识库，建立节点分析诊断模型，参数异常变化及时预警，诊断信息自动推送，对主要设备和关键参数进行分级预警提示，使处理站管理从事后处理分析转为预警调节，为保障稠油处理安全平稳运行提供了技术支持[6]。智能分析系统采用客户端/服务器方式进行数据访问、处理；采用多层开发模式进行信息发布；运用实时数据库实现秒级响应，对分析诊断预警提供可靠保障；主要包括稠油处理全流程综合预警、系统流程数预警，设备状态健康度诊断，预警模型、预警规则库、综合指标管理以及数据查询统计分析等功能。图3为设备预警示例，绿色指示当前设备运行正常，红色指示当前运行异常，灰色指示当前设备停用，设备运行状况一目了然。

图2 稠油处理站集中监控系统功能结构

图3 设备预警指示示意图

2.4 区域视频监控

稠油处理过程伴随高温、高压、易腐蚀等特点，人工巡检安全风险高。建立工业电视监控系统，实现重要生产场所及有毒有害危险场所用视频监控代替人工巡检。遵循“最少摄像覆盖最广区域，重点岗位与事故频发设备操作间优先考虑，高危区域无人值守”的原则，分别在重点生产区域、操作间内安装监控摄像机，视频信号接入集成平台，及时发现事故，辅助规范人员行为和生产远程管理。

3 稠油处理站物联网应用

物联网建设实现稠油处理2200多点实时监测，100多台设备自动控制，40多个回路安全连锁，原油、污水、SAGD密闭及辅助工艺的自动化监测覆盖率达到85%以上，关键监测点100%覆盖。控制中心的操作员监视这些信息，并能向远方的设备发布操作命令，同时也为其他信息系统提供各种现场数据[7]，实现生产过程全面感知。通过强化系统应用，将人和生产流程的效率发挥到最佳水平。

监控系统选择重要参数，分级报警，历史数据分析，及时合理设置报警限值，系统异常实时预警，及时调整控制参数；通过预警分析系统节点动态预测，全流程综合分析，强化节点间的信息反馈。针对每个节点最大可能制订相应控制措施，实现了稠油处理系统优化运行，上下游统一调控，为稠油处理系统平稳运行提供重要保障。

借助数据管理(DMS)系统精简规范处理站生产运行报表，90%报表数据自动生成，在线审核，减少重复录入，从根本上减少工作强度，并且在可靠分析数据的基础上提高工作效率[8-10]；原油加药自动连锁控制，系统自动匹配精确控制破乳剂加入量，提高破乳剂使用效率；大罐负压排泥远程操作，根据工艺要求自主设定排泥时间和频次等自控功能，提高工作效率，降低劳动强度。

处理站依托物联网系统组织生产，以中控室集中监控为基础，通过多岗合并、专业优化，将原“岗位制”运行模式逐步调整为“班组制”，员工分班组管理，形成以“中控室集中监控，站区故障巡检”的生产管理新模式。