基于SCADA系统的数字化油田设计探讨

2019-01-16刘博超

中国设备工程 2019年19期

刘博超

（大庆油田有限责任公司第三采油厂规划设计研究所，黑龙江大庆 163000）

石油企业作为我国国民经济的重要支柱性行业，在信息化时代背景下，如何实现其生产的数字化，已经成为研究的重点。通过数字化SCADA 系统的应用，对石油企业生产中的相关数据进行了自动化采集，并真正实现了无人值守的现象，进而全面提升了石油企业的生产水平和质量。

1 石油企业数字化管理和SCADA 系统

1.1 石油企业数字化管理

数字化管理主要是指在进行石油生产的过程中，充分借助计算机、通信、网络、人工智能等技术，对石油生产的对象、生产中的管理行为等进行量化管理，进而对其进行计划、组织、协调、服务、创新等管理活动、管理方法。通俗地来说，数字化管理就是在石油生产的过程中，一切都听数字指挥，并利用数字进行控制。

具体来说，石油企业的数字化管理主要具备3 个特征：（1）时效性：主要是指石油企业的数字化管理中，通实时在线监测的方式，对石油生产过程中的所有动态进行监测，并将其体现到模型中，使其成为最新决策的依据。（2）一体化协同：在石油数字化管理中，通过实时远程控制的方式，基本上实现数据共享的现象，并对其运行情况进行了调整和决策修正，并在管理上真正实现了闭环式的管理，将石油生产过程中的勘探、开发、管理等环节有效结合到一起；（3）持续性：主要是指在石油企业的数字化管理中，可以持续到油田生产和开发的最优化。

1.2 SCADA 系统

SCADA 系统主要是指数据采集与监视控制系统。该系统主要包括两个系统，即智能数据采集系统，又被称之为分布式数据采集系统；数据处理以及显示系统，也就是所谓的上位机HMI 系统。从总体上来说，SCADA 系统的应用，可以将其作为石油生产过程中的调度中心，并将其生产环节中相关的历史数据、实施数据等进行采集、分析和计算，并将其作为管理、决策的依据。同时，该系统在应用的过程中，还可以对生产过程中各个环节，进行大范围的监控，并将各个站点的不同数据、各种设备的运行状态行进行监控、调节等。在这种情况下，通过SCADA 系统的应用，可以对石油生产各个环节中的数据进行精准地记载和分析，对于促进石油企业的持续发展，具有十分重要的价值。

具体来说，在石油生产过程中，SCADA 系统在应用的过程中，具有以下几个显著的特征：

特征一：高速数据采集软件。该系统在石油生产系统中的应用，可以通过先进的数据分析技术、数据分析和控制软件，对其进行高速采集和收集，进而实现了油田数据的统一管理、自动化监控的目的。例如，通过SCADA 系统的应用，可以对油田生产中井底的压力进行实施监控，且相关工作人员可以结合收集回来的数据，对井内的压力进行分析。

特征二：高效处理生产数据。在油田生产过程中，通过SCADA 系统的应用，可以对各种数据进行快速分析和处理，并对其进行收集和存储等，进而保证数据平稳运行。

特征三：可支持多种通话形式。就该系统的核心通讯功能来说，其通讯能力相对比较强大，并且支持其他的通讯方式，还可以实现常用通讯功能的自由切换。在这种情况下，可以进一步保证石油生产的稳定运行。

特征四：高灵敏的警务。SCADA 系统还是一款自动化程度比较高的系统，在应用的过程中，具有强大的预警能力。因此，当石油生产过程中，某些数据超出设定的数值后，该系统就会自动发出警报。并且在该系统中，根据危险程度不同，警报的颜色也存在一定的差异性。在这种情况下，工作人员就可以依据信号，作出精准的反应。

特征五：安全级别高。在SCADA 系统中还具有强大的数据运行能力，并且设备在运行的过程中，通过该系统的应用，可以有效地避免信息量过大而出现的系统崩溃现象，并且即便是机械设备出现技术故障的情况下，整个系统的运行也不会受到影响，依然可以平稳、流畅运行。

特征六：设备全程监控。在SCADA 系统的应用下，可以对石油生产过程中所使用的设备进行简称监控，并据此对石油采集工作的相关数据进行汇总、收集、控制等，并对石油生产全部信息进行显示。

2 SCADA 系统功能分析

2.1 功能采集与分析

在SCADA 系统中，功能采集与分析这一模块主要是采用了模块化、可配置化的设计方式，可对油田生产过程中，多种设备的运行数据进行采集、传输等。并且在该系统中，通过该系统的数据展示中，还可以对单张、叠加等形式展示。另外，在功能采集与分析模块中，还专门开发了工况诊断工具，可以对石油生产环节中的40 余种工况进行精准的诊断，并将诊断结果进行存储，以便于后期使用和查询。

2.2 报警功能

在SCADA 系统中的报警模块中，可以结合预设的数值，对石油生产过程中的各个环节进行有效的监督，进而结合实际生产中的参数变化，一旦其超出了预定的范围，就会出现报警等现象。同时，在实现报警功能的同时，该模块还会结合一定时间内石油生产中的参数变化，对其具体的趋势报警进行自动的调整；针对并未及时处理的报警信息进行升级处理等，并充分利用RTX、短信、声光报警等形式，将其通知给相关的责任人。

2.3 产液量以及注水量分析

在SCADA 系统中的产液量以及注水量分析模块中，将单井功图的计量、区块计量一共纳入到同一个平台中，并结合生产过程中各个站点运行报表的结果，对其进行自动汇总，进而在此基础上形成了一套完整的生产监控体系，更加方便了石油生产过程中，相关工作人员对注水计划的监控，基本上实现了其远程调配。

2.4 远程启停油井和在线配注

在SCADA 系统中的远程启停油井和在线配注模块中，具有操作权的用户，可充分利用计算机的方式，对油水井的启停操作、配注活动进行远程操作。具体来说，相关工作人员在进行操作的过程中，只需要输入相应的密码，即可获得相关的信息，并对其进行远程配注，进而提升了工作效率和安全性。

2.5 自动生成报表

在石油企业生产过程中，通过SCADA 系统的应用，可对生产中各项数据信息进行采集，并在此基础上，结合计算值、人工录入值等，将其有机地结合到一起，并在此基础上形成了一个完整的数据报表。

2.6 通讯监测

在石油企业生产过程中，通过SCADA 系统的应用，可对整个生产系统中的各个监控站点、服务器的通讯状况等进行实时监测，并将网络通讯的百分比、变化趋势等进行精准的计算。在此基础上，相关工作人员就可以通过该系统中对各个设备进行点击，进而对其通讯情况进行查看，并将相应的结果，以报表、曲线的方式对其进行呈现。

2.7 联动输油控制

在SCADA 系统中，为了实现集输管理的优势，提升数字化管理水平，在该系统中又设计了一套联动输油控制系统。即：（1）以管线外输压力作为研究对象，通过程序实施时候的比较液，以降低两站同时输油的频率，进而使得管线的压力得到了降低；（2）以缓冲罐液位作为研究对象，鉴于石油生产管线中的站点数量较多、液量较大，系统对其进行输送的过程中，避免大液量站点同时输油的现象，对其进行了均衡分配，以保证其平稳运行。