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数字化系统在长庆油田的应用

数字化系统在长庆油田的应用

        由于地势环境的因素,导致了长庆油田“数字化”系统是一个复杂的、多层结构的信息化系统。该系统涉及到了多种硬件设备、软件平台以及复杂的网络通讯结构,其中以王二计量转接站的数字化建设更具有代表性。

1 、项目背景介绍

        长庆油田为国内第二大油田,矿产资源登记面积25.78万平方公里,跨越5省区, 长庆油田管理的7万口油、气、水井分布在37万平方公里的鄂尔多斯盆地,涉及4省(区)、数十个市县,各采油、采气厂比较分散独立,管理难度之大、企业成本之高可想而知。为了降低企业成本、完善企业管理、提高企业在行业的竞争力,长庆油田成立了数字化建设、建立全油田统一的生产管理、综合研究的数字化管理系统,实现“同一平台、信息共享、多级监视、分散控制”,达到强化安全、过程监控、节约人力资源和提高效益的目标。
        王二转位于采油一厂王三计区域安塞县王窑乡白庄村内,隶属于长庆油田采油一厂王窑作业区。项目涉及到2个接转站、2个计量站及所辖58个井场,69口油井和5口注水井进行数字化建设。通过井场上的无线网络,将视频、井场功图数据传到王二计量转接站,实现电子巡井、油井巡护等功能。王二计量接转站内建设1套RTU/PLC控制系统,实现关键生产数据的集中监控,输油自动控制,减少了工人日常巡视的工作强度,提高了站点的安全。

2、整体结构

        在油田公司数字化管理项目的建设要求和技术标准指导下,结合实际情况进行整体规划,从系统结构、设备选型和功能实现三个方面进行设计。

系统结构如下图所示:包括井场和站内两大部分。

        井场系统分为井口部分、井场配水间部分、井场视频监控部分和井场主控部分;站内系统分为站内视频监控部分、增压站RTU/PLC控制部分、中控室监控系统部分;这两大部分之间是通过无线网络进行数据交换的。

2.1井口RTU

        选用北京安控科技股份有限公司(以下简称安控科技)的井口数据采集RTU,通过4-20mA模拟信号对负荷和角位移进行示功图数据采集;远程手动控制油井电机启停,并采集油井运行状态;启动现场报警提示;对电机三相电压和三相电流进行采集。井口数据通过2.4G无线通讯协议与井场主RTU进行通讯。
井场配水间RTU:选用安控科技的配水间RTU,对井场配水间汇管压力进行采集;通过RS485采集高压注水流量计的注水流量数据,同时还与压力变送器进行通讯。配水间数据通过2.4G无线通讯协议与井场主RTU进行通讯。

2.2井场视频监控

     选用室外云台和摄像机,通过井场摄像机传送视频信息到视频服务器,通过交换机上传至无线网桥,后经无线网络最终实现现场视频数据传送到站内视频监控平台。

2.3井场主RTU

     选用安控科技的井场主RTU(Super32-L系列RTU),通过4-20mA模拟信号对井口出油管线压力进行采集;通过2.4G无线通讯协议与所属各井口RTU和配水间进行无线通讯,以实现数据采集和井口控制;通过无线网桥上传数据到增压站。

2.4站内视频监控部分

    选用室外云台和摄像机,通过站内摄像机传送视频信息到视频服务器,后经交换机实现现场视频数据传送到站内视频监控平台。

2.5增压站RTU/PLC控制部分

    选用安控科技的增压站RTU/PLC(3个AI模块、1个AO模块、1个DI模块、1个DO模块和一个RS485采集模块),实现站内监控点的数据采集、回路控制、故障连锁和累计计算等功能。

2.6中控室监控系统部分

    选用安控科技的数字化油田SCADA软件,实现站内和井场的实时数据采集,同时结合长庆油田油气工艺研究院的功图智能工况诊断和功图量油系统,实现产量计算、功图量油、自动语音报警、报警管理和报表自动生成等功能。

2.7无线网络部分

    数据无线通信产品选用无线网桥产品, 实现增压站和井场之间的数据实时传输、视频监控、远程控制等效果,并将相应数据传输至后台网络,实现后台信息共享,信息管理等应用。

 

3、项目实施方案

        根据现场状况和指导意见,制定数字化系统实施方案。系统可分为井场数据采集部分;数据通讯部分;站控系统三大部分。

3.1井场数据采集部分

1) 功图法量油

        在井场,井场RTU配套载荷传感器、位移传感器、无线网桥设备等硬件设施,在各增压点建立数据监控处理平台及功图遥测平台,实现油井功图全天候采集、泵况智能诊断和产量估算等功能。
        所有监测数据都是各井口RTU通过无线网络与主RTU进行通讯,无线网络采用的是ZigBee技术。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。ZigBee是一种无线连接,可工作在2.14GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915 MHz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率,它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。

2) 电参采集、集输管道压力采集

         在抽油机控制箱配套电流互感器,监测抽油机上下行过程中电压/电流/电量等参数变化情况;配套电机运行监控模块,监视抽油机运行状态,对电机缺相、过载、空转等故障实现自动报警,并能根据控制中心命令实现启停控制。
        在井场集输管道出口处安装智能压力变送器,监测油压变化。

3)  注水阀组

        井场主RTU通过RS485(Modbus RTU)与注水阀组通讯,实时采集注水井口压力、瞬时流量、累计流量、汇管压力等实时参数,并通过远程调度,实现对井口的按计划、按实际流量需求进行注水等功能。安控科技的阀组间RTU,集成了两路RS485和8路AI。设备起到的了一个通用的协议转换器的作用,从硬件方面上可接入4~20mA、RS485等多种类型的信号,软件方面上支持各种标准通信协议或者自定义协议。可兼容各个厂家的仪表设备,给设备的维护和后期改造带来很多便利条件。在通讯数据结构方面,将阀组间仪表数据采集汇总到阀组间RTU(即协议转换器)中。统一数据格式后,一次性集中上传。一方面可提高通信效率,避免上位机对阀组间仪表逐个轮询扫描而导致轮询周期过长,另一方面,统一了与上位机的数据接口,便于上位机软件的开发调试和维护。
       此处设计阀组间协议转换箱是一个技术应用的更新。如果不采用阀组间RTU而只是将多个流量计和压力变送器当作Modbus设备站在软件上进行数据采集,必然会导致软件在采集过程数据时需要一个一个仪表的进行轮询采集,无法一次性采集上来;轮询采集,通讯效率必然低下,周期加长,井口数据采集也会受到影响;现场实际情况的不同,采用的仪表的型号也不完全统一,需要分别处理,代码杂乱不统一,开发和维护都很困难。

4) 井场视频监控

         根据每个井场的井口数量的不同,设置1至2套视频监控设备(8口井以内含8口井用1套视频监控系统,9-15口井用2套视频监控系统),实现对整个井场的实时监控。
         每套视频监控设备支持云台、镜头预置位功能,可以实现对多个固定位置的预置拍摄或取证拍摄。每套视频监控设备设具备智能物体行为分析功能的网络视频服务器1台,实现对井场的周界报警、非法闯入等事件进行报警并进行广播提示,同时在视频操作站实时提醒操作人员,操作人员可以根据报警的情况通过手动操作摄像机进行近距离,高清晰取证录像,同时也可以实现自动触发远程录像功能。
         通过电子巡井功能,用户可以实现

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