海上平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)分析研究

鄒劍（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司 天津 300452)王樂(lè)英(大港油田石油工程研究院 天津 300280）

一、海上油田監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

海上油氣田自動(dòng)化技術(shù)的基本內(nèi)容，一般來(lái)說(shuō)就是采用合適的自動(dòng)化設(shè)備對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析和控制。它包括采油、注水、集輸、油氣水處理和油氣儲(chǔ)運(yùn)這幾個(gè)過(guò)程，這些過(guò)程的完成首先需要借助于安裝在油水井、采注計(jì)量站、接轉(zhuǎn)站、脫水站、含油污水站、原油穩(wěn)定站、天然氣處理站、注水站、油庫(kù)中的工藝設(shè)備，以及連接這些站間的管線來(lái)實(shí)現(xiàn)，但要很好地完成生產(chǎn)任務(wù)，僅靠這些工藝設(shè)備還是不夠的，還需要有各種自動(dòng)化設(shè)備以及生產(chǎn)的操作和管理人員。

海上石油天然氣行業(yè)工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：

（1）采油平臺(tái)之間距離一般比較大（幾公里至幾十公里），因此要求長(zhǎng)距離傳輸；

（2）井站的無(wú)人值守遠(yuǎn)程控制決定了要具備能抵抗惡劣天氣環(huán)境的能力；

（3）整個(gè)系統(tǒng)龐大，監(jiān)測(cè)井站數(shù)量多，要求通信系統(tǒng)速率要高，輪詢響應(yīng)時(shí)間快；

（4）石油天然氣行業(yè)為國(guó)家的能源基礎(chǔ)，其所采用工控系統(tǒng)都是最先進(jìn)可靠的設(shè)備，所以作為整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，通信鏈路也必須要可靠穩(wěn)定且性能優(yōu)異。

隨著油田現(xiàn)代化管理進(jìn)程的不斷加快，迫切需要一種全天候、24小時(shí)無(wú)人值守的監(jiān)控方式，以保證采油井、輸油管和儲(chǔ)油罐不會(huì)因?yàn)閺?fù)雜的工作狀況、工作人員的違章操作等的影響，造成不必要甚至是巨大的損失。

二、平臺(tái)采油、集輸工藝流程

衛(wèi)星平臺(tái)上有采油樹、配電室、加熱設(shè)備、計(jì)量設(shè)備、安全檢測(cè)設(shè)備等，完成油氣的開采、計(jì)量、加熱、輸送等過(guò)程。在這些設(shè)備上分布著眾多的檢測(cè)和控制點(diǎn)，如計(jì)量分離器液位、液位開關(guān)，加熱器溫度檢測(cè)、調(diào)節(jié)、開關(guān)控制，采油電泵的電流、電壓檢測(cè)，缺相、短路檢測(cè)，遙控開關(guān)井等。中心平臺(tái)接收衛(wèi)星平臺(tái)來(lái)油，在中心平臺(tái)完成油氣水分離、天然氣發(fā)電、原油外輸、注水水質(zhì)處理等過(guò)程。中心平臺(tái)上的監(jiān)控系統(tǒng)要求功能較強(qiáng)，邏輯關(guān)系較復(fù)雜。

平臺(tái)工藝流程路徑如下：

（1）采油方式

海上油田采油方式依據(jù)各層系油藏特點(diǎn)而定，其中深層系以自噴為主，淺層系油藏以機(jī)械采油為主，油井機(jī)械采油設(shè)備主要為電潛泵。

（2）完井管柱

管柱盡可能采用井下安全控制，以確保安全生產(chǎn)，管柱結(jié)構(gòu)在滿足采油工藝、井下作業(yè)和測(cè)試工藝要求的前提下，盡量簡(jiǎn)單。電潛泵采用變頻啟動(dòng)裝置，管柱由油管、井下安全閥組成、過(guò)電纜封隔器、電泵機(jī)組及扶正器、強(qiáng)磁防垢器、單流閥、泄油器等組成。

（3）注水工藝

采用中心平臺(tái)取水并處理、衛(wèi)星平臺(tái)配水的方式注水，開發(fā)初期注清潔海水，隨著開采過(guò)程的進(jìn)行，用采出污水加海水注入。

三、海上平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)原理分析

2.1、無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成

無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，是微機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的一種簡(jiǎn)單可靠的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)由中心站和多個(gè)子站組成。中心站與子站間的距離可達(dá)數(shù)十公里以上。子站及時(shí)對(duì)各種被測(cè)物理量進(jìn)行采集、處理，并以無(wú)線方式傳輸?shù)街行恼尽Ｖ行恼究啥〞r(shí)或隨時(shí)接收子站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，將接收到的各子站的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)，配上相應(yīng)的軟件，可進(jìn)行各種計(jì)算，報(bào)表打印，曲線顯示，還可并入局域網(wǎng)，供網(wǎng)上用戶使用各個(gè)子站的數(shù)據(jù)。

2.2、系統(tǒng)需求分析

根據(jù)采油平臺(tái)的生產(chǎn)工藝，系統(tǒng)的預(yù)期設(shè)計(jì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)以下各種參數(shù)的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)完善的系統(tǒng)功能：

2.2.1 系統(tǒng)監(jiān)控參數(shù)的確定

第一種是安全生產(chǎn)必須的：溫度、壓力、液位高低限報(bào)警，電泵停泵報(bào)警、遙控電泵啟停，遙控井上井下安全閥及遙控緊急關(guān)斷，火災(zāi)、可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警，消防等。

第二種是生產(chǎn)管理需要的：油溫、油壓、回壓、套壓、井下壓力和溫度、注水壓力、電泵運(yùn)行參數(shù)、油氣水計(jì)量、注水計(jì)量等、海管干溫、干壓、流量、密度。

2.2.2 控制系統(tǒng)操作方式需求

（1）自動(dòng)流程方式

自動(dòng)流程方式指在計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面上用鍵盤或鼠標(biāo)操作流程的自動(dòng)啟動(dòng)和自動(dòng)停止，它是控制系統(tǒng)工作的主要方式。

（2）現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)方式

此方式指在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)或按鈕直接操作設(shè)備。主要用于設(shè)備調(diào)試和維修，在系統(tǒng)調(diào)試和投入運(yùn)行之前，檢驗(yàn)設(shè)備安裝和接線是否正確，投入運(yùn)行之后，檢測(cè)設(shè)備故障。

三、遠(yuǎn)程通信監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

某海上油田多年來(lái)產(chǎn)量一直保持在 100萬(wàn)噸以上，是一個(gè)擁有良好開發(fā)前景的淺海油田。新建海上采油平臺(tái)采用無(wú)人值守的采油模式，該模式擁有國(guó)內(nèi)外其它海上油田采油模式所不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

（1）從系統(tǒng)的需求分析出發(fā)，為滿足海上中心采油平臺(tái)對(duì)無(wú)人值守平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控的需要，確定系統(tǒng)所應(yīng)具備的功能，在分析了海上采油平臺(tái)采油工藝以及無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)基本原理的基礎(chǔ)上，提出基于無(wú)線數(shù)傳技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)框架。

（2）利用無(wú)線微波數(shù)傳技術(shù)，對(duì)海上采油平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，選取工控機(jī)和可編程控制器作為整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備，搭建監(jiān)控系統(tǒng)的硬件網(wǎng)絡(luò)。

（3）針對(duì)海上采油平臺(tái)周圍環(huán)境的特點(diǎn)和監(jiān)控系統(tǒng)的一些特殊性要求，分析了系統(tǒng)可能存在的薄弱環(huán)節(jié)，在系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)中采取了相應(yīng)的抗干擾措施。

（4）在完成監(jiān)控系統(tǒng)軟、硬件的建立后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了安裝調(diào)試，并對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、報(bào)警提示等功能進(jìn)行了全面的實(shí)驗(yàn)考察。

四、結(jié)論

本文實(shí)現(xiàn)了把衛(wèi)星平臺(tái)上傳感器所采集的需要監(jiān)測(cè)控制的參數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到中心平臺(tái)計(jì)算機(jī)上，為中心采油平臺(tái)監(jiān)控衛(wèi)星平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)各類參數(shù)提供了方便，使技術(shù)人員可以在中控室內(nèi)方便地了解衛(wèi)星平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)情況。一旦出現(xiàn)異常情況可及時(shí)反應(yīng)，比人工定時(shí)巡檢更全面、及時(shí)、準(zhǔn)確。系統(tǒng)設(shè)置與操作使用比較方便，它可以安放在相距幾公里外的衛(wèi)星平臺(tái)上，省去了鋪設(shè)海底電纜昂貴費(fèi)用，減少布線的不便，更利于現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)使生產(chǎn)更加安全可靠；大大提高了現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)代化管理水平，可以節(jié)約大量的人力，物力，減少開支。