天然氣井站監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析及方案選擇

張炯（大慶油田有限責(zé)任公司采氣分公司第一作業(yè)區(qū)，黑龍江 大慶 163000）

天然氣井站監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析及方案選擇

張炯（大慶油田有限責(zé)任公司采氣分公司第一作業(yè)區(qū)，黑龍江 大慶 163000）

隨著國(guó)內(nèi)天然氣勘探開(kāi)發(fā)規(guī)模的日益增長(zhǎng)，天然氣氣井?dāng)?shù)量與日增加，人工巡檢的氣井監(jiān)控方式越來(lái)越不能滿(mǎn)足當(dāng)前天然氣開(kāi)采的生產(chǎn)需求和安全保障，利用現(xiàn)代信息技術(shù)建立遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)已成為油氣田企業(yè)采信息化建設(shè)的重要任務(wù)之一。為此，本文立足于氣井井站工藝流程的功能，分析了天然氣中心站的監(jiān)控需求，進(jìn)而對(duì)天然氣井站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案選擇提出拙見(jiàn)。

天然氣;工藝;監(jiān)控;方案

1 天然氣井站采氣工藝流程

天然氣井站工藝流程涵蓋井場(chǎng)和氣田集氣站兩部分，是將氣井采收的天然氣經(jīng)井口處采氣樹(shù)調(diào)壓、水套爐保溫和三相分離器凈化進(jìn)而向下游輸送的過(guò)程。在采氣工藝流程中除上述設(shè)備外，天然氣井站標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備配置還包括用于處理三相分離器排污的污水罐和監(jiān)控天然氣流量、壓力和溫度的流量計(jì)。

2 天然氣井站氣井的監(jiān)控需求

井站監(jiān)控就是對(duì)上述天然氣工藝流程運(yùn)行參數(shù)及主要裝備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)，以確保天然氣井站在最優(yōu)化的工藝參數(shù)內(nèi)安全生產(chǎn)、確保天然氣井站各個(gè)設(shè)備健康平穩(wěn)運(yùn)行。傳統(tǒng)的人工巡檢主要依靠員工按規(guī)定時(shí)間周期性對(duì)井站工藝流程各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查，記錄運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行處理，在該監(jiān)控模式下，無(wú)論是監(jiān)控的時(shí)效性和數(shù)據(jù)記錄采集的準(zhǔn)確性均較差，進(jìn)而對(duì)巡檢發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的處理也容易滯后。因此，需要建立無(wú)人值守的井站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)解決人工巡檢存在的瓶頸，該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠滿(mǎn)足如下監(jiān)控需求：

一是能夠?qū)崟r(shí)采集和上傳井站工藝流程現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息。根據(jù)采氣工藝流程的主要環(huán)節(jié)，采集數(shù)據(jù)內(nèi)容必須包括：（1）采氣樹(shù)和流程區(qū)氣體壓力和濃度；（2）水套爐進(jìn)出口壓力和溫度的檢測(cè)以及爐內(nèi)壓力、溫度和燃燒狀態(tài)；（3）三相分離器和污水罐內(nèi)的壓力和液位；（4）流量計(jì)、壓力和溫度傳感器的數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)被準(zhǔn)確收集后必須能夠完整地傳送到監(jiān)控中心處理和數(shù)據(jù)庫(kù)備份，為此傳輸頻率既不能過(guò)高也不能過(guò)低，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器壓力增加且降低數(shù)據(jù)處理效率，過(guò)低則會(huì)造成數(shù)據(jù)丟包或者上傳延遲，影響井站監(jiān)控和問(wèn)題處理的時(shí)效性。

二是能夠有效執(zhí)行遠(yuǎn)程控制指令。利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)采集和上傳功能實(shí)時(shí)監(jiān)控井站工藝流程過(guò)程中發(fā)現(xiàn)工藝運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備工作失常時(shí)，必須能夠通過(guò)在監(jiān)控中心輸入控制指令讓現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備控制采氣樹(shù)、水套爐、分離器、污水罐等設(shè)備的開(kāi)關(guān)閥和調(diào)節(jié)閥，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工藝運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)節(jié)和設(shè)備的安全工作，特別是當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)嚴(yán)重失常時(shí)能夠及時(shí)關(guān)斷設(shè)備進(jìn)行故障處理。

三是具備安全防范功能。一方面能夠保障監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的安全，既具有校驗(yàn)功能來(lái)保障采集上傳數(shù)據(jù)庫(kù)和監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)安全、真實(shí)，又具有防火墻能夠防范網(wǎng)絡(luò)入侵；另一方面能夠保障工藝和設(shè)備運(yùn)行的安全，既能夠在工藝參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)安全隱患時(shí)及時(shí)作出預(yù)警，又具有偵測(cè)和錄制拍攝功能防范盜竊、損毀設(shè)備等行為的發(fā)生。

3 天然氣井站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案選擇

3.1 井站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方案

根據(jù)監(jiān)控需求的分析，從實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)、執(zhí)行指令和安全防范三大功能出發(fā)構(gòu)建井站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，整體方案設(shè)計(jì)如下：

井站監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心、通信網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)施三大單元構(gòu)成，首先由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)施對(duì)井站現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和現(xiàn)場(chǎng)安全預(yù)警，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心根據(jù)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)做出判斷發(fā)出控制指令，再通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳送至現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)施對(duì)閥門(mén)和設(shè)備進(jìn)行控制和現(xiàn)場(chǎng)圖像采集。

3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的組網(wǎng)方案

系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)單元是監(jiān)控中心和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施單元數(shù)據(jù)交互的載體和通道，目前主流的通信技術(shù)有GSM、GPRS、超短波和4G。

四種技術(shù)各有優(yōu)劣：GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟部署成本低、能夠不受自然因素限制靈活組網(wǎng)且兼容性好，但技術(shù)較為落后，通信速率是目前所有技術(shù)中最低的；GPRS相比GSM雖然傳輸速率有所提升，且改變了GSM按短信收費(fèi)的方式為按流量收費(fèi)，節(jié)省了數(shù)據(jù)傳輸成本，但隨著近年來(lái)4G技術(shù)的全面普及應(yīng)用，GPRS技術(shù)勢(shì)必在不久的將來(lái)被淘汰；超短波通信的代表設(shè)備主要是數(shù)傳電臺(tái)，由于其有效傳輸范圍最大可達(dá)方圓50公里且可與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施單元直連從而最大限度保障數(shù)據(jù)傳輸安全，因而在分布零散和地理環(huán)境復(fù)雜的監(jiān)控環(huán)境中較為適用，但組網(wǎng)成本最高且運(yùn)維難度較大；4G網(wǎng)絡(luò)是近年來(lái)逐漸成熟和全面普及的技術(shù)，不僅傳輸速率最快、通信質(zhì)量最高，而且可直接在原來(lái)GSM和GPRS的基礎(chǔ)上升級(jí)，既擁有原移動(dòng)通信技術(shù)的靈活性和不受自然因素限制的特點(diǎn)，又能夠節(jié)約建設(shè)成本，盡管目前4G網(wǎng)絡(luò)各通信運(yùn)營(yíng)商之間技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一，但4G網(wǎng)絡(luò)已成為當(dāng)前通信技術(shù)發(fā)展的最主流技術(shù)，相比其他技術(shù)其具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，因此不僅應(yīng)當(dāng)采用4G網(wǎng)絡(luò)作為日后新建天然氣井站的組網(wǎng)方案，還應(yīng)當(dāng)逐步對(duì)陳舊的天然氣井站組網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)改造。

3.3 井站監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件的體系方案

軟件方面，由于井站監(jiān)控系統(tǒng)采集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)都會(huì)被上傳到監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、存儲(chǔ)、管理，因此井站監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)選用C/S(Client/Server)與B/S(Browser/Server)交叉的混合結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢(shì)在于用戶(hù)既可以通過(guò)監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控局域網(wǎng)內(nèi)的井站監(jiān)控單元，也可以通過(guò)瀏覽器登錄的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

硬件方面，可編程邏輯控制器（PLC）和（RTU）是目前主流應(yīng)用的自動(dòng)化控制硬件設(shè)備，前者功能強(qiáng)大、編程方便，后者比前者具有更優(yōu)良的通訊能力和更大的存儲(chǔ)容量，能夠在更惡劣的溫度和濕度環(huán)境中使用，因此天然氣井站系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)施應(yīng)當(dāng)選用遠(yuǎn)程終端單元（RTU）。

[1]謝茂.美國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)與啟示[[J].國(guó)際石油經(jīng)濟(jì)，2015(6):30-36

[2]成都國(guó)光電子儀表有限責(zé)任公司.RTU VO軟件使用手冊(cè)v1.2.5[S].2014.