智慧油田系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能

文/劉洪濤

“智慧油田”是在“數(shù)字油田”的基礎(chǔ)上，用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)智能地管理油田，基本實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、業(yè)務(wù)管理協(xié)同化和全面信息共享。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 數(shù)據(jù)流向

按照“統(tǒng)一平臺(tái)，信息共享、多級(jí)監(jiān)控、分散控制”的思想，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由4個(gè)網(wǎng)絡(luò)層次構(gòu)成。

第一級(jí)為生產(chǎn)指揮中心級(jí)：從指揮中心服務(wù)器調(diào)看所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成對(duì)所有采油廠的統(tǒng)一調(diào)度、管理。

第二級(jí)為廠級(jí)指揮中心管理級(jí)：從廠級(jí)服務(wù)器調(diào)看所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成對(duì)所有管理區(qū)的統(tǒng)一調(diào)度、管理。

第三級(jí)為生產(chǎn)管控平臺(tái)管理級(jí)：對(duì)各站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和視頻監(jiān)控，實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度管理。

第四級(jí)為站場(chǎng)控制級(jí)：在井口、計(jì)量站、配水間和注水站，分別通過(guò)PLC系統(tǒng)和RTU系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視，聯(lián)鎖保護(hù)及遠(yuǎn)程控制。

1.2 通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以生產(chǎn)指揮中心作為網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)，注采站、計(jì)量站、配水間等作為網(wǎng)絡(luò)匯聚點(diǎn)，井場(chǎng)作為網(wǎng)絡(luò)末端的接入點(diǎn)，建立相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行體系，搭建快速、穩(wěn)定、安全的信息傳輸通道，為單井網(wǎng)絡(luò)的部署和延伸提供廣闊空間。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 油田（廠級(jí)）生產(chǎn)指揮中心

2.1.1 生產(chǎn)監(jiān)控平臺(tái)

以各采油廠數(shù)據(jù)（實(shí)時(shí)、關(guān)系）平臺(tái)作為數(shù)據(jù)源對(duì)象，將分公司需要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、關(guān)系數(shù)據(jù)同步至分公司實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，建立分公司管理子系統(tǒng)模塊。

根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與處理流程以及油田指揮中心的數(shù)據(jù)處理需求，需要配置各種服務(wù)器、存儲(chǔ)等硬件設(shè)備。

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)通信平臺(tái)

生產(chǎn)監(jiān)控中心通信平臺(tái)硬件設(shè)備主要包括液晶拼接大屏幕顯示屏及附屬設(shè)備、視頻服務(wù)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、UPS電源及空調(diào)設(shè)備等。通過(guò)大屏幕顯示系統(tǒng)可以根據(jù)需要切換顯示各個(gè)采油廠管理區(qū)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信息，包括油、氣、水井采集參數(shù)及歷史數(shù)據(jù)分析曲線、組態(tài)軟件控制界面、現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控信息及各類報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)操作管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信息及時(shí)監(jiān)測(cè)及動(dòng)態(tài)分析。

2.2 管理區(qū)生產(chǎn)指揮中心

2.2.1 生產(chǎn)監(jiān)控平臺(tái)

根據(jù)工藝生產(chǎn)運(yùn)行及管理的需要，自動(dòng)控制系統(tǒng)采用以計(jì)算機(jī)為核心的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集（Supervisory Control And Data Acquisition ,簡(jiǎn)稱SCADA）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)指揮中心控制室對(duì)區(qū)塊內(nèi)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、監(jiān)測(cè)和統(tǒng)一生產(chǎn)調(diào)度控制。通過(guò)數(shù)字化建設(shè)，建立起井場(chǎng)、站場(chǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)字化生產(chǎn)管理體系，形成從井場(chǎng)到處理站——生產(chǎn)指揮中心的油氣生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控應(yīng)用模式。

2.2.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，前端攝像機(jī)把圖像信號(hào)攝入后，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)傳輸系統(tǒng)將信號(hào)傳輸至生產(chǎn)指揮中心，視頻綜合平臺(tái)服務(wù)器以及磁盤陣列將前端信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、控制及存儲(chǔ)。

2.2.3 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以管理區(qū)生產(chǎn)指揮中心作為網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)，管理區(qū)作為網(wǎng)絡(luò)分節(jié)點(diǎn)，井場(chǎng)、注采站、計(jì)量站、配水間、處理站作為網(wǎng)絡(luò)末端的接入點(diǎn)，采用分級(jí)匯聚有線（無(wú)線）傳輸方式，建立相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行體系。前端傳輸方式以無(wú)線傳輸為主，主干鏈路有線傳輸為主。

2.3 站場(chǎng)及井場(chǎng)

油井采用無(wú)人值守站的方式，RTU作為無(wú)人值守站的數(shù)據(jù)通信中心，與油井進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和通信。RTU負(fù)責(zé)采集油井的油壓、套壓、回壓、油溫、載荷、位移、抽油機(jī)電參等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)啟、停井控制、遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)沖次、摻水流量調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程切斷等功能，將生產(chǎn)參數(shù)與報(bào)警信息上傳生產(chǎn)指揮系統(tǒng)。井場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)井場(chǎng)的視頻圖像采集和周界防范報(bào)警的功能。井口數(shù)據(jù)及圖像傳輸網(wǎng)絡(luò)通過(guò)光纜或無(wú)線網(wǎng)橋傳輸。系統(tǒng)由攝像機(jī)、補(bǔ)光燈、防水音箱、監(jiān)控桿、自保設(shè)備和通訊箱等設(shè)備組成。

站場(chǎng)自控系統(tǒng)采用PLC控制系統(tǒng)，PLC完成儀表檢測(cè)信號(hào)的顯示、控制和報(bào)警及泵的啟?？刂?。PLC系統(tǒng)將信號(hào)上傳至管理區(qū)生產(chǎn)管控平臺(tái)，由SCADA系統(tǒng)完成對(duì)接轉(zhuǎn)站的監(jiān)控、調(diào)度、管理。站場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)站場(chǎng)周邊、站內(nèi)重點(diǎn)設(shè)備和關(guān)鍵部位通過(guò)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻圖像采集和周界防范報(bào)警，并上傳指揮中心。

3 系統(tǒng)功能

3.1 數(shù)據(jù)的采集

數(shù)據(jù)采集是智慧油田的基本功能，將油水井、配、注水站、各個(gè)集輸站等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)庫(kù)中，包括壓力、溫度、流量、液位、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、功率、載荷、沖程、沖次以及視頻等運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)，以及油井的功圖計(jì)量數(shù)據(jù)等，匯入SCADA系統(tǒng)和生產(chǎn)指揮系統(tǒng)，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)管理

智慧油田提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，構(gòu)建智慧油田基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心。從功能上，系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)具有簡(jiǎn)單易行、方便用戶的在線和離線編輯、維護(hù)、查找、修改、鏈接等功能，采用標(biāo)準(zhǔn)接口和語(yǔ)言與第三方數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行無(wú)障礙連接。

3.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控

油水井、配、注水站、各個(gè)集輸站等現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集技術(shù)采集到平臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，按照各生產(chǎn)場(chǎng)所的二維或者三維工藝流程圖進(jìn)行組態(tài)，操作管理人員可以在線實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

3.4 報(bào)表與報(bào)警管理

系統(tǒng)具有強(qiáng)大的、靈活的報(bào)表編輯功能，根據(jù)生產(chǎn)需要的格式編輯中文報(bào)表。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)的任何異常情況，系統(tǒng)平臺(tái)能及時(shí)通過(guò)各種報(bào)警方式通知操作管理人員。

3.5 功圖計(jì)量

由功圖服務(wù)器完成示功圖數(shù)據(jù)監(jiān)控、設(shè)備工況分析及示功圖顯示，計(jì)算油井的產(chǎn)量，判斷抽油機(jī)的工況狀態(tài)。通過(guò)功圖對(duì)比與分析功能，調(diào)度人員可對(duì)所有油井進(jìn)行工況分析，形成統(tǒng)一的數(shù)字化調(diào)度和管理平臺(tái)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)智慧油田建設(shè)，全面實(shí)現(xiàn)油氣生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，全面提高油氣生產(chǎn)管理水平，使油田管理實(shí)現(xiàn)信息資源共享最大化、制度管理科學(xué)化，必將促進(jìn)油田管理效率和經(jīng)濟(jì)效益的提升，增強(qiáng)石油企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。