PLC控制系統(tǒng)在數(shù)字化油田上的應(yīng)用

孫 虎，桂宏飛

（中海石油（中國(guó)）有限公司渤中作業(yè)公司，天津 300450）

1 數(shù)字化油田建設(shè)的現(xiàn)狀

數(shù)字化油田建設(shè)能夠提供企業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展后備動(dòng)力，是企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的保證。數(shù)字化油田建設(shè)所涉及的工程內(nèi)容包括企業(yè)勞動(dòng)組織架構(gòu)改革、生產(chǎn)組織形式改良以及管理程序優(yōu)化等。通過(guò)在企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行全方位的變革，從企業(yè)未來(lái)發(fā)展的主體角度進(jìn)行思考規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化過(guò)程中各要素的高效配置，協(xié)調(diào)技術(shù)、勞動(dòng)力以及人才等各要素，因而油田數(shù)字化建設(shè)作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，是企業(yè)建設(shè)發(fā)展的長(zhǎng)期目標(biāo)。當(dāng)前隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)在油田數(shù)字化建設(shè)中應(yīng)用，深入研究分析大數(shù)據(jù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，確保工作的效率以及質(zhì)量的提升，是當(dāng)前諸多油田企業(yè)面臨的重點(diǎn)問(wèn)題。大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，其決策的環(huán)節(jié)可能因?yàn)楦鞣N問(wèn)題而出現(xiàn)中斷的情況，主要的影響原因在于大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)資源完善性不足，因而無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)的需要，因而在應(yīng)用大數(shù)據(jù)的過(guò)程中，需要構(gòu)建系統(tǒng)、完善的油田基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，確保其在油田數(shù)字化建設(shè)過(guò)程中的應(yīng)用效果。

近些年來(lái)，數(shù)字化油田建設(shè)成效非常顯著，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等項(xiàng)目的開(kāi)展實(shí)施，使得數(shù)字化油田建設(shè)已經(jīng)從分散向集成化過(guò)度，而這一任務(wù)的完成，與現(xiàn)代化的管理模式革新密切相關(guān)，數(shù)字化油田的推廣以及普及，是實(shí)現(xiàn)其開(kāi)發(fā)管理一體化體制建設(shè)的關(guān)鍵，是油田企業(yè)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，能夠提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，從“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展戰(zhàn)略視角來(lái)看，數(shù)字化油田逐漸智慧化，優(yōu)化建設(shè)能夠降低工作人員的壓力，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于社會(huì)發(fā)展大有裨益。

2 PLC控制系統(tǒng)特點(diǎn)分析

PLC是指可編程邏輯控制器，在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)流程中，作為一種能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)控制的電子計(jì)算模式，具有顯著的特點(diǎn)。

2.1 高性價(jià)比

相較于傳統(tǒng)模式下的繼電器系統(tǒng)，PLC有著價(jià)格成本優(yōu)勢(shì)，其造價(jià)更加低廉，且整個(gè)控制系統(tǒng)，形成了大量的編程單元集成，以此為基礎(chǔ)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。將PLC技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合，可以進(jìn)行系統(tǒng)的集中管理以及分散控制，整體的性價(jià)比相對(duì)較高[1]。

2.2 使用便捷

PLC主要是通過(guò)豐富的編程語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，在應(yīng)用過(guò)程中，其語(yǔ)言的形式比較簡(jiǎn)單，邏輯類型圖比較清晰，在實(shí)際進(jìn)行編輯的過(guò)程中，規(guī)律性較強(qiáng)，因而對(duì)于較多的人而言，通過(guò)簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)能夠掌握基礎(chǔ)知識(shí)，且沒(méi)有計(jì)算機(jī)編程基礎(chǔ)的工作人員也能夠掌握PLC編程的精要內(nèi)容。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)

對(duì)于PLC控制系統(tǒng)而言，其主要是通過(guò)多種零部件聯(lián)合，形成完整的標(biāo)準(zhǔn)化控制體系。對(duì)于整個(gè)PLC系統(tǒng)，通過(guò)各種零部件系統(tǒng)應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力的標(biāo)準(zhǔn)化。用戶可以根據(jù)自身的控制需要，來(lái)進(jìn)行PLC系統(tǒng)的設(shè)置調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)多種功能的控制。

2.4 維護(hù)便捷

PLC控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，其修改程序比較完備，且系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平相對(duì)較強(qiáng)，因而在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，可靠性以及穩(wěn)定性較高。在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，PLC能夠針對(duì)各種故障有效調(diào)試，在應(yīng)用過(guò)程中，維修保養(yǎng)非常方便，且整體效率較高。

3 PLC在數(shù)字化油田生產(chǎn)中的應(yīng)用形式

3.1 PLC與無(wú)線技術(shù)的結(jié)合

信息化整體架構(gòu)生產(chǎn)過(guò)程中，以生產(chǎn)的基本單位為前端，形成井、管線生產(chǎn)流程的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)控以及動(dòng)態(tài)分析的過(guò)程。因油田特殊的地理位置原因，其交通通信設(shè)施相對(duì)較為落后，而無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信，具有應(yīng)用便捷、維護(hù)方便、成本低廉等多方面的優(yōu)勢(shì)[2]。

3.1.1 無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)

在油田開(kāi)采的區(qū)域內(nèi)，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置無(wú)線監(jiān)控點(diǎn)，油田總控室設(shè)置系統(tǒng)的中心基站。同時(shí)選用優(yōu)波來(lái)進(jìn)行高增益天線的配置，應(yīng)用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線連接的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)油田總控室以及各監(jiān)控點(diǎn)之間的無(wú)線傳輸主鏈路連接，無(wú)線通信設(shè)備以及現(xiàn)場(chǎng)的PLC有效結(jié)合，能夠?qū)⑸a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、運(yùn)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)傳輸，提供采油生產(chǎn)調(diào)度單位有效資料。

3.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

通過(guò)在油田采油平臺(tái)設(shè)置抽油機(jī)井，在配電箱的位置配置PLC設(shè)備，其箱體主要采用鍍鋅槽鋼在油井鋼筋混凝土的底座上固定，而PLC用電取自平臺(tái)的配電箱，同時(shí)從平臺(tái)配電箱獲取各種電機(jī)的綜合數(shù)據(jù)作為參數(shù)，通過(guò)無(wú)線傳導(dǎo)的形式獲取載荷以及位移傳感器信息。在室外主要通過(guò)各種傳感器以及PLC控制器，借助儀表保溫套進(jìn)行保溫，平臺(tái)的所有數(shù)據(jù)采集在PLC處集中，最后通過(guò)IP接口向平臺(tái)的無(wú)線通信模塊匯集，向油田處理中心接入[3]。

3.2 PLC控制系統(tǒng)在石油計(jì)量中的應(yīng)用

當(dāng)前我國(guó)的石油行業(yè)納入了PLC控制系統(tǒng)，以人工間歇的計(jì)量方式，實(shí)現(xiàn)整個(gè)計(jì)量過(guò)程的智能化，通過(guò)相關(guān)程序的控制，定時(shí)對(duì)油井進(jìn)行循環(huán)計(jì)量，分析油井的油、氣、水的三相數(shù)據(jù)，在計(jì)量的過(guò)程中，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)能夠?qū)τ途墓ぷ鳡顟B(tài)進(jìn)行分析，分析判斷的基礎(chǔ)上，如果PLC控制系統(tǒng)不工作則可以將此油井跳過(guò)，然后進(jìn)行下一個(gè)油井的計(jì)量工作。同時(shí)PLC控制系統(tǒng)具有較為簡(jiǎn)單友好的操作界面，整體的運(yùn)行穩(wěn)定性較強(qiáng)，便于進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)能夠提升油田的計(jì)量效率。

3.3 PLC控制系統(tǒng)在油田生產(chǎn)水處理中的應(yīng)用

油田在進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，通過(guò)成套的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)水的處理，能夠?qū)⒂吞镒鳂I(yè)生產(chǎn)水充分處理。一旦發(fā)生了生產(chǎn)水處理設(shè)備的故障時(shí)，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)以及診斷系統(tǒng)，將監(jiān)測(cè)故障的位置置于控制中心界面處，根據(jù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的結(jié)果判斷故障發(fā)生的準(zhǔn)確位置，隨后采取對(duì)應(yīng)措施展開(kāi)維修，從而確保油田的生產(chǎn)水及時(shí)科學(xué)地處理，降低了對(duì)于環(huán)境的污染，使得企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益全面提升。

生產(chǎn)水處理裝置的主要構(gòu)成系統(tǒng)包括一系列PLC控制系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)收集、控制，同時(shí)將所有的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容向控制室傳輸，建立操作人員以及以太網(wǎng)連接，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)自動(dòng)反沖洗裝置能夠?qū)⑸a(chǎn)成本降低，從而將工人的工作量降低，提高工作效率，改善工作環(huán)境，通過(guò)建立自動(dòng)反沖洗控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括操作員站、生產(chǎn)水處理控制系統(tǒng)、外圍反沖洗水泵以及電動(dòng)閥門等，而濾灌的過(guò)濾裝置為自動(dòng)控制裝置，濾灌能夠控制進(jìn)水、出水以及電動(dòng)閥等，如果達(dá)到規(guī)定的反洗時(shí)間，通過(guò)系統(tǒng)裝置能夠自動(dòng)進(jìn)行反沖，在關(guān)閉進(jìn)出水管的電動(dòng)閥后，將反沖洗水泵打開(kāi)，控制反洗水量，自動(dòng)開(kāi)啟罐反沖洗進(jìn)、出水閥，充分?jǐn)嚢璺聪垂灿脮r(shí)20min，隨后電動(dòng)閥復(fù)位，完成正常過(guò)濾過(guò)程，整個(gè)反沖洗的過(guò)程不斷進(jìn)行。

4 PLC控制系統(tǒng)在數(shù)字化油田上的應(yīng)用效果

當(dāng)前數(shù)字化油田有著更加廣泛的應(yīng)用，能夠顯著提升管理成效，且各項(xiàng)指標(biāo)呈現(xiàn)穩(wěn)定上升態(tài)勢(shì)，通過(guò)數(shù)字化技術(shù)可以提升油田的生產(chǎn)質(zhì)量以及效率，完善企業(yè)數(shù)字化建設(shè)，數(shù)字化技術(shù)多方面的有效應(yīng)用，使得油田建設(shè)體系逐漸全面化、系統(tǒng)化，綜合效益也顯著提升。

4.1 數(shù)字化管理效益突出

油田數(shù)字化建設(shè)不斷推進(jìn)的過(guò)程中，其數(shù)量持續(xù)增加且建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，石油企業(yè)的集輸工藝、機(jī)采工藝等也持續(xù)改進(jìn)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字技術(shù)分析單井荷載數(shù)據(jù)變化狀況，同時(shí)根據(jù)電量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的搜集處理，可以提供決策參數(shù)支持，同時(shí)也能夠嚴(yán)格控制抽油機(jī)的用電量，通過(guò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理的轉(zhuǎn)型，從定性管理到定量管理過(guò)度。在為應(yīng)用PLC進(jìn)行數(shù)字化油田建設(shè)之前，企業(yè)的能耗相對(duì)較高，而通過(guò)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的精細(xì)化管理，獲得了較為顯著的成效，如將精細(xì)化管理應(yīng)用到集油環(huán)摻水量管理中，其摻水量持續(xù)減少，從而可大幅節(jié)省成本。而在供電網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，能夠通過(guò)智能型網(wǎng)損管理功能，維持最佳的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)開(kāi)關(guān)進(jìn)行電網(wǎng)的故障查找，節(jié)約了故障修復(fù)的時(shí)間，確保供電能夠安全、持續(xù)進(jìn)行。而通過(guò)預(yù)警感知以及提醒系統(tǒng)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)將存在的故障內(nèi)容向相關(guān)部門發(fā)送，根據(jù)提供的信息參數(shù)來(lái)制定解決對(duì)策信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)共享，從而使得各項(xiàng)決策更加高效科學(xué)，生產(chǎn)管理過(guò)程完全發(fā)生轉(zhuǎn)變，由事后處理向事前預(yù)控以及事中監(jiān)測(cè)過(guò)度，從而提升整體的管控質(zhì)量。通過(guò)油田的數(shù)字化管理系統(tǒng)，進(jìn)行架構(gòu)的完善處理，使得人員安排更加精簡(jiǎn)，各個(gè)班組的劃分以功能為依據(jù)，相較于傳統(tǒng)的工作模式，能夠使得工作流程更加精化，形成一種高效的配合模式，將集中遠(yuǎn)程管控與站庫(kù)二級(jí)布控相結(jié)合，將指揮中心作為系統(tǒng)管理體制，來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)勞動(dòng)組織的優(yōu)化，也能降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.2 提升油田管理效率及質(zhì)量水平

通過(guò)PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的共享，能夠充分掌握生產(chǎn)動(dòng)態(tài)狀況。在完成數(shù)字化建設(shè)后，可以將企業(yè)數(shù)據(jù)由非連續(xù)性的數(shù)據(jù)點(diǎn)向連續(xù)性的數(shù)據(jù)點(diǎn)轉(zhuǎn)變，管理人員根據(jù)前線的生產(chǎn)運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，改變傳統(tǒng)站間數(shù)據(jù)信息定期巡邏檢查的方式，通過(guò)數(shù)字化技術(shù)能夠進(jìn)行定期數(shù)據(jù)錄入，各項(xiàng)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取上傳，能夠防止因?yàn)槿斯び涗浂鴮?dǎo)致的誤差，將企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行狀況，通過(guò)連續(xù)的信息流反映出來(lái)，管理人員通過(guò)預(yù)警感知系統(tǒng)、電子巡檢系統(tǒng)來(lái)了解數(shù)據(jù)信息，明確前線的生產(chǎn)詳細(xì)情況。應(yīng)用PLC進(jìn)行數(shù)字化油田建設(shè)，還能夠提升生產(chǎn)管理單元的勞動(dòng)效率，企業(yè)的生產(chǎn)管理模式實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，改變了以往重復(fù)復(fù)雜工作的局面，提升了企業(yè)員工的工作積極性，工作質(zhì)量以及效率也得到了提升。以往未應(yīng)用數(shù)字化油田進(jìn)行生產(chǎn)前，站間的關(guān)鍵生產(chǎn)單元需要專員來(lái)組織生產(chǎn)，定期進(jìn)行油水井的巡查，而通過(guò)數(shù)字化控制，能夠改進(jìn)站間的管理模式，建立起更加先進(jìn)的管理體制。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前隨著社會(huì)技術(shù)革新，信息化技術(shù)逐漸向各個(gè)領(lǐng)域滲透，自動(dòng)化技術(shù)在油田行業(yè)的應(yīng)用，能夠加速企業(yè)的升級(jí)發(fā)展。通過(guò)PLC系統(tǒng)在油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用，能夠利用其控制系統(tǒng)兼容性的優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮操作控制中的價(jià)值，使得一些程序操作更加便捷。在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中加以應(yīng)用，維持油田的整體安全生產(chǎn)水平，通過(guò)針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)基本單元生產(chǎn)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中存在的各種問(wèn)題，同時(shí)提供有效的解決方案。因此，PLC系統(tǒng)在數(shù)字化油田建設(shè)系統(tǒng)中具有重要價(jià)值，其應(yīng)用前景十分廣闊。