一、系統(tǒng)概況 1、立項(xiàng)背景 上世紀(jì)九十年代中后期掀起的信息浪潮，極大地推動了人類社會各行各業(yè)技術(shù)革新的迅猛發(fā)展。隨著石油科技的發(fā)展，石油工業(yè)正在向智能化和信息化過渡，“企業(yè)e化”、“管控一體化”已成為實(shí)現(xiàn)“降本增效，提高管理水平”這一油田改革目標(biāo)中的一個重要課題。 與發(fā)達(dá)國家相比我國石油開采技術(shù)水平還有一定差距，目前我國的采油井95%以上是機(jī)采，大多數(shù)數(shù)據(jù)采集依靠人工完成，雖然一定程度上已建立了石油MIS信息管理系統(tǒng)，但油井現(xiàn)場的數(shù)據(jù)還不能實(shí)現(xiàn)無縫上傳，集中采集，無法實(shí)現(xiàn)高效的采油調(diào)度管理。 通過建立油田生產(chǎn)自動化實(shí)時全過程監(jiān)控的SCADA系統(tǒng)，使油田已建或在建信息網(wǎng)絡(luò)向井口擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)油井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時傳送和信息網(wǎng)絡(luò)的無縫鏈接，逐步形成油田生產(chǎn)管理與監(jiān)控一體化的信息中心，將成為油田井網(wǎng)監(jiān)控和生產(chǎn)調(diào)度管理的整體解決方案。 2、油田概況 某油田高尚堡油田采油作業(yè)區(qū)位于唐?？h東南約25公里處，區(qū)域面積約70平方公里。管理著7座轉(zhuǎn)油站、43座計量站、5座注水站、1座聯(lián)合站和一座油氣處理廠。油田大多數(shù)的數(shù)據(jù)依靠人工完成，為實(shí)現(xiàn)整個油田統(tǒng)一管理和生產(chǎn)的自動化，通過建立ECHOSCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)油田的監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合站、油氣處理廠、計量站、轉(zhuǎn)油站、注水站和現(xiàn)場測控單元數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測，為了實(shí)現(xiàn)對井口設(shè)備遠(yuǎn)程的遙控，并能夠?qū)ιa(chǎn)數(shù)據(jù)的歸檔保存管理等。 3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu) EchoSCADA系統(tǒng)由現(xiàn)場測控單元和測控中心組成?，F(xiàn)場測控單元是實(shí)現(xiàn)SCADA功能的基本要素，由多個RTU或PLC組成，每個RTU都是一個獨(dú)立的子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對本地I/O點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制。測控中心是EchoSCADA系統(tǒng)的核心，運(yùn)行EchoSCADA軟件，負(fù)責(zé)現(xiàn)場測控單元的集中監(jiān)控和系統(tǒng)的配置、管理、維護(hù)。硬件網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下： 4、軟件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)軟件使用Windows XP平臺，安裝在SCADA 系統(tǒng)的操作站、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、主備SCADA服務(wù)器中，主要是考慮到該操作系統(tǒng)在工業(yè)控制中使用的安全性和可靠性，保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)庫軟件選用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫ORACLE9.i，安裝在系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器中，完成系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)的存儲、記錄等。 應(yīng)用軟件的核心是安控公司的ESPIDER SCADA 軟件，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、監(jiān)控、報警管理等功能。油田現(xiàn)場采用安控ECHO5000系列RTU、RPC，所以應(yīng)選用安控公司自行開發(fā)的RPC、RTU接口驅(qū)動軟件。ECHO監(jiān)控仿真軟件，實(shí)現(xiàn)RPC、RTU的遠(yuǎn)程異地小鍵盤操作和示功圖采集等功能。ECHO油田管理系統(tǒng)軟件對整個SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)提供了安全、詳細(xì)的數(shù)據(jù)庫管理。ECHO油井示功圖分析軟件根據(jù)采集的示功圖數(shù)據(jù)能夠?qū)Τ橛途墓ぷ鳡顟B(tài)做出準(zhǔn)確的分析，并輸出專家報告和圖形。 ESPIDER 軟件中的ESPIDER SQL/ODBC 模塊能方便地將EXPIDER SCADA實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的實(shí)時數(shù)據(jù)插入ORACLE歷史數(shù)據(jù)庫中。 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如下圖： 二、系統(tǒng)分析 1、 采用先進(jìn)的油田自動化技術(shù)提高油田生產(chǎn)效率： 提高油田生產(chǎn)效率，減輕油田生產(chǎn)人員的勞動強(qiáng)度，減低油田生產(chǎn)管理成本是EchoSCADA系統(tǒng)的主要目標(biāo)。本系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)此目的實(shí)現(xiàn)了計量站油井遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制（計量站自動排序計量，抽油機(jī)啟停等）、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等，為計量站油井實(shí)現(xiàn)無人值守打下了良好的基礎(chǔ)，同時有助于油田生產(chǎn)管理減員增效。具體子系統(tǒng)描述如下 ECHO監(jiān)控仿真子系統(tǒng)：該系統(tǒng)是整套油田自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要實(shí)現(xiàn)抽油井、自噴井、螺桿泵井、計量站、轉(zhuǎn)油站等的參數(shù)采集與常規(guī)控制，操作員通過友好的人機(jī)界面可在遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的巡檢和日常操作等所有功能，同時本系統(tǒng)還提供所有參數(shù)的異常報警，使操作員以最快的速度獲得現(xiàn)場生產(chǎn)的異常信息而及時進(jìn)行處理，避免事故的發(fā)生。智能抽油機(jī)控制器可實(shí)時采集井口功圖數(shù)據(jù)，提供給工程師分析地下情況。仿真子系統(tǒng)的典型界面如下： ECHO計量子系統(tǒng)：計量子系統(tǒng)是ECHOSCADA系統(tǒng)的核心，它的核心任務(wù)是完成油井井號的選擇及決定單井的計量時間，實(shí)現(xiàn)油井油、氣、水三相自動計量。自動排序計量是操作員只要一次排好本日要計量所有的井號及相關(guān)參數(shù)，那么系統(tǒng)就會自動按順序執(zhí)行計量工作，不在需要操作員額外的干預(yù)。與目前冀東油田處于積極上產(chǎn)階段，所以井口作業(yè)頻繁，根據(jù)冀東的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況，我們在系統(tǒng)中加入了自動添加井站功能。通過該系統(tǒng)，操作員只需添加新投運(yùn)的站號與井號，那么添加新井的工作就完成了。 單井量油子系統(tǒng)：是安控公司針對油田生產(chǎn)計量的需要，研發(fā)、生產(chǎn)的國內(nèi)含游桿泵抽油機(jī)流量計算系統(tǒng)。主要是為了解決目前我國部分油田油井分散、建設(shè)計量站費(fèi)用較高、間抽井難度大等問題而研制的。系統(tǒng)根據(jù)功圖和井口參數(shù)數(shù)據(jù)及其井口油桿的基本參數(shù)實(shí)時計算出油井產(chǎn)量。實(shí)時計量：在井口對每幅示功圖進(jìn)行實(shí)時產(chǎn)量計量，可以有效的對間出井及井況變化的井進(jìn)行計量?？稍诰W(wǎng)絡(luò)中斷或中控室故障的情況下獨(dú)立進(jìn)行工作，不丟失每一組數(shù)據(jù)。 適用性強(qiáng)：實(shí)時連續(xù)計量，保證計量結(jié)果的真實(shí)性和代表性。在油井生產(chǎn)后期階段的間歇出油、間抽工作和井況變化較大的情況下，同樣能夠適用。 RTU與中控室的通信失敗不影響產(chǎn)量計量的連續(xù)性和計量精度。 視頻監(jiān)視子系統(tǒng)：本系統(tǒng)采用的是嵌入式WEB服務(wù)器技術(shù)，現(xiàn)場不需要放置視頻主機(jī)，工作人員可以直接用瀏覽器（如IE）觀看瀏覽器上的界面。同時中控室放置兩臺大屏幕監(jiān)視主機(jī)可同時監(jiān)視32個現(xiàn)場的實(shí)時畫面。系統(tǒng)還具有控制云臺操作、集中與計劃錄象存儲、對講等功能。 2、 全面的自動化保護(hù)技術(shù)保障油田生產(chǎn)安全： 本套系統(tǒng)綜合其它各兄弟油田的安全生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及本油田多年的生產(chǎn)安全技術(shù)積累，制定了比較完備的設(shè)備安全生產(chǎn)保護(hù)措施，具體描述如下： 計量間安全保護(hù)措施：計量間包括超壓報警，可燃?xì)怏w報警（轉(zhuǎn)油站）、設(shè)備故障報警、超溫報警等功能，發(fā)生報警時系統(tǒng)會自動聯(lián)動設(shè)備到安全狀態(tài)避免事故發(fā)生。 智能抽油機(jī)控制器安全模塊：抽油機(jī)具備負(fù)荷超載/欠載報警停機(jī)功能，有效減少抽油機(jī)卡桿斷桿事故的發(fā)生；同時具有油壓套壓超壓報警功能，提示工作人員注意油井是否有瞥壓的危險。 系統(tǒng)也考慮了本身的健康與安全性，系統(tǒng)內(nèi)部采取獨(dú)立網(wǎng)段，與油田局域網(wǎng)互聯(lián)時加裝硬件防火墻，保證系統(tǒng)安全。 3、 高效、精細(xì)的能耗管理： 節(jié)能技術(shù)是當(dāng)前油田生產(chǎn)非常關(guān)注并飛速發(fā)展的技術(shù)，本系統(tǒng)立足于冀東油田生產(chǎn)實(shí)際情況，有效利用現(xiàn)有資源，在不增加額外的節(jié)能設(shè)備及投資情況下實(shí)現(xiàn)精細(xì)的能耗管理。 智能抽油機(jī)控制器節(jié)能措施：智能控制器采集地下負(fù)荷功圖與電流圖，根據(jù)功圖做地質(zhì)分析，為抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)抽油間抽、空抽等節(jié)能控制提供直接的參考資料，同時提供了智能間抽、空抽控制的接口。 電量使用的能耗管理：系統(tǒng)可以計算出抽油機(jī)電機(jī)或螺桿泵的實(shí)時功率，統(tǒng)計每臺電機(jī)每小時、每天的有功和無功電能，提供每臺抽油機(jī)的用電量。同時可根據(jù)系統(tǒng)采集的功率因數(shù)等分析合適的電機(jī)功率，幫助工程師合理選擇電機(jī)實(shí)現(xiàn)能耗的精細(xì)管理。 4、 功能強(qiáng)大的輔助生產(chǎn)管理功能： 本系統(tǒng)開發(fā)時引入了智能生產(chǎn)管理概念，根據(jù)冀東油田實(shí)際生產(chǎn)情況和國內(nèi)外油田生產(chǎn)管理及數(shù)據(jù)分析的先進(jìn)理念與技術(shù)為冀東油田定制開發(fā)了一套油田生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)EOPEN系統(tǒng)。本系統(tǒng)與ECHOSCADA系統(tǒng)無縫結(jié)合，取代了以往要靠統(tǒng)計人員通過大量的數(shù)據(jù)錄入與分析才能得到的分析結(jié)果，很快捷全面的統(tǒng)計分析各種生產(chǎn)報表信息及統(tǒng)計分析結(jié)果，而且可根據(jù)生產(chǎn)需求方便靈活的更改查詢及統(tǒng)計的需求，實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)，提高了油田生產(chǎn)的管理水平、生產(chǎn)質(zhì)量；提高勞動生產(chǎn)效率，并為領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行正確決策提供參考依據(jù)。 EOPEN功能描述： ①．具有數(shù)據(jù)采集和錄入功能：可采集油井、注水井、計量站、轉(zhuǎn)油站及層位、區(qū)塊的動態(tài)與靜態(tài)信息，并提供靈活的增加、刪除、修改功能。 ②．方便的查詢功能：可輸入時間、井號或其它關(guān)鍵字的模糊查詢，可自定義查詢條件，查詢結(jié)果以文字、圖行、表格的方式表示，支持WEB瀏覽和菜單方式查詢。查詢信息包括采油設(shè)施基本信息、生產(chǎn)信息、管理信息、告警信息等。 ③．強(qiáng)大的統(tǒng)計分析功能：本功能是軟件先進(jìn)性的核心體現(xiàn)，可對油井產(chǎn)量、計量站產(chǎn)量、轉(zhuǎn)油站產(chǎn)量、區(qū)塊產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計；對產(chǎn)量波動及走向進(jìn)行統(tǒng)計分析；統(tǒng)計查找生產(chǎn)不正常井的數(shù)量，并分析出原因等；分析結(jié)果除生成相應(yīng)的報表外還可以餅圖、直方圖、趨勢圖方式顯示。 ④．系統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)，預(yù)留各種數(shù)據(jù)接口，方便與各種系統(tǒng)互聯(lián)；具有方便的維護(hù)功能，和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠脩舭踩芾怼? 5、 高技術(shù)含量的抽油機(jī)智能分析軟件： 安控依托本身技術(shù)優(yōu)勢和多年的油田應(yīng)用工程經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了ECHO油井示功圖分析軟件。采用了專家系統(tǒng)和模式識別技術(shù),根據(jù)采集的示功圖數(shù)據(jù)能夠在線對抽油井的工作狀態(tài)做出準(zhǔn)確的分析，可以自動診斷出油井的沙卡、掉桿、結(jié)臘等故障，并能輸出專家報告和圖形。軟件根據(jù)故障智能分析提供解決對策，工程師還可以完善對策庫，對每一次故障解決進(jìn)行記錄使軟件具有自學(xué)習(xí)功能。工程師通過該軟件準(zhǔn)確快速判斷油井生產(chǎn)情況，做出正確的解決方案。 6、 先進(jìn)的信息化管理： 為了方便油田信息化管理，本系統(tǒng)開發(fā)了WEB發(fā)布功能，工作人員在取得一定權(quán)限后可利用WEB瀏覽器實(shí)時查看、查詢生產(chǎn)信息。系統(tǒng)利用微軟ITS新技術(shù)，遵循所見既所得的功能，除正常的頁面流程等發(fā)布外，實(shí)現(xiàn)了趨勢、報警、報表的實(shí)時WEB發(fā)布而不需要額外的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器支持，降低了系統(tǒng)成本。 三、結(jié)語： 北京安控科技發(fā)展有限公司成立以來，承建了國內(nèi)多個油田中控室的自動化系統(tǒng)工程，憑借安控人的高尚的職業(yè)精神和辛苦的努力與付出，為中國的油田自動化事業(yè)作出了自己的貢獻(xiàn)。