一、系統(tǒng)概況 1、立項背景 上世紀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”已成為實現“降本增效，提高管理水平”這一油田改革目標中的一個重要課題。 與發(fā)達國家相比我國石油開采技術水平還有一定差距，目前我國的采油井95%以上是機采，大多數數據采集依靠人工完成，雖然一定程度上已建立了石油MIS信息管理系統(tǒng)，但油井現場的數據還不能實現無縫上傳，集中采集，無法實現高效的采油調度管理。 通過建立油田生產自動化實時全過程監(jiān)控的SCADA系統(tǒng)，使油田已建或在建信息網絡向井口擴展，實現油井數據的實時傳送和信息網絡的無縫鏈接，逐步形成油田生產管理與監(jiān)控一體化的信息中心，將成為油田井網監(jiān)控和生產調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座轉油站、43座計量站、5座注水站、1座聯合站和一座油氣處理廠。油田大多數的數據依靠人工完成，為實現整個油田統(tǒng)一管理和生產的自動化，通過建立ECHOSCADA系統(tǒng)實現油田的監(jiān)視、控制和數據采集，實現聯合站、油氣處理廠、計量站、轉油站、注水站和現場測控單元數據的實時監(jiān)測，為了實現對井口設備遠程的遙控，并能夠對生產數據的歸檔保存管理等。 3、系統(tǒng)結構 EchoSCADA系統(tǒng)由現場測控單元和測控中心組成?，F場測控單元是實現SCADA功能的基本要素，由多個RTU或PLC組成，每個RTU都是一個獨立的子系統(tǒng)，負責對本地I/O點進行數據采集和控制。測控中心是EchoSCADA系統(tǒng)的核心，運行EchoSCADA軟件，負責現場測控單元的集中監(jiān)控和系統(tǒng)的配置、管理、維護。硬件網絡拓撲圖如下： 4、軟件結構 系統(tǒng)軟件使用Windows XP平臺，安裝在SCADA 系統(tǒng)的操作站、歷史數據服務器、主備SCADA服務器中，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。數據庫軟件選用系統(tǒng)數據庫ORACLE9.i，安裝在系統(tǒng)歷史數據服務器中，完成系統(tǒng)的歷史數據的存儲、記錄等。 應用軟件的核心是安控公司的ESPIDER SCADA 軟件，完成數據采集、數據處理、監(jiān)控、報警管理等功能。油田現場采用安控ECHO5000系列RTU、RPC，所以應選用安控公司自行開發(fā)的RPC、RTU接口驅動軟件。ECHO監(jiān)控仿真軟件，實現RPC、RTU的遠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)的數據提供了安全、詳細的數據庫管理。ECHO油井示功圖分析軟件根據采集的示功圖數據能夠對抽油井的工作狀態(tài)做出準確的分析，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實時數據庫中的實時數據插入ORACLE歷史數據庫中。 系統(tǒng)軟件結構如下圖： 二、系統(tǒng)分析 1、 采用先進的油田自動化技術提高油田生產效率： 提高油田生產效率，減輕油田生產人員的勞動強度，減低油田生產管理成本是EchoSCADA系統(tǒng)的主要目標。本系統(tǒng)為實現此目的實現了計量站油井遠程數據采集、遠程控制（計量站自動排序計量，抽油機啟停等）、遠程視頻監(jiān)控等，為計量站油井實現無人值守打下了良好的基礎，同時有助于油田生產管理減員增效。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，主要實現抽油井、自噴井、螺桿泵井、計量站、轉油站等的參數采集與常規(guī)控制，操作員通過友好的人機界面可在遠端實現生產現場數據的巡檢和日常操作等所有功能，同時本系統(tǒng)還提供所有參數的異常報警，使操作員以最快的速度獲得現場生產的異常信息而及時進行處理，避免事故的發(fā)生。智能抽油機控制器可實時采集井口功圖數據，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，它的核心任務是完成油井井號的選擇及決定單井的計量時間，實現油井油、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參數，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。與目前冀東油田處于積極上產階段，所以井口作業(yè)頻繁，根據冀東的實際生產運行情況，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計量的需要，研發(fā)、生產的國內含游桿泵抽油機流量計算系統(tǒng)。主要是為了解決目前我國部分油田油井分散、建設計量站費用較高、間抽井難度大等問題而研制的。系統(tǒng)根據功圖和井口參數數據及其井口油桿的基本參數實時計算出油井產量。實時計量：在井口對每幅示功圖進行實時產量計量，可以有效的對間出井及井況變化的井進行計量。可在網絡中斷或中控室故障的情況下獨立進行工作，不丟失每一組數據。 適用性強：實時連續(xù)計量，保證計量結果的真實性和代表性。在油井生產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服務器技術，現場不需要放置視頻主機，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)視主機可同時監(jiān)視32個現場的實時畫面。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、 全面的自動化保護技術保障油田生產安全： 本套系統(tǒng)綜合其它各兄弟油田的安全生產經驗及本油田多年的生產安全技術積累，制定了比較完備的設備安全生產保護措施，具體描述如下： 計量間安全保護措施：計量間包括超壓報警，可燃氣體報警（轉油站）、設備故障報警、超溫報警等功能，發(fā)生報警時系統(tǒng)會自動聯動設備到安全狀態(tài)避免事故發(fā)生。 智能抽油機控制器安全模塊：抽油機具備負荷超載/欠載報警停機功能，有效減少抽油機卡桿斷桿事故的發(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)內部采取獨立網段，與油田局域網互聯時加裝硬件防火墻，保證系統(tǒng)安全。 3、 高效、精細的能耗管理： 節(jié)能技術是當前油田生產非常關注并飛速發(fā)展的技術，本系統(tǒng)立足于冀東油田生產實際情況，有效利用現有資源，在不增加額外的節(jié)能設備及投資情況下實現精細的能耗管理。 智能抽油機控制器節(jié)能措施：智能控制器采集地下負荷功圖與電流圖，根據功圖做地質分析，為抽油機實現抽油間抽、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)可以計算出抽油機電機或螺桿泵的實時功率，統(tǒng)計每臺電機每小時、每天的有功和無功電能，提供每臺抽油機的用電量。同時可根據系統(tǒng)采集的功率因數等分析合適的電機功率，幫助工程師合理選擇電機實現能耗的精細管理。 4、 功能強大的輔助生產管理功能： 本系統(tǒng)開發(fā)時引入了智能生產管理概念，根據冀東油田實際生產情況和國內外油田生產管理及數據分析的先進理念與技術為冀東油田定制開發(fā)了一套油田生產信息管理系統(tǒng)EOPEN系統(tǒng)。本系統(tǒng)與ECHOSCADA系統(tǒng)無縫結合，取代了以往要靠統(tǒng)計人員通過大量的數據錄入與分析才能得到的分析結果，很快捷全面的統(tǒng)計分析各種生產報表信息及統(tǒng)計分析結果，而且可根據生產需求方便靈活的更改查詢及統(tǒng)計的需求，實現二次開發(fā)，提高了油田生產的管理水平、生產質量；提高勞動生產效率，并為領導進行正確決策提供參考依據。 EOPEN功能描述： ①．具有數據采集和錄入功能：可采集油井、注水井、計量站、轉油站及層位、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、井號或其它關鍵字的模糊查詢，可自定義查詢條件，查詢結果以文字、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施基本信息、生產信息、管理信息、告警信息等。 ③．強大的統(tǒng)計分析功能：本功能是軟件先進性的核心體現，可對油井產量、計量站產量、轉油站產量、區(qū)塊產量進行統(tǒng)計；對產量波動及走向進行統(tǒng)計分析；統(tǒng)計查找生產不正常井的數量，并分析出原因等；分析結果除生成相應的報表外還可以餅圖、直方圖、趨勢圖方式顯示。 ④．系統(tǒng)采用開放式結構，預留各種數據接口，方便與各種系統(tǒng)互聯；具有方便的維護功能，和嚴謹的用戶安全管理。 5、 高技術含量的抽油機智能分析軟件： 安控依托本身技術優(yōu)勢和多年的油田應用工程經驗，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,根據采集的示功圖數據能夠在線對抽油井的工作狀態(tài)做出準確的分析，可以自動診斷出油井的沙卡、掉桿、結臘等故障，并能輸出專家報告和圖形。軟件根據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行記錄使軟件具有自學習功能。工程師通過該軟件準確快速判斷油井生產情況，做出正確的解決方案。 6、 先進的信息化管理： 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限后可利用WEB瀏覽器實時查看、查詢生產信息。系統(tǒng)利用微軟ITS新技術，遵循所見既所得的功能，除正常的頁面流程等發(fā)布外，實現了趨勢、報警、報表的實時WEB發(fā)布而不需要額外的數據庫服務器支持，降低了系統(tǒng)成本。 三、結語： 北京安控科技發(fā)展有限公司成立以來，承建了國內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。