1、系統簡(jiǎn)介

    3/7區塊位于蘇丹東部的Melut盆地，面積7.24萬(wàn)平方公里。2000年11月，中石油中標3/7區塊石油勘探開(kāi)發(fā)項目。目前，中石油擁有3/7區塊41%的權益，合作伙伴為馬來(lái)西亞國家石油公司（40%）、蘇丹國家石油公司（8%）、中國石油化工集團公司（6%）和阿聯(lián)酋國家石油公司（5%）。2003年，中石油在3/7區塊發(fā)現法魯濟（Palogue）油田，最大含油面積超過(guò)60平方公里。經(jīng)測試證實(shí)，最大油層厚度約147.5米，平均油層厚度近60米，主體油田探明地質(zhì)儲量超過(guò)3億噸。

    該項目工藝上主要是通過(guò)建設計量分離撬來(lái)實(shí)現井口來(lái)油的氣液兩相分離，通過(guò)在氣出口和液出口分別安裝相應的流量計來(lái)實(shí)現對產(chǎn)氣量和產(chǎn)液量進(jìn)行分別計量。整個(gè)撬裝設備由北京迪威爾天然氣技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司承建，設備配套的自動(dòng)化系統選用了基于A(yíng)RM芯片開(kāi)發(fā)的32位一體化Super32-L系列RTU。Super32控制器及端子等附件成套在一個(gè)450*400*150的一個(gè)防爆機柜內，外面安裝500*450*200的防護箱?，F場(chǎng)溫度、壓力、液位、氣體流量等一次儀表信號通過(guò)4-20mA信號采集到控制器中進(jìn)行工程值轉換等相關(guān)運算。其中測量液體的流量計選用了Micro Motion的質(zhì)量流量計來(lái)實(shí)現對產(chǎn)液量的計量，質(zhì)量流量計具有RS485通訊接口，以ModubRTU協(xié)議將質(zhì)量流量計內的多個(gè)關(guān)鍵參數采集到Super32控制器中,RTU內部的數據再以RS485接口，ModbusRTU協(xié)議將整個(gè)計量分離器的數據上傳至中控室的DCS系統。

                  

                           圖1：RTU外觀(guān)圖

                  

                         圖2：RTU內部布局圖

    2、場(chǎng)站系統結構圖

    2.1 拓撲結構圖

    油田地面工程是油田建設中的一個(gè)重要組成部分，主要包括油氣田中完成油氣開(kāi)采、處理、集輸作業(yè)的各種井、站、管網(wǎng)等。因為從油(氣)井中采出的原油、天然氣和水的混合物要進(jìn)行分離、計量等工藝處理，經(jīng)處理后的油氣才符合儲存、集輸的條件，所以對應的會(huì )在油氣田地面工程建設中建立計量站、增壓站等各種工藝場(chǎng)站，完成對油氣的分離及計量功能。

    隨著(zhù)撬裝設備設計生產(chǎn)技術(shù)的成熟，同時(shí)撬裝設備具有成本低、靈活性好、施工周期短、安裝方便、重復利用率高等優(yōu)點(diǎn)，所以目前撬裝計量設備、撬裝分離設備在油氣田的地面工程建設中得到廣泛的應用，并且確實(shí)在油氣田的建設過(guò)程中體現出了比以往固定地面工程具有突出的優(yōu)勢，尤其適合蘇丹等類(lèi)似自然環(huán)境惡劣、社會(huì )環(huán)境較差等建設條件困難的油田建設中。

    該項目就是由中石油承建的蘇丹三七區塊的地面工程建設，在整個(gè)工藝場(chǎng)站的建設過(guò)程中，按功能需求進(jìn)行了對應的撬裝設備設計與加工。整個(gè)場(chǎng)站由多個(gè)功能不同的撬裝設備組成，其中計量撬是其中的重要組成部分。計量撬的設計、加工、組裝及配套的自動(dòng)化儀表安裝、調試都是在國內完成，每套計量分離撬上安裝有1套RTU系統，用于完成撬裝設備上溫度、壓力、液位、流量、含水等數據的采集以及相關(guān)控制設備的手自動(dòng)控制功能。RTU作為撬裝設備上的核心數據處理設備，向下負責對常規4-20mA輸出的一次儀表進(jìn)行單變量數據采集，同時(shí)還對質(zhì)量流量計等智能儀表以485通訊方式進(jìn)行多變量數據采集；向上則負責將撬裝設備的一次數據及RTU內部二次數據進(jìn)行數據上傳，實(shí)現了撬裝設備到全站DCS系統的接入，完成了中控室對現場(chǎng)撬裝設備的統一監視與控制。

               

                                    圖3：站內系統拓撲圖

    2.2 撬裝自動(dòng)化系統組成

     撬裝設備的自動(dòng)化系統主要包括1套撬裝RTU和現場(chǎng)溫度變送器、壓力變送器、流量計等設備，氣液兩相計量是整個(gè)自動(dòng)化系統中最為重要的功能，其中測量氣出口的流量計選用了旋緊旋渦流量計，測量液出口的流量計選用了質(zhì)量流量計，系統詳細的測點(diǎn)清單如下：

    

    RTU的主控制器作為系統核心產(chǎn)品，控制器的性能將直接影響到整個(gè)系統的穩定性、靈活性等諸多方面，為此項目在綜合考慮了現場(chǎng)使用環(huán)境、國內外產(chǎn)品性能特點(diǎn)、性?xún)r(jià)比、售后服務(wù)以及工程經(jīng)驗等多方面的因素后，最終RTU產(chǎn)品選用了基于A(yíng)RM芯片開(kāi)發(fā)的Super32-L系列32位控制器，該系列控制器有如下特點(diǎn)：

                   

                               圖4：安控科技Super32-L控制器

    產(chǎn)品特點(diǎn)：
? 采用32位處理器，嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(RTOS)；
? 編程軟件符合IEC 61131-3標準，支持LD、FBD、IL、ST、SFC五種程序語(yǔ)言，此外還支持C語(yǔ)言編程；
? 一體化模塊設計，集成AI、AO、DI、DO、PI等I/O通道，集成多種通信接口，最多可擴展至64點(diǎn)I/O信號通道；
? 支持Modbus RTU／ASCII／TCP、DNP3等通信協(xié)議；
? 具有RS232、RS485、Ethernet等通信接口，適用于多種有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )；
? 具有16位分辨率A/D；
? 具有看門(mén)狗及數據掉電保護功能，可長(cháng)期保存設定參數及歷史數據；
? 大容量存儲空間，滿(mǎn)足就地運算和歷史數據記錄；
? 低功耗設計，特別適用于太陽(yáng)能供電等場(chǎng)合；
? 工作溫度－40～+70℃，工作濕度5～95%RH，適應各種惡劣環(huán)境；
? 元器件選用優(yōu)秀的工業(yè)級產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)嚴格測試和篩選；
? 工業(yè)標準設計，DIN導軌安裝結構，方便現場(chǎng)安裝；
? 產(chǎn)品通過(guò)CE認證，達到EMC電磁兼容3級標準；

    3、安控RTU與質(zhì)量流量計的子網(wǎng)通訊

    計量分離撬顧名思義就可以知道整個(gè)撬的最基本功能包括兩部分，一是實(shí)現站外來(lái)油的氣液兩相分離；二是對分離后的氣相流量和液相流量進(jìn)行分別計量。我們在該部分主要講述一下RTU是如何實(shí)現對安裝在液相計量用的質(zhì)量流量計數據采集。

    由于原油中含水率不同以及油氣分離效果都會(huì )影響到原油的計量問(wèn)題，多年以來(lái)原油的計量一直是一個(gè)比較棘手的問(wèn)題，所以選擇對原油測量相對準確的流量計成為系統選型的一個(gè)重點(diǎn)，在綜合了現場(chǎng)測量需求以及當前流量計主流技術(shù)狀況，最終流量計選用了Micro Motion 質(zhì)量流量計作為項目中的液體流量測量設備。該質(zhì)量流量計利用科里奧利效應工作，實(shí)時(shí)測量計量分離撬液出口的質(zhì)量流量、密度和溫度，并根據用戶(hù)設定的純油密度和水密度，計算出原油的體積流量、含水率、純油體積流量。

    基于RS485總線(xiàn)通訊技術(shù)在工業(yè)現場(chǎng)通訊中的成熟應用，因此項目中設計的質(zhì)量流量計與RTU通訊采用RS485方式。質(zhì)量流量計和RTU提供二線(xiàn)制RS485通訊接口，支持標準的MobusRTU主從通訊協(xié)議，從而完成RTU對質(zhì)量流量計數據的采集及遠程參數設置。下面就該項目中485通訊關(guān)鍵參數設置介紹如下：

    1、 設置Modubs主站(Super32-L)串口通訊參數：協(xié)議：ModbusRTU，波特率：9600，數據位：8位，停止位：1位, 雙工模式：HALF，主從模式：Master。
    2、 設置Modubs從站(質(zhì)量流量計)串口通訊參數：站號：1，協(xié)議：ModbusRTU，波特率：9600，數據位：8位，停止位：1位,雙工模式：FULL，主從模式：Slave。
    3、 在RTU與流量計通訊的過(guò)程中，存在浮點(diǎn)數和長(cháng)整數等4字節數據交換，所以就涉及到一個(gè)數據字節順問(wèn)題，如果數據字節順序不對應，那么就可能出現RTU中數據為亂值的情況。為此需要對字節順序進(jìn)行調整，其中質(zhì)量流量計支持字節順序設置功能，所以我們需要設置流量計中的字節順序【Byte Order】參數為1－2－3－4與RTU內部字節順序一致。
    4、 如果正確完成以上步驟設置，那么可以看到RTU控制的串口RX與TX指示燈閃爍正行，并且RTU內部數據與流量計內部數據一致，表示RTU完成了對流量計內部瞬時(shí)流量、累積流量等參數的輪詢(xún)采集。

                   

                           圖5：質(zhì)量流量計

               

                                圖6：RTU調試界面

    4、項目評估分析

     該套計量分離系統自2008年投產(chǎn)至今，已連續的、穩定的運行多年，充分的證明系統方案的合理性及產(chǎn)品性能穩定。系統在油田生產(chǎn)過(guò)程中起到了頗為重要的作用，不僅減輕了工人勞動(dòng)強度，而且為油田生產(chǎn)提供了科學(xué)、準確、實(shí)時(shí)的生產(chǎn)數據，為油田實(shí)現科學(xué)開(kāi)采、精細管理提供了可靠保障，同時(shí)也為國產(chǎn)自動(dòng)化系統走出國門(mén)，進(jìn)軍海外市場(chǎng)提供了可靠的自動(dòng)化產(chǎn)品。