活動(dòng)鏈接：2012年控制網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)題---實(shí)現石油與化工的信息化
   活動(dòng)鏈接：2013年控制網(wǎng)行業(yè)專(zhuān)題---物聯(lián)網(wǎng)革命
  石油物聯(lián)網(wǎng)項目基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)遙感遙測技術(shù)、先進(jìn)通訊技術(shù)、計算機及其網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，結合北京亞控科技發(fā)展有限公司先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化軟件和工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫軟件，創(chuàng )造性的應用于采油生產(chǎn)過(guò)程，極大的降低采油工人野外作業(yè)強度，有效的優(yōu)化采油生產(chǎn)地面集輸站點(diǎn)與管線(xiàn)布置，顯著(zhù)的降低采油生產(chǎn)成本，實(shí)現采油生產(chǎn)管理自動(dòng)化、信息化、智能化。

   1 項目背景

   新疆油田地處荒漠，成千上萬(wàn)口采油井分布在廣闊地域上，被按照采油井—計量站—轉油站—聯(lián)合站—采油區—采油廠(chǎng)—石油公司這樣的多層次結構、按照“三級控制、兩級管理”的模式進(jìn)行生產(chǎn)管理。每一層級的控制，都需要大量的人員跑現場(chǎng)、抄表，效率低下，現場(chǎng)環(huán)境惡劣、員工工作負擔重；同時(shí)，地面集輸系統站點(diǎn)多、管線(xiàn)復雜，這些都導致了采油成本的增加。

   新疆油田采油二廠(chǎng)采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)項目依靠技術(shù)創(chuàng )新與突破，轉變思想，改變傳統工藝模式，最大限度的取消計量站，配水間等中間環(huán)節設施，優(yōu)化采油區集輸管網(wǎng)部署結構，按照統一規劃、分步實(shí)施的方式，組織開(kāi)展綜合研究，重點(diǎn)做好示功圖求產(chǎn)與單井計量、數據遠程采集與傳輸、注水井的遠程自動(dòng)化技術(shù)、設備遠程監控與維護管理、增產(chǎn)措施預案與執行等，達到優(yōu)化工藝、節能降耗、輔助管理的目的，打造具有“兩化融合”特色的數字化、信息化、智能化油田。

   2 系統架構

   為達到中石油采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統建設目標的要求，并保證系統的先進(jìn)性、穩定性、易操作性等，中石油采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統架構采用數據采集層、存儲層、應用層三級結構設計，每個(gè)層級使用亞控科技對應的相關(guān)軟件產(chǎn)品，完成對中石油各石油開(kāi)采生產(chǎn)單位的實(shí)時(shí)在線(xiàn)數據及圖像監控及對各類(lèi)生產(chǎn)、設備運營(yíng)的數據統計分析以及增產(chǎn)措施管理等功能。

   （1）數據采集

   KingIOServer數據采集與設備控制工程采用專(zhuān)門(mén)定制開(kāi)發(fā)的設備驅動(dòng)與設備實(shí)現連接，通過(guò)解析設備的通訊協(xié)議，讀取設備的實(shí)時(shí)數據，同時(shí)根據組態(tài)系統的授權檢驗和確認結果向設備發(fā)送控制參數和開(kāi)關(guān)指令。

   （2）SCADA系統

   KingSCADA作為整個(gè)系統的工程核心，完成站控的圖形界面組態(tài)、設備控制授權檢驗、設備控制確認過(guò)程組態(tài)、系統實(shí)時(shí)歷史狀態(tài)分析等功能。

   （3）數據庫系統

   在調度控制中心的工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫服務(wù)器上部署工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫KingHistorian，用來(lái)存儲海量的、具有時(shí)間特性的過(guò)程數據；使用用戶(hù)自定義關(guān)系數據表存放的是一旦確定不會(huì )經(jīng)常性變化的數據，如工作班次、管理類(lèi)數據等。

   工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫系統KingHistorian可實(shí)現先進(jìn)靈活的數據采集、數據存儲、數據檢索等功能，并具有開(kāi)放性接口、在線(xiàn)\離線(xiàn)方式的靈活設置、安全性、可靠性等特點(diǎn)。

   3 數字化油田與最佳生產(chǎn)實(shí)踐管理

   系統提供專(zhuān)業(yè)的石油采油分析功能，提供針對于采油設備的專(zhuān)業(yè)示功儀數據采集、存儲、分析與展示，提供專(zhuān)門(mén)的增產(chǎn)措施管理，利用宏觀(guān)控制圖提示增產(chǎn)措施方式。

   3.1 功圖自動(dòng)分析

   系統實(shí)現采油生產(chǎn)實(shí)時(shí)監控與管理，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的抽油機功圖，完成功圖求產(chǎn)與抽油機故障分析檢測。系統將示功圖、電流圖原始數據在工業(yè)實(shí)時(shí)數據庫進(jìn)行長(cháng)期管理，后期分析不需要任何加工就可以直接調用。依據載荷位移關(guān)系，分析抽油機產(chǎn)液量、分析采油生產(chǎn)是否正常，實(shí)現生產(chǎn)管理與控制的自動(dòng)化與信息化。

   分析主要診斷結果為：氣體影響，游動(dòng)凡爾漏失，抽油桿斷脫，卡泵，供液不足，固定凡爾漏失，氣鎖，連抽帶噴，固定凡爾卡死，泵嚴重磨損，完全液擊，柱塞脫落出工作筒，液體或機械磨損，泵上碰，泵下碰，泵工作基本正常等。

    功圖自動(dòng)分析一直以來(lái)是油田信息化的難點(diǎn)之一。目前，在油田生產(chǎn)中，功圖分析還主要是通過(guò)人工判斷，缺乏自動(dòng)化分析手段，相關(guān)算法處于起步階段。亞控科技在2010年組建開(kāi)發(fā)隊伍，和相關(guān)采油廠(chǎng)合作，詳細了解功圖各方面功能、清晰了解功圖需求，聯(lián)合開(kāi)發(fā)出包括功圖展示、工況分析、功圖計產(chǎn)功能的智能功圖分析模塊。

   （1）功圖展示

    以“功圖”形式展示抽油機最新功圖數據，并同時(shí)展示從抽油機功圖數據所分析得到的實(shí)時(shí)抽油機狀態(tài)、抽油井產(chǎn)量、抽油井油壓、套壓、溫度等信息；可單幅功圖分析，可疊加分析等多種展示分析方式。

   （2）工況分析報警

   示功圖是作為反映有桿泵抽油機的工作狀態(tài)最直觀(guān)有效的分析手段。通過(guò)功圖自動(dòng)分析，能夠及時(shí)發(fā)現抽油機砂卡、脫桿、凡爾漏失等工作狀態(tài)的變化和供液不足、氣體影響等油藏的動(dòng)態(tài)變化，得出抽油機的工況狀態(tài)。并按照工況的故障類(lèi)型做相應的報警。

   按照故障的類(lèi)型以及嚴重程度，功圖報警分成三級。一、二級報警會(huì )聲光提示監屏人員，三級報警直接入庫，不做提示。

   （3）功圖計量

    功圖計產(chǎn)同樣因為油藏狀況多樣，對于低產(chǎn)油井等情況計量準確率差，目前沒(méi)有得到廣泛認可的求產(chǎn)計量算法。亞控的功圖計產(chǎn)算法是針對單次實(shí)時(shí)功圖的瞬時(shí)產(chǎn)量，用一個(gè)當前測試的功圖減一個(gè)極度供液不足的功圖，剩下的面積除以揚程可得出一個(gè)周期的產(chǎn)液量。再結合開(kāi)停機時(shí)間可以計算當天油井產(chǎn)量。主要特點(diǎn)如下：

   根據實(shí)時(shí)功圖計算抽油井實(shí)時(shí)產(chǎn)量；

   根據多幅連續歷史功圖矯正抽油井統計產(chǎn)量；

   能夠不斷優(yōu)化的計算方法，逐漸提升根據功圖換算抽油井實(shí)時(shí)產(chǎn)量準確率；

   亞控科技的目標為功圖計算產(chǎn)量誤差小于10%，逐步建議去掉計量站。

    功圖計量展示對功圖計量分析后的單井產(chǎn)量和設備采集的數據按照時(shí)間和一定周期進(jìn)行統計，通過(guò)時(shí)間軸進(jìn)行分組展示曲線(xiàn)、柱狀圖、餅圖等，如圖1所示。 

  
                        
                                                圖1 功圖計量展示示意圖

    功圖數據處理

    按照采油井分類(lèi)按時(shí)間順序把載荷和沖程分開(kāi)存儲在工業(yè)實(shí)時(shí)數據庫中，載荷、沖程各對應一個(gè)工業(yè)庫的變量，利用工業(yè)庫1024字節的“變長(cháng)二進(jìn)制”類(lèi)型數據保存，可以保存長(cháng)期數據。使用時(shí)首先解析為多個(gè)數據對。

    同時(shí)對于如此龐大的數據，工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數據庫提供死區壓縮、旋轉門(mén)壓縮等多種壓縮算法，在保證數據壓縮前后趨勢不變的前提下使得所消耗的磁盤(pán)空間下降。

    采用亞控工業(yè)實(shí)時(shí)數據庫后，數據存取速度極快，即使是從10年的海量數據庫中讀取大規模的功圖信息，查詢(xún)反應時(shí)間均小于2秒。
 
                     
                                                 圖2 抽油機井宏觀(guān)控制圖

    3.2 宏觀(guān)控制圖

   系統采用宏觀(guān)控制圖，如圖2所示，完整分析油田生產(chǎn)潛力，為增產(chǎn)措施科學(xué)管理與實(shí)施提供技術(shù)知識和信息保障，為實(shí)現采油生產(chǎn)最佳實(shí)踐分析提供有力工具。

    3.3 設備在線(xiàn)運維

   能對設備的在線(xiàn)運維，實(shí)時(shí)感知才能稱(chēng)作物聯(lián)網(wǎng)平臺。亞控科技統一的設備管理平臺（數據采集平臺KingExchange）實(shí)現任意地理位置可對生產(chǎn)信息進(jìn)行詳細的查詢(xún)。

    在信息化生產(chǎn)管控系統中，系統自身的健康度是基礎。采集終端變送器、傳感器不準時(shí)將對生產(chǎn)管理造成未知破壞。而變送器、傳感器都是需要進(jìn)行周期性的校驗及更換電池的。一口油井一般配有十個(gè)傳感器，一個(gè)采油廠(chǎng)一般有2000~4000左右口井。以一個(gè)具備2000口井的采油廠(chǎng)進(jìn)行計算，傳感器、變送器的數量將為20000左右，巡井的工作量十分龐大。

    本平臺支持設備的自動(dòng)在線(xiàn)更新。每個(gè)變送器、傳感器以及RTU都擁有自己的RFID?，F場(chǎng)變送器、傳感器或者RTU設備增加或者退出時(shí)，現場(chǎng)人員使用手持終端對設備的RFID進(jìn)行掃描即可捕獲該設備。然后在手持機中按照要求即可將該設備直接添加到工業(yè)庫中或者替換原來(lái)設備，或者按照類(lèi)似的操作亦可將設備從庫中的除去。

    在本平臺可實(shí)現變送器、傳感器異?；螂娏坎蛔銜r(shí)自動(dòng)向系統上報的功能。系統可快速定位到具體的站點(diǎn)、設備，無(wú)需再進(jìn)行拉網(wǎng)式的檢修排查，這對于生產(chǎn)設備管理維護意義重大。
  
                      
                                     圖3 視頻監視系統與SCADA系統聯(lián)動(dòng)示意圖

    3.4 安全管理：全方位視頻安全感知系統

    智能視頻結合SCADA監控系統，實(shí)現數據聯(lián)動(dòng)，圖3所示，可使常規的數字視頻監控系統的“眼睛”功能具有“大腦”的分析判斷處理功能，為用戶(hù)提供了智能分析入侵者、自動(dòng)判斷煙情、火情、物品看管、遺留物檢測、目標種類(lèi)識別、人體行為檢測、自動(dòng)報警、自動(dòng)智能錄像等系列的智能自動(dòng)化視頻監控系統，可廣泛用于油田的各種重要場(chǎng)所和建筑公共治安的安防應用。

    本系統還有一個(gè)效果：平時(shí)攝像頭按照常規進(jìn)行存檔刪除，而對于出事的記錄，把SCADA系統報警前后的一段時(shí)間的視頻記錄單獨保存下來(lái)，這樣便于事故視頻的調出和事故的事件。

    4 效益分析

    通過(guò)采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統的建設，采油工可通過(guò)電子巡井、遠程操控等手段，將每月野外工作量降低50%～70%；地面集輸系統可優(yōu)化減少站點(diǎn)30%左右，集輸管線(xiàn)每年能節省資金過(guò)百萬(wàn)元人民幣。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第七期