物联网背景下的数字化油田站控系统

1、引言

物联网是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。具体到物联网在油气田生产管理中的应用，体现在通过传感、射频、通讯、自动控制、电子信息等物联网技术，对油气水井、计量间、油气站库等生产对象进行全面的感知，实现生产数据、设备状态信息在生产指挥中心及生产控制中心集中管理和控制，搭建规范、统一的数据管理平台，支持油气生产过程管理，进一步提高油气田生产决策的及时性和准确性。

2、数字化油田站控系统方案

油气田生产是个多专业、跨学科的行业，运营模式主要包括勘探开发、开发生产、油气处理、油气运输、油气销售等环节。随着新资源的不断被探明，滚动开发模式也就逐渐形成。生产运营过程中产生了海量的原生数据，信息化也就成为了油气田生产不可缺少的一部分。当今信息技术的迅猛发展，加快了油田信息技术的前进步伐。为有力保证生产实时数据的及时性和准确性，首先必须明确前端的工艺要求。油气田生产远程监控分析主要的对象是抽油井、气井、注水井、计量系统、原油处理站等生产现场。

1) 抽油井主要关注的参数负荷、压力、温度、三相电流、三相电压、功率、扭矩等数据，并形成专业的图形数据实现油井生产工况实时诊断；

2) 气井主要采集的数据为井口的压力、温度、流量，如一级阀后的温度压力、二级阀后的温度压力、三级阀后的温度压力。根据工艺要求的不同，还有可能采集套管的压力及排除水的流量；

3) 注水井生产远程监控系统主要关注的参数为压力、流量等，根据预先设置的配注量，对比已注入的量，参考当前的实时压力，自动调节阀门开度；

4) 计量系统是油气田生产的重要参考依据，主要以原油计量为主。虽然计量工艺有所差别，但主要目标是计算出参考产量。主要监测的变量有各管汇压力、各管汇温度、各阀门的状态、计量液位等，并按系数计算出每次的液量，上传至中控系统。

5) 原油处理站是整个原油开采生产中的终端工艺过程，负责下属各前端采油点（如油井）、计量站、转油站等来油的分离计量，对混输原油进行原油、水和天然气分离，实现原油提纯、污水处理、污水回注、天然气加工、原油外输等工艺过程，是实现成品原油的终端工艺，对外输原油、天然气的质量至关重要。由于涉及工艺相对复杂，设备工艺装置多，安全要求高，通过设置控制站、过程IO、远程IO、工程师站和操作站等设备实现整个站内工艺和设备的监控，实现分离计量工艺、原油处理工艺、污水处理工艺和回注工艺。

数字化油田将导致大规模的上终端采集设备，实施维护的便利性也是必须考虑到的。油气田生产实现自动化后，实现了减员增效，当再有大规模自动化系统需要部署时，其简便性就要在目前的基础上更简单一些。无线通讯可以非常有效的解决这一问题，通用模式、专用产品、无线通讯等等大大降低了现场施工难度，大规模建设得以实施。

油气田生产现场环境非常恶劣，荒漠中要接受极限温度的挑战，而临海区域又要面临高湿度、高腐蚀的考验；由于供电的不方便，自动化产品还需要是低能耗的。基于这些条件的限制，一般市面的PLC显然不能胜任，也就是需要更专业的RTU产品来执行现场的自动化功能控制。

2.1设备要求

现场一次仪表的一般要求：
       ● 一体化设计，无线数据传输
       ● 微功耗设计，精确电源管理
       ● 一次性锂电、太阳能供电、一次性锂电配合太阳能及时补电
       ● 符合工业标准，带信道扩频

符合IEEE802.15.4无线标准，信道间采用直接序列扩频技术，避免干扰和提高可靠性
       ● 可根据需求设置扫描时间间隔
       ● 防护等级不低于IP65，防爆等级不低于ExdII BT4 可以直接应用到防爆场合
       ● 工作温度-40℃～+70℃
       ● 工作湿度5％RH～95％RH

现场控制器的一般要求：
       ● 专业产品，结构合理。具备很强的适应能力，直接应用于工业现场
       ● 灵活的通讯方式，具备RS232、RS485、EtherNET等多种通讯接口
       ● 标准的通讯协议，Modbus RTU/ASCII/TCP、TCP/IP
       ● 实时数据采集功能
       ● 故障主动上报功能
       ● 高效的工程开发工具，符合IEC61131-3标准，支持LD、FBD、IL、ST、SFC五种程序语言
       ● 友好的人机界面
       ● 功能强大的硬件系统，采用32位ARM处理器，嵌入式实时多任务操作系统(RTOS)
       ● 先进的冗余/容错方式
       ● 工作温度-40～+70℃，工作湿度5～95%RH，适应各种恶劣环境
       ● 通过CE认证，达到EMC电磁兼容3级标准
       ● 整机防护等级IP65

2.2系统结构

中心控制室是数字化田自动化生产系统的核心，采集监控所有前端系统的数据。