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   活動鏈接：2012年控制網(wǎng)技術(shù)專題---實現(xiàn)石油與化工的信息化
   活動鏈接：2013年控制網(wǎng)行業(yè)專題---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)、無線遙感遙測技術(shù)、先進(jìn)通訊技術(shù)、計算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，結(jié)合北京亞控科技發(fā)展有限公司先進(jìn)的工業(yè)自動化軟件和工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫軟件，創(chuàng)造性的應(yīng)用于采油生產(chǎn)過程，極大的降低采油工人野外作業(yè)強(qiáng)度，有效的優(yōu)化采油生產(chǎn)地面集輸站點與管線布置，顯著的降低采油生產(chǎn)成本，實現(xiàn)采油生產(chǎn)管理自動化、信息化、智能化。

   1 項目背景

   新疆油田地處荒漠，成千上萬口采油井分布在廣闊地域上，被按照采油井—計量站—轉(zhuǎn)油站—聯(lián)合站—采油區(qū)—采油廠—石油公司這樣的多層次結(jié)構(gòu)、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(xiàn)場、抄表，效率低下，現(xiàn)場環(huán)境惡劣、員工工作負(fù)擔(dān)重；同時，地面集輸系統(tǒng)站點多、管線復(fù)雜，這些都導(dǎo)致了采油成本的增加。

   新疆油田采油二廠采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)項目依靠技術(shù)創(chuàng)新與突破，轉(zhuǎn)變思想，改變傳統(tǒng)工藝模式，最大限度的取消計量站，配水間等中間環(huán)節(jié)設(shè)施，優(yōu)化采油區(qū)集輸管網(wǎng)部署結(jié)構(gòu)，按照統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施的方式，組織開展綜合研究，重點做好示功圖求產(chǎn)與單井計量、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集與傳輸、注水井的遠(yuǎn)程自動化技術(shù)、設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)管理、增產(chǎn)措施預(yù)案與執(zhí)行等，達(dá)到優(yōu)化工藝、節(jié)能降耗、輔助管理的目的，打造具有“兩化融合”特色的數(shù)字化、信息化、智能化油田。

   2 系統(tǒng)架構(gòu)

   為達(dá)到中石油采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)的要求，并保證系統(tǒng)的先進(jìn)性、穩(wěn)定性、易操作性等，中石油采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)采用數(shù)據(jù)采集層、存儲層、應(yīng)用層三級結(jié)構(gòu)設(shè)計，每個層級使用亞控科技對應(yīng)的相關(guān)軟件產(chǎn)品，完成對中石油各石油開采生產(chǎn)單位的實時在線數(shù)據(jù)及圖像監(jiān)控及對各類生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)營的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析以及增產(chǎn)措施管理等功能。

   （1）數(shù)據(jù)采集

   KingIOServer數(shù)據(jù)采集與設(shè)備控制工程采用專門定制開發(fā)的設(shè)備驅(qū)動與設(shè)備實現(xiàn)連接，通過解析設(shè)備的通訊協(xié)議，讀取設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，同時根據(jù)組態(tài)系統(tǒng)的授權(quán)檢驗和確認(rèn)結(jié)果向設(shè)備發(fā)送控制參數(shù)和開關(guān)指令。

   （2）SCADA系統(tǒng)

   KingSCADA作為整個系統(tǒng)的工程核心，完成站控的圖形界面組態(tài)、設(shè)備控制授權(quán)檢驗、設(shè)備控制確認(rèn)過程組態(tài)、系統(tǒng)實時歷史狀態(tài)分析等功能。

   （3）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

   在調(diào)度控制中心的工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上部署工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫KingHistorian，用來存儲海量的、具有時間特性的過程數(shù)據(jù)；使用用戶自定義關(guān)系數(shù)據(jù)表存放的是一旦確定不會經(jīng)常性變化的數(shù)據(jù)，如工作班次、管理類數(shù)據(jù)等。

   工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)KingHistorian可實現(xiàn)先進(jìn)靈活的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)檢索等功能，并具有開放性接口、在線\離線方式的靈活設(shè)置、安全性、可靠性等特點。

   3 數(shù)字化油田與最佳生產(chǎn)實踐管理

   系統(tǒng)提供專業(yè)的石油采油分析功能，提供針對于采油設(shè)備的專業(yè)示功儀數(shù)據(jù)采集、存儲、分析與展示，提供專門的增產(chǎn)措施管理，利用宏觀控制圖提示增產(chǎn)措施方式。

   3.1 功圖自動分析

   系統(tǒng)實現(xiàn)采油生產(chǎn)實時監(jiān)控與管理，通過專業(yè)的抽油機(jī)功圖，完成功圖求產(chǎn)與抽油機(jī)故障分析檢測。系統(tǒng)將示功圖、電流圖原始數(shù)據(jù)在工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫進(jìn)行長期管理，后期分析不需要任何加工就可以直接調(diào)用。依據(jù)載荷位移關(guān)系，分析抽油機(jī)產(chǎn)液量、分析采油生產(chǎn)是否正常，實現(xiàn)生產(chǎn)管理與控制的自動化與信息化。

   分析主要診斷結(jié)果為：氣體影響，游動凡爾漏失，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(yán)重磨損，完全液擊，柱塞脫落出工作筒，液體或機(jī)械磨損，泵上碰，泵下碰，泵工作基本正常等。

    功圖自動分析一直以來是油田信息化的難點之一。目前，在油田生產(chǎn)中，功圖分析還主要是通過人工判斷，缺乏自動化分析手段，相關(guān)算法處于起步階段。亞控科技在2010年組建開發(fā)隊伍，和相關(guān)采油廠合作，詳細(xì)了解功圖各方面功能、清晰了解功圖需求，聯(lián)合開發(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(jī)最新功圖數(shù)據(jù)，并同時展示從抽油機(jī)功圖數(shù)據(jù)所分析得到的實時抽油機(jī)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(jī)的工作狀態(tài)最直觀有效的分析手段。通過功圖自動分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)抽油機(jī)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態(tài)變化，得出抽油機(jī)的工況狀態(tài)。并按照工況的故障類型做相應(yīng)的報警。

   按照故障的類型以及嚴(yán)重程度，功圖報警分成三級。一、二級報警會聲光提示監(jiān)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(zhǔn)確率差，目前沒有得到廣泛認(rèn)可的求產(chǎn)計量算法。亞控的功圖計產(chǎn)算法是針對單次實時功圖的瞬時產(chǎn)量，用一個當(dāng)前測試的功圖減一個極度供液不足的功圖，剩下的面積除以揚(yáng)程可得出一個周期的產(chǎn)液量。再結(jié)合開停機(jī)時間可以計算當(dāng)天油井產(chǎn)量。主要特點如下：

   根據(jù)實時功圖計算抽油井實時產(chǎn)量；

   根據(jù)多幅連續(xù)歷史功圖矯正抽油井統(tǒng)計產(chǎn)量；

   能夠不斷優(yōu)化的計算方法，逐漸提升根據(jù)功圖換算抽油井實時產(chǎn)量準(zhǔn)確率；

   亞控科技的目標(biāo)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(shè)備采集的數(shù)據(jù)按照時間和一定周期進(jìn)行統(tǒng)計，通過時間軸進(jìn)行分組展示曲線、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(shù)據(jù)處理

    按照采油井分類按時間順序把載荷和沖程分開存儲在工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫中，載荷、沖程各對應(yīng)一個工業(yè)庫的變量，利用工業(yè)庫1024字節(jié)的“變長二進(jìn)制”類型數(shù)據(jù)保存，可以保存長期數(shù)據(jù)。使用時首先解析為多個數(shù)據(jù)對。

    同時對于如此龐大的數(shù)據(jù)，工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫提供死區(qū)壓縮、旋轉(zhuǎn)門壓縮等多種壓縮算法，在保證數(shù)據(jù)壓縮前后趨勢不變的前提下使得所消耗的磁盤空間下降。

    采用亞控工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫后，數(shù)據(jù)存取速度極快，即使是從10年的海量數(shù)據(jù)庫中讀取大規(guī)模的功圖信息，查詢反應(yīng)時間均小于2秒。
 
                     
                                                 圖2 抽油機(jī)井宏觀控制圖

    3.2 宏觀控制圖

   系統(tǒng)采用宏觀控制圖，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)管理與實施提供技術(shù)知識和信息保障，為實現(xiàn)采油生產(chǎn)最佳實踐分析提供有力工具。

    3.3 設(shè)備在線運(yùn)維

   能對設(shè)備的在線運(yùn)維，實時感知才能稱作物聯(lián)網(wǎng)平臺。亞控科技統(tǒng)一的設(shè)備管理平臺（數(shù)據(jù)采集平臺KingExchange）實現(xiàn)任意地理位置可對生產(chǎn)信息進(jìn)行詳細(xì)的查詢。

    在信息化生產(chǎn)管控系統(tǒng)中，系統(tǒng)自身的健康度是基礎(chǔ)。采集終端變送器、傳感器不準(zhǔn)時將對生產(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傳感器，一個采油廠一般有2000~4000左右口井。以一個具備2000口井的采油廠進(jìn)行計算，傳感器、變送器的數(shù)量將為20000左右，巡井的工作量十分龐大。

    本平臺支持設(shè)備的自動在線更新。每個變送器、傳感器以及RTU都擁有自己的RFID。現(xiàn)場變送器、傳感器或者RTU設(shè)備增加或者退出時，現(xiàn)場人員使用手持終端對設(shè)備的RFID進(jìn)行掃描即可捕獲該設(shè)備。然后在手持機(jī)中按照要求即可將該設(shè)備直接添加到工業(yè)庫中或者替換原來設(shè)備，或者按照類似的操作亦可將設(shè)備從庫中的除去。

    在本平臺可實現(xiàn)變送器、傳感器異常或電量不足時自動向系統(tǒng)上報的功能。系統(tǒng)可快速定位到具體的站點、設(shè)備，無需再進(jìn)行拉網(wǎng)式的檢修排查，這對于生產(chǎn)設(shè)備管理維護(hù)意義重大。
  
                      
                                     圖3 視頻監(jiān)視系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)聯(lián)動示意圖

    3.4 安全管理：全方位視頻安全感知系統(tǒng)

    智能視頻結(jié)合SCADA監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動，圖3所示，可使常規(guī)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的“眼睛”功能具有“大腦”的分析判斷處理功能，為用戶提供了智能分析入侵者、自動判斷煙情、火情、物品看管、遺留物檢測、目標(biāo)種類識別、人體行為檢測、自動報警、自動智能錄像等系列的智能自動化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可廣泛用于油田的各種重要場所和建筑公共治安的安防應(yīng)用。

    本系統(tǒng)還有一個效果：平時攝像頭按照常規(guī)進(jìn)行存檔刪除，而對于出事的記錄，把SCADA系統(tǒng)報警前后的一段時間的視頻記錄單獨(dú)保存下來，這樣便于事故視頻的調(diào)出和事故的事件。

    4 效益分析

    通過采油生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)，采油工可通過電子巡井、遠(yuǎn)程操控等手段，將每月野外工作量降低50%～70%；地面集輸系統(tǒng)可優(yōu)化減少站點30%左右，集輸管線每年能節(jié)省資金過百萬元人民幣。

    摘自《自動化博覽》2012年第七期