滩海油田自动化控制系统设计

【摘要】在海洋石油平台上，由于工艺要求各异，工程实施时自控技术水平和设计思路不同，采用了多种不同的控制方案。尤其是在滩海区域，由于涉及到浅海平台以及滩涂上的油井生产，所以根据其特有的生产方式，在采油技术上需要有一套适应其生产的模式。针对这一点，提出了滩海区域的数字化采油控制系统。

【关键词】海洋石油 滩海 数字化

浅海石油开发公司由于自身开发区块处于滩涂区域，并承担了海上人工岛的油气生产任务，就具有了滩海油气开发的特点[1]。这就需要有一定的自动化水平来提高运行平稳性及安全可靠性。本系统设想完成以下几个目标：人工岛油井可实现远程关井操作，为海上油井安全生产提供保障；人工岛油井实现电潜泵的远程运转速度调节控制，滩涂油井实现示功图的测量和绘制及井口各压力的测量和远传工作，提高滩海油井生产管理水平，有效减轻工人劳动强度[2]。

1 设计思路

人工岛自动监控系统：采用TCP/IP服务器通信模块，将其与无线传输模块相结合，将采集到的现场生产数据直接转入到公司局域网中，通过Profibus通信协议，使工控机与大功率变频器进行连接，可以对井下潜油泵的生产过程进行实时监测，又通过各种嵌入式通信协议，在对生产参数进行遥测的同时，还能对变频器的各参数进行远程控制。

滩涂有杆泵井数字化采油系统：利用微机电传感技术、软测量技术、嵌入式计算机技术和短距离无线电数据通信技术，实现了示功图数据的定时遥测、实时遥测工作；采用的非接触式微机电传感技术和软测量技术替换通常采用的接触式油杆长度测量技术，实现了油杆长度和泵压力的同步测量、数据处理和无线传输[3]；通过集成大量技术人员的工程经验，利用专家系统、智能方法理论、计算机技术和通信网络技术，实现了示功图图形数据的智能自动分析。

2 测控系统组成2.1 人工岛部分

人工岛油（气）井的数字化采油系统由陆基基地主控系统和人工岛测控系统组成，其中人工岛测控系统由油（气）井参数监测单元和潜油泵电机监控单元等组成。陆基基地主控系统以小型服务器计算机为核心构成，实现陆上技术人员对海上现场各生产参数的远程监测以及实时控制，通过WEB软件将监测画面共享，使有权限的管理人员可以浏览监控画面。

2.2 滩涂部分

本设计系统由陆基基地主控系统和油井示功图遥测系统组成，油井示功图遥测系统由油井生产监测单元部分组成。

油井生产监测单元：由示功图数据采集单元、油井专用嵌入式工控机单元、示功图无线网桥单元、液位测量网桥单元和无线电台等部分组成。

示功图数据采集单元：包括示功图专用采集器和示功图通讯接收器。

3 现场应用实施情况

3.1 人工岛完成了以下的工作

（1）完成在人工岛油井井口做各压力数据的实时采集遥测工作；

（2）通过修改变频器参数，实现人工岛油井的潜油泵电机的远程调速控制。

3.1.1 人工岛油（气）井的数字化采油系统

人工岛现场部分测控系统由油（气）井参数监测单元和潜油泵电机监控单元组成。根据人工岛安全规定的特殊要求，油井井口各参数数据的传输线不能在人工岛上铺设，因此我们采用了无线和有线相结合的混合传输方式。图1为人工岛监控系统的结构框图。

图1 人工岛油（气）井的数字化采油系

统

3.1.2 油（气）井参数监测单元

油（气）井参数监测单元安置于井口旁，负责采集油（气）井的油压、套压和回压等生产数据，包括压力传感器、油（气）井参数采集工控机和无线传输模块等部分。嵌入式工控机与压力传感器和变送装置进行互连，实现油压、套压和回压等参数的采集，并可以通过短距离无线传输网络传送给位于人工岛办公楼内的主工控机，进而通过公司网络传送到陆上基地主控中心，完成油（气）井生产参数的陆上实时监测。

3.1.3 潜油泵电机监控单元

通过Internet网络、CAN工业现场总线网络和Profibus工业现场总线网络与控制潜油泵电机的大功率变频器进行连接，通过Profibus通信协议软件和一系列网关软件和控制软件与嵌入式计算机硬件可以实现陆基基地主控中心与变频器的通信，相关工作人员可完成对井下潜油泵生产过程的实时监测与控制。

3.2 滩涂采油井站完成了以下的工作

（1）在滩涂采油作业区油井上实现了示功图数据的定时遥测、实时遥测工作；

（2）采集泵井动态液面液位数据，实现井液位的远程监控；

（3）基地主控中心智能软件分析系统在已采数据的基础上实现基于示功图图形数据的有杆泵工况初步自动分析。

3.2.1 滩涂有杆泵井的数字化采油系统由陆基基地主控系统和油井示功图遥测系统组成

油井生产监测单元包括示功图数据采集单元、油井专用嵌入式工控机单元、示功图无线网桥单元、液位测量网桥单元等部分。示功图数据采集单元包括示功图专用采集器和示功图通讯接收器，采用非接触式微机电传感技术和软测量技术，实现油杆长度和泵压力的同步测量、数据处理和无线传输。示功图专用采集器安装于悬绳器上，可以测试载荷、位移、冲程、冲次和时率等生产参数，采用低功耗无线传输，取代传统的机械传动和拉线联动测试位移方法[4]。

油井数字化采油系统的陆基基地主控系统与滩涂有杆泵井的数字化采油系统的陆基基地主控系统集成为一个系统。该系统由VB程序语言开发，画面简洁，操作简单，功能强大，运行稳定。

4 结论

（1）开发了基于石油工业背景的嵌入式工业控制计算机；

（2）开发与研制了以工业现场总线和无线网络为基础的混合网络传输控制系统；

（3）开发与研制基于网络技术的智能检测技术与智能控制系统；

（4）实现了有杆泵井动液面的远程数据监测和电泵生产参数的远程监测与控制。

参考文献

[1] 顾永强，王学忠，刘静.海油陆采：浅海高效之路.中国石油企业，2007（5）：46-46

[2] 赵立娟，丁鹏.基于集散递阶管控的滩海油田测控系统.计算机工程，2004，30（5）：170-172

[3] 陆德民，张振基，黄步余.石油化工自动控制设计手册.3版.北京：化学工业出版社，2000

[4] 唐建东，吴利文，刘松林.无线监测示功仪的研制与应用.石油机械，2006，（9）