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   活動(dòng)鏈接：2012年控制網(wǎng)技術(shù)專題---實(shí)現(xiàn)石油與化工的信息化
   活動(dòng)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(xiàng)目基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線遙感遙測(cè)技術(shù)、先進(jìn)通訊技術(shù)、計(jì)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(dòng)化軟件和工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)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(diǎn)與管線布置，顯著的降低采油生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)采油生產(chǎn)管理自動(dòng)化、信息化、智能化。

   1 項(xiàng)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(jì)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(jí)控制、兩級(jí)管理”的模式進(jìn)行生產(chǎn)管理。每一層級(jí)的控制，都需要大量的人員跑現(xiàn)場(chǎng)、抄表，效率低下，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、員工工作負(fù)擔(dān)重；同時(shí)，地面集輸系統(tǒng)站點(diǎn)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(xiàng)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(jì)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(shí)施的方式，組織開展綜合研究，重點(diǎn)做好示功圖求產(chǎn)與單井計(jì)量、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集與傳輸、注水井的遠(yuǎn)程自動(dòng)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(chǔ)層、應(yīng)用層三級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)層級(jí)使用亞控科技對(duì)應(yīng)的相關(guān)軟件產(chǎn)品，完成對(duì)中石油各石油開采生產(chǎn)單位的實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)及圖像監(jiān)控及對(duì)各類生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(dòng)與設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接，通過解析設(shè)備的通訊協(xié)議，讀取設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)組態(tài)系統(tǒng)的授權(quán)檢驗(yàn)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(gè)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(yàn)、設(shè)備控制確認(rèn)過程組態(tài)、系統(tǒng)實(shí)時(shí)歷史狀態(tài)分析等功能。

   （3）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

   在調(diào)度控制中心的工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上部署工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)KingHistorian，用來存儲(chǔ)海量的、具有時(shí)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(huì)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(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)KingHistorian可實(shí)現(xiàn)先進(jìn)靈活的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(diǎn)。

   3 數(shù)字化油田與最佳生產(chǎn)實(shí)踐管理

   系統(tǒng)提供專業(yè)的石油采油分析功能，提供針對(duì)于采油設(shè)備的專業(yè)示功儀數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、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(dòng)分析

   系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采油生產(chǎn)實(shí)時(shí)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(cè)。系統(tǒng)將示功圖、電流圖原始數(shù)據(jù)在工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理與控制的自動(dòng)化與信息化。

   分析主要診斷結(jié)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(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(dòng)分析一直以來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年組建開發(fā)隊(duì)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(jì)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(shí)展示從抽油機(jī)功圖數(shù)據(jù)所分析得到的實(shí)時(shí)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(bào)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(dòng)分析，能夠及時(shí)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(dòng)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(bào)警。

   按照故障的類型以及嚴(yán)重程度，功圖報(bào)警分成三級(jí)。一、二級(jí)報(bào)警會(huì)聲光提示監(jiān)屏人員，三級(jí)報(bào)警直接入庫(kù)，不做提示。

   （3）功圖計(jì)量

    功圖計(jì)產(chǎn)同樣因?yàn)橛筒貭顩r多樣，對(duì)于低產(chǎn)油井等情況計(jì)量準(zhǔn)確率差，目前沒有得到廣泛認(rèn)可的求產(chǎn)計(jì)量算法。亞控的功圖計(jì)產(chǎn)算法是針對(duì)單次實(shí)時(shí)功圖的瞬時(shí)產(chǎn)量，用一個(gè)當(dāng)前測(cè)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(yáng)程可得出一個(gè)周期的產(chǎn)液量。再結(jié)合開停機(jī)時(shí)間可以計(jì)算當(dāng)天油井產(chǎn)量。主要特點(diǎn)如下：

   根據(jù)實(shí)時(shí)功圖計(jì)算抽油井實(shí)時(shí)產(chǎn)量；

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

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

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

    功圖計(jì)量展示對(duì)功圖計(jì)量分析后的單井產(chǎn)量和設(shè)備采集的數(shù)據(jù)按照時(shí)間和一定周期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過時(shí)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(jì)量展示示意圖

    功圖數(shù)據(jù)處理

    按照采油井分類按時(shí)間順序把載荷和沖程分開存儲(chǔ)在工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，載荷、沖程各對(duì)應(yīng)一個(gè)工業(yè)庫(kù)的變量，利用工業(yè)庫(kù)1024字節(jié)的“變長(zhǎng)二進(jìn)制”類型數(shù)據(jù)保存，可以保存長(zhǎng)期數(shù)據(jù)。使用時(shí)首先解析為多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)。

    同時(shí)對(duì)于如此龐大的數(shù)據(jù)，工業(yè)實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)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(shì)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)中讀取大規(guī)模的功圖信息，查詢反應(yīng)時(shí)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(shí)施提供技術(shù)知識(shí)和信息保障，為實(shí)現(xiàn)采油生產(chǎn)最佳實(shí)踐分析提供有力工具。

    3.3 設(shè)備在線運(yùn)維

   能對(duì)設(shè)備的在線運(yùn)維，實(shí)時(shí)感知才能稱作物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。亞控科技統(tǒng)一的設(shè)備管理平臺(tái)（數(shù)據(jù)采集平臺(tái)KingExchange）實(shí)現(xiàn)任意地理位置可對(duì)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(shí)將對(duì)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(yàn)及更換電池的。一口油井一般配有十個(gè)傳感器，一個(gè)采油廠一般有2000~4000左右口井。以一個(gè)具備2000口井的采油廠進(jìn)行計(jì)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(tái)支持設(shè)備的自動(dòng)在線更新。每個(gè)變送器、傳感器以及RTU都擁有自己的RFID?，F(xiàn)場(chǎng)變送器、傳感器或者RTU設(shè)備增加或者退出時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員使用手持終端對(duì)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(kù)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(kù)中的除去。

    在本平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)變送器、傳感器異?；螂娏坎蛔銜r(shí)自動(dòng)向系統(tǒng)上報(bào)的功能。系統(tǒng)可快速定位到具體的站點(diǎn)、設(shè)備，無需再進(jìn)行拉網(wǎng)式的檢修排查，這對(duì)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(dòng)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，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(dòng)判斷煙情、火情、物品看管、遺留物檢測(cè)、目標(biāo)種類識(shí)別、人體行為檢測(cè)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)智能錄像等系列的智能自動(dòng)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，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(yīng)用。

    本系統(tǒng)還有一個(gè)效果：平時(shí)攝像頭按照常規(guī)進(jìn)行存檔刪除，而對(duì)于出事的記錄，把SCADA系統(tǒng)報(bào)警前后的一段時(shí)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(diǎn)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(dòng)化博覽》2012年第七期