实现油井数据实时传送的SCADA监视控制系统的设计

一、系统概况

1、立项背景

与发达国家相比我国石油开采技术水平还有一定差距，目前我国的采油井95%以上是机采，大多数数据采集依靠人工完成，虽然一定程度上已建立了石油MIS信息管理系统，但油井现场的数据还不能实现无缝上传，集中采集，无法实现高效的采油调度管理。 通过建立油田生产自动化实时全过程监控的SCADA系统，使油田已建或在建信息网络向井口扩展，实现油井数据的实时传送和信息网络的无缝链接，逐步形成油田生产管理与监控一体化的信息中心，将成为油田井网监控和生产调度管理的整体解决方案。

2、油田概况

某油田高尚堡油田采油作业区位于唐海县东南约25公里处，区域面积约70平方公里。管理着7座转油站、43座计量站、5座注水站、1座联合站和一座油气处理厂。油田大多数的数据依靠人工完成，为实现整个油田统一管理和生产的自动化，通过建立ECHOSCADA系统实现油田的监视、控制和数据采集，实现联合站、油气处理厂、计量站、转油站、注水站和现场测控单元数据的实时监测，为了实现对井口设备远程的遥控，并能够对生产数据的归档保存管理等。

3、系统结构

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。由于各个应用领域对SCADA的要求不同，所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同。

目前，国外已广泛采用SCADA系统来实现对城市燃气管道的自动监控和自动保护，并已发展成为燃气管道自动控制系统的基本模式。SCADA系统的工作原理是：根据数据采集系统获得的系统运行工况参数与设计工况参数的比较结果，然后通过由调节阀和与之配套的电动、气动、电液联动或气液联动执行机构以及检测被调参数的仪表等组成的自动调节系统对某些偏离设计工况的运行参数进行自动纠偏调节。

ECHO SCADA 系统是真正的分布式数据采集与监控系统。系统上每一台计算机都是一个独立的节点，每个节点独立执行系统初始分配的任务。这种结构的优点就是不会因为一个节点的离线而影响整个网络的运行。ECHO SCADA系统通过客户机/服务器模式进行节点对节点的通讯，是网络上的节点共享数据。ECHO SCADA 系统在广域网上运行时，远程访问不同位置上的节点就如同访问本地局域网上的节点一样。测控中心是EchoSCADA系统的核心，运行EchoSCADA软件，负责现场测控单元的集中监控和系统的配置、管理、维护。硬件网络拓扑图如下：

4、软件结构

系统软件使用Windows XP平台，安装在SCADA 系统的操作站、历史数据服务器、主备SCADA服务器中，主要是考虑到该操作系统在工业控制中使用的安全性和可靠性，保证整个系统的稳定性。数据库软件选用系统数据库ORACLE9.i，安装在系统历史数据服务器中，完成系统的历史数据的存储、记录等。

ESPIDER 软件中的ESPIDER SQL/ODBC 模块能方便地将EXPIDER SCADA实时数据库中的实时数据插入ORACLE历史数据库中。

系统软件结构如下图：

二、系统分析

1、 采用先进的油田自动化技术提高油田生产效率：

提高油田生产效率，减轻油田生产人员的劳动强度，减低油田生产管理成本是EchoSCADA系统的主要目标。本系统为实现此目的实现了计量站油井远程数据采集、远程控制、远程视频监控等，为计量站油井实现无人值守打下了良好的基础，同时有助于油田生产管理减员增效。具体子系统描述如下：

ECHO监控仿真子系统：该系统是整套油田自动化系统的基础，主要实现抽油井、自喷井、螺杆泵井、计量站、转油站等的参数采集与常规控制，操作员通过友好的人机界面可在远端实现生产现场数据的巡检和日常操作等所有功能，同时本系统还提供所有参数的异常报警，使操作员以最快的速度获得现场生产的异常信息而及时进行处理，避免事故的发生。仿真子系统的典型界面如下：

ECHO计量子系统：计量子系统是ECHOSCADA系统的核心，它的核心任务是完成油井井号的选择及决定单井的计量时间，实现油井油、气、水三相自动计量。自动排序计量是操作员只要一次排好本日要计量所有的井号及相关参数，那么系统就会自动按顺序执行计量工作，不在需要操作员额外的干预。

单井量油子系统：是安控公司针对油田生产计量的需要，研发、生产的国内含游杆泵抽油机流量计算系统。适用性强：实时连续计量，保证计量结果的真实性和代表性。在油井生产后期阶段的间歇出油、间抽工作和井况变化较大的情况下，同样能够适用。 RTU与中控室的通信失败不影响产量计量的连续性和计量精度。

视频监视子系统：本系统采用的是嵌入式WEB服务器技术，现场不需要放置视频主机，工作人员可以直接用浏览器（如IE）观看浏览器上的界面。同时中控室放置两台大屏幕监视主机可同时监视32个现场的实时画面。系统还具有控制云台操作、集中与计划录象存储、对讲等功能。

2、 全面的自动化保护技术保障油田生产安全：

本套系统综合其它各兄弟油田的安全生产经验及本油田多年的生产安全技术积累，制定了比较完备的设备安全生产保护措施，具体描述如下：

计量间安全保护措施：计量间包括超压报警，可燃气体报警（转油站）、设备故障报警、超温报警等功能，发生报警时系统会自动联动设备到安全状态避免事故发生。

智能抽油机控制器安全模块：抽油机具备负荷超载/欠载报警停机功能，有效减少抽油机卡杆断杆事故的发生；同时具有油压套压超压报警功能，提示工作人员注意油井是否有瞥压的危险。

3、 高效、精细的能耗管理：

节能技术是当前油田生产非常关注并飞速发展的技术，本系统立足于冀东油田生产实际情况，有效利用现有资源，在不增加额外的节能设备及投资情况下实现精细的能耗管理。

智能抽油机控制器节能措施：智能控制器采集地下负荷功图与电流图，根据功图做地质分析，为抽油机实现抽油间抽、空抽等节能控制提供直接的参考资料，同时提供了智能间抽、空抽控制的接口。

电量使用的能耗管理：系统可以计算出抽油机电机或螺杆泵的实时功率，统计每台电机每小时、每天的有功和无功电能，提供每台抽油机的用电量。同时可根据系统采集的功率因数等分析合适的电机功率，帮助工程师合理选择电机实现能耗的精细管理。

4、 功能强大的辅助生产管理功能：

本系统开发时引入了智能生产管理概念，根据冀东油田实际生产情况和国内外油田生产管理及数据分析的先进理念与技术为冀东油田定制开发了一套油田生产信息管理系统EOPEN系统。

EOPEN功能描述：

①。具有数据采集和录入功能：可采集油井、注水井、计量站、转油站及层位、区块的动态与静态信息，并提供灵活的增加、删除、修改功能。

②。方便的查询功能：可输入时间、井号或其它关键字的模糊查询，可自定义查询条件，查询结果以文字、图行、表格的方式表示，支持WEB浏览和菜单方式查询。查询信息包括采油设施基本信息、生产信息、管理信息、告警信息等。

③。系统采用开放式结构，预留各种数据接口，方便与各种系统互联；具有方便的维护功能，和严谨的用户安全管理。

5、 高技术含量的抽油机智能分析软件：

安控依托本身技术优势和多年的油田应用工程经验，开发了ECHO油井示功图分析软件。软件根据故障智能分析提供解决对策，工程师还可以完善对策库，对每一次故障解决进行记录使软件具有自学习功能。工程师通过该软件准确快速判断油井生产情况，做出正确的解决方案。

6、 先进的信息化管理：

为了方便油田信息化管理，本系统开发了WEB发布功能，工作人员在取得一定权限后可利用WEB浏览器实时查看、查询生产信息。系统利用微软ITS新技术，遵循所见既所得的功能，除正常的页面流程等发布外，实现了趋势、报警、报表的实时WEB发布而不需要额外的数据库服务器支持，降低了系统成本。

三、结语

北京安控科技发展有限公司成立以来，承建了国内多个油田中控室的自动化系统工程，凭借安控人的高尚的职业精神和辛苦的努力与付出，为中国的油田自动化事业作出了自己的贡献。