苏里格南作业分公司数字化气田设计与实现

唐瑞志

中国石油长庆油田苏里格南作业分公司 （陕西 西安 710018）

随着油气田工业的发展和工业自动化水平的提高以及网络通信技术和SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统的广泛应用，气田数据采集逐渐从人工记录过渡到自动化采集，数据传输逐渐从电话上报过渡到网络传输，数据监控逐渐从站场监控过渡到远程中心监控，整个气田生产、建设、安全管理由传统方式向数字化方向发展。中国石油长庆油田苏里格南作业分公司（以下简称苏南公司）自试气生产以来，完成1座监控中心、1座阀室、2座集气站、34座井丛、308口单井数字化建设工程，涵盖生产数据采集、电子巡井、场站实时监控、应急管理、数据分析、数据整合、数据共享等内容，实现“同一平台、信息共享、多级监视、分散控制”。

1　苏南公司数字化实现的功能

苏南公司数字化实现了以下功能：实时动态监测；全程网络监视；多级远程关断；远程自动排液系统；紧急安全放空；设备自动启停；智能安防监控；报表自动生成。

2　数字化气田的设计与实现

2.1　自动控制系统

2.1.1苏南公司自动控制系统建设及运行思路

苏南公司控制中心设SCADA控制系统，完成整个苏里格南气田区块所属集气站、井丛和干线阀室的监视、管理和控制，建立全区块的数据库，并根据气田生产状况完成对各集气站及井丛的管理调度[1]。除此之外，苏南公司控制中心SCADA控制系统还接收苏里格第五天然气处理厂集气区苏南区块来气的湿气交接计量数据和天然气组分数据，以及其配气区的产品气计量数据和天然气组分数据。SCADA作为整个苏南公司自动控制系统核心，由2座集气站及其所辖井丛、1座中间阀室内的CONTROL WAVE冗余控制器组成下位机，以集气站和控制中心的PKS服务器为上位机，各节点间以光纤通讯连接搭建（图1）。

图1　苏南公司自动控制系统网络结构图

2.1.2苏南公司集气站站控系统

苏南C1集气站及苏南C2集气站设站控系统SCS（Station Control System），实现集气站、井丛运行数据进行采集、动态监测，对集气站、井丛设备进行远程控制。苏南C1集气站、苏南C2集气站站控系统接收所辖各井丛RTU上传的生产数据，同时完成集气站内主要生产过程参数进行监视、控制和报警[2]。站控系统通过专用通信光缆，采用RJ 45接口TCP/IP协议将集气站和所辖井丛的生产数据，上传苏里格南区块中心管理站SCADA中心控制系统，并接受SCADA中心控制系统下发的操作指令。SCADA中心控制系统将相关生产数据上传长庆油田公司生产管理系统，长庆油田公司生产管理系统只接收苏里格南区块的生产数据，不下发操作指令。

2.1.3井丛自动控制系统

建设一座自动化、智能化、现代化大气田，作为整个苏南公司数字化系统基础构架，前端数据采集与处理显得尤为重要。根据苏南项目ODP规划，各井丛、井口和无人值守的阀室设SCADA系统远程终端装置（RTU——Remote Terminal Unit）。各井口RTU完成对所在井口的数据采集、流量计算、存储和控制，而且将有关信息采用RS 485接口MODBUSFORRTU协议传送给井丛RTU，并接受SCADA中心控制系统和集气站站控系统（SCS）通过井丛RTU下达的命令。各BB9、BB9′井丛RTU接收所辖各井口RTU上传的生产数据，并完成对所在的井丛生产过程参数进行监视、控制、报警。同时采用RJ 45接口TCP/IP协议将生产信息传送给集气站站控系统（SCS），并接受SCADA中心控制系统和集气站站控系统（SCS）下达的命令。干线阀室RTU监控干线阀室和清管站的生产数据,通过专用通信光缆，采用RJ 45接口TCP/IP协议将数据上传苏里格南区块中心管理站SCADA中心控制系统[3]。

目前，苏南公司所有井丛均能实现“动态生产数据实时监测、视频监控系统远程监视、功放系统正常运行、风光互补系统正常供电（BB9井丛）、截断阀及电动阀远程切断、注醇泵远程关断”等功能（图2）。

图2　苏南公司单井流程图

2.2　通讯系统

2.2.1苏南公司通讯系统架构

苏南公司数据传输全部采用光纤通讯，BB9井丛数据采集处理后，通过四芯光缆传输至BB9′，再通过BB9′与集气站之间的八芯光缆进行通讯。集气站之间采用六芯光缆进行传输链接，苏南C1站与控制中心之间通过十二芯光缆进行数据传输[4]。控制中心通过10GSDH与长庆油田公司骨干环网进行链接，将生产数据、应急抢险、视频监控、生产报表、动态分析、车辆调度等相关数据及信息传输至长庆油田公司数字化生产指挥系统。

2.2.2视频通讯系统

井丛摄像机视频信号通过同轴视频电缆上传至视频服务器，变焦控制信号通过电缆上传至视频服务器，视频服务器将信号以TCP/IP协议通过RJ 45井口经ONU通过光缆上传至苏南集气站的OLT终端设备，使用EPON无源光通信的方式实现井场数据及视频信号的传输，数据宽带≥10Mbps，来实现井丛与集气站之间的通讯[5]。井场扬声器通过视频服务器的音频接口传送提醒、警告等信号。

2.3　苏南公司数字化生产指挥系统

2.3.1苏南公司数字化生产指挥系统简介

苏南公司数字化生产指挥系统是按照“软件标准化、应用智能化、功能模块化、维护便捷化、决策数字化”建设思路，集油气集输、安全环保、重点作业现场监控、应急抢险、辅助生产保障为同一平台的运行指挥系统。主要负责对数字化前端传来的实时数据进行汇总、分析和处理，并将一部分实时数据转变成管理数据，提供给不同岗位的管理人员。作为苏南公司数据集散中心，并将相关数据上传至长庆油田数字化生产指挥管理系统。

目前，随着数字化建设的全面推广以及技术的日益成熟，苏南公司的数字化基础设施也具有了一定规模。建设在井场、集气站以及阀室等生产现场的自动化仪器对生产的实时数据进行收集，并转变成管理数据，通过数字化生产指挥系统输送给各个岗位的管理人员，有效地提高生产效率，促进了生产现场精细管理。

2.3.2苏南公司数字化生产指挥系统架构

苏南公司数字化生产指挥系统分为生产运行调度系统、安全环保监控系统、应急抢险指挥系统、生产辅助保障系统4大板块，测井、录井、试气、天然气生产、集输、生产日报、车辆管理、应急管理、设备台账、视频监控、场站检修等47个子版块，涵盖地质学、钻井、地面建设、生产运行、检修技改、材料出入库等产能建设及生产运行管理内容，分为长庆油田公司、苏南公司、作业区3级生产指挥管理系统。

3　数字化实施的成果

苏南公司数字化管理的实质，就是将数字化与劳动组织架构和生产工艺流程优化相结合，按生产流程设置劳动组织架构，实现生产组织方式和劳动组织架构的深刻变革；把苏南气田数字化管理的重点由后端的决策支持向生产前端的过程控制延伸。

3.1　提升管理水平

在苏南公司监控中心构建了数据监控、远程控制、智能安防、数据管理、异常报警等功能。监控中心不仅能实时对作业区生产数据以及生产运行进行监视和控制，还可对所辖站的各种运行参数进行预警和报警，并进行相关的管理，实现了监控中心的数字化管理，提升了苏南气田整体管理水平。

3.2　提高劳动生产率

苏南公司数字化建设带来的是管理模式的变革，推进了传统条件下组织劳动构架的改变。在气井巡井、井站紧急截断放空等操作中，减少了一线操作员工的用工数量和工作时间，从而减少生产定员，缓解人力资源压力，降低运行成本，大大提高了苏南气田每一个环节的管理效率。

参考文献：

[1]何克中,李 伟.计算机控制系统[M].北京:清华大学出版社,2000.

[2]刘金琨.先进PID控制及其MATLAB仿真[M].北京:电子工业出版社,2004.

[3]胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社,2001.

[4]于海生.微型计算机控制技术[M].北京:清华大学出版社,1999.

[5]姜长生.智能控制与应用[M].北京：科学出版社，2007.