PLC控制系统在数字化油田上的应用

孙 虎，桂宏飞

（中海石油（中国）有限公司渤中作业公司，天津 300450）

1 数字化油田建设的现状

数字化油田建设能够提供企业长期发展后备动力，是企业核心竞争力的保证。数字化油田建设所涉及的工程内容包括企业劳动组织架构改革、生产组织形式改良以及管理程序优化等。通过在企业内部进行全方位的变革，从企业未来发展的主体角度进行思考规划，从而实现数字化过程中各要素的高效配置，协调技术、劳动力以及人才等各要素，因而油田数字化建设作为一项系统工程，是企业建设发展的长期目标。当前随着大数据技术在油田数字化建设中应用，深入研究分析大数据技术的基础上，确保工作的效率以及质量的提升，是当前诸多油田企业面临的重点问题。大数据技术的应用过程中，其决策的环节可能因为各种问题而出现中断的情况，主要的影响原因在于大数据的基础数据库资源完善性不足，因而无法满足现实的需要，因而在应用大数据的过程中，需要构建系统、完善的油田基础数据资源，确保其在油田数字化建设过程中的应用效果。

近些年来，数字化油田建设成效非常显著，随着物联网、云计算等项目的开展实施，使得数字化油田建设已经从分散向集成化过度，而这一任务的完成，与现代化的管理模式革新密切相关，数字化油田的推广以及普及，是实现其开发管理一体化体制建设的关键，是油田企业未来可持续发展的关键，能够提升企业的核心竞争力。随着现代信息技术的发展，从“互联网+”的发展战略视角来看，数字化油田逐渐智慧化，优化建设能够降低工作人员的压力，提升企业的经济效益，对于社会发展大有裨益。

2 PLC控制系统特点分析

PLC是指可编程逻辑控制器，在整个工业生产流程中，作为一种能够实现工业控制的电子计算模式，具有显著的特点。

2.1 高性价比

相较于传统模式下的继电器系统，PLC有着价格成本优势，其造价更加低廉，且整个控制系统，形成了大量的编程单元集成，以此为基础能够实现系统的控制功能。将PLC技术与通信技术相结合，可以进行系统的集中管理以及分散控制，整体的性价比相对较高[1]。

2.2 使用便捷

PLC主要是通过丰富的编程语言来实现其功能，在应用过程中，其语言的形式比较简单，逻辑类型图比较清晰，在实际进行编辑的过程中，规律性较强，因而对于较多的人而言，通过简单的学习能够掌握基础知识，且没有计算机编程基础的工作人员也能够掌握PLC编程的精要内容。

2.3 标准化生产

对于PLC控制系统而言，其主要是通过多种零部件联合，形成完整的标准化控制体系。对于整个PLC系统，通过各种零部件系统应用来实现生产能力的标准化。用户可以根据自身的控制需要，来进行PLC系统的设置调节，从而实现多种功能的控制。

2.4 维护便捷

PLC控制系统在实际应用的过程中，其修改程序比较完备，且系统的设计水平相对较强，因而在实际的应用过程中，可靠性以及稳定性较高。在系统运行的过程中，PLC能够针对各种故障有效调试，在应用过程中，维修保养非常方便，且整体效率较高。

3 PLC在数字化油田生产中的应用形式

3.1 PLC与无线技术的结合

信息化整体架构生产过程中，以生产的基本单位为前端，形成井、管线生产流程的控制系统，实现数据采集、过程监控以及动态分析的过程。因油田特殊的地理位置原因，其交通通信设施相对较为落后，而无线局域网技术建设能够实现数据通信，具有应用便捷、维护方便、成本低廉等多方面的优势[2]。

3.1.1 无线监控系统

在油田开采的区域内，在生产现场设置无线监控点，油田总控室设置系统的中心基站。同时选用优波来进行高增益天线的配置，应用点对多点的无线连接的方式，来实现油田总控室以及各监控点之间的无线传输主链路连接，无线通信设备以及现场的PLC有效结合，能够将生产现场数据、运送实时数据以及设备运转数据等实时动态传输，提供采油生产调度单位有效资料。

3.1.2 数据采集系统

通过在油田采油平台设置抽油机井，在配电箱的位置配置PLC设备，其箱体主要采用镀锌槽钢在油井钢筋混凝土的底座上固定，而PLC用电取自平台的配电箱，同时从平台配电箱获取各种电机的综合数据作为参数，通过无线传导的形式获取载荷以及位移传感器信息。在室外主要通过各种传感器以及PLC控制器，借助仪表保温套进行保温，平台的所有数据采集在PLC处集中，最后通过IP接口向平台的无线通信模块汇集，向油田处理中心接入[3]。

3.2 PLC控制系统在石油计量中的应用

当前我国的石油行业纳入了PLC控制系统，以人工间歇的计量方式，实现整个计量过程的智能化，通过相关程序的控制，定时对油井进行循环计量，分析油井的油、气、水的三相数据，在计量的过程中，通过PLC控制系统能够对油井的工作状态进行分析，分析判断的基础上，如果PLC控制系统不工作则可以将此油井跳过，然后进行下一个油井的计量工作。同时PLC控制系统具有较为简单友好的操作界面，整体的运行稳定性较强，便于进行实时监测，同时能够提升油田的计量效率。

3.3 PLC控制系统在油田生产水处理中的应用

油田在进行开发时，通过成套的PLC控制系统进行生产水的处理，能够将油田作业生产水充分处理。一旦发生了生产水处理设备的故障时，通过自动检测以及诊断系统，将监测故障的位置置于控制中心界面处，根据自动监测的结果判断故障发生的准确位置，随后采取对应措施展开维修，从而确保油田的生产水及时科学地处理，降低了对于环境的污染，使得企业的经济效益全面提升。

生产水处理装置的主要构成系统包括一系列PLC控制系统，完成数据收集、控制，同时将所有的数据信息内容向控制室传输，建立操作人员以及以太网连接，从而进行数据传输。通过自动反冲洗装置能够将生产成本降低，从而将工人的工作量降低，提高工作效率，改善工作环境，通过建立自动反冲洗控制系统来实现控制。系统的构成主要包括操作员站、生产水处理控制系统、外围反冲洗水泵以及电动阀门等，而滤灌的过滤装置为自动控制装置，滤灌能够控制进水、出水以及电动阀等，如果达到规定的反洗时间，通过系统装置能够自动进行反冲，在关闭进出水管的电动阀后，将反冲洗水泵打开，控制反洗水量，自动开启罐反冲洗进、出水阀，充分搅拌反洗共用时20min，随后电动阀复位，完成正常过滤过程，整个反冲洗的过程不断进行。

4 PLC控制系统在数字化油田上的应用效果

当前数字化油田有着更加广泛的应用，能够显著提升管理成效，且各项指标呈现稳定上升态势，通过数字化技术可以提升油田的生产质量以及效率，完善企业数字化建设，数字化技术多方面的有效应用，使得油田建设体系逐渐全面化、系统化，综合效益也显著提升。

4.1 数字化管理效益突出

油田数字化建设不断推进的过程中，其数量持续增加且建设规模不断扩大，石油企业的集输工艺、机采工艺等也持续改进，通过网络数字技术分析单井荷载数据变化状况，同时根据电量数据进行数据的搜集处理，可以提供决策参数支持，同时也能够严格控制抽油机的用电量，通过远程控制技术，来实现企业管理的转型，从定性管理到定量管理过度。在为应用PLC进行数字化油田建设之前，企业的能耗相对较高，而通过对各个环节的精细化管理，获得了较为显著的成效，如将精细化管理应用到集油环掺水量管理中，其掺水量持续减少，从而可大幅节省成本。而在供电网络管理系统中应用数字化技术，能够通过智能型网损管理功能，维持最佳的电网运行状态，通过开关进行电网的故障查找，节约了故障修复的时间，确保供电能够安全、持续进行。而通过预警感知以及提醒系统，能够及时发现问题，同时将存在的故障内容向相关部门发送，根据提供的信息参数来制定解决对策信息，通过网络技术进行数据信息的实时共享，从而使得各项决策更加高效科学，生产管理过程完全发生转变，由事后处理向事前预控以及事中监测过度，从而提升整体的管控质量。通过油田的数字化管理系统，进行架构的完善处理，使得人员安排更加精简，各个班组的划分以功能为依据，相较于传统的工作模式，能够使得工作流程更加精化，形成一种高效的配合模式，将集中远程管控与站库二级布控相结合，将指挥中心作为系统管理体制，来进行生产劳动组织的优化，也能降低劳动强度。

4.2 提升油田管理效率及质量水平

通过PLC进行数据信息的共享，能够充分掌握生产动态状况。在完成数字化建设后，可以将企业数据由非连续性的数据点向连续性的数据点转变，管理人员根据前线的生产运行状况进行实时监控，改变传统站间数据信息定期巡逻检查的方式，通过数字化技术能够进行定期数据录入，各项信息通过网络获取上传，能够防止因为人工记录而导致的误差，将企业的生产运行状况，通过连续的信息流反映出来，管理人员通过预警感知系统、电子巡检系统来了解数据信息，明确前线的生产详细情况。应用PLC进行数字化油田建设，还能够提升生产管理单元的劳动效率，企业的生产管理模式实现了自动化，改变了以往重复复杂工作的局面，提升了企业员工的工作积极性，工作质量以及效率也得到了提升。以往未应用数字化油田进行生产前，站间的关键生产单元需要专员来组织生产，定期进行油水井的巡查，而通过数字化控制，能够改进站间的管理模式，建立起更加先进的管理体制。

5 结语

当前随着社会技术革新，信息化技术逐渐向各个领域渗透，自动化技术在油田行业的应用，能够加速企业的升级发展。通过PLC系统在油田数字化建设中的应用，能够利用其控制系统兼容性的优势，充分发挥操作控制中的价值，使得一些程序操作更加便捷。在生产作业过程中加以应用，维持油田的整体安全生产水平，通过针对生产过程中的各个基本单元生产状况的实时监控，能够发现生产过程中存在的各种问题，同时提供有效的解决方案。因此，PLC系统在数字化油田建设系统中具有重要价值，其应用前景十分广阔。