PLC在油田数字化建设中的应用研究

赵良波

（大庆油田有限责任公司第一采油厂数字化运维中心，黑龙江 大庆 163000）

近几年我国的石油开采技术发展迅速，石油开采过程中融入了各种自动化技术，导致油田企业自动化控制程度也进一步提升。PLC是现阶段最先进的工艺技术，而且已经广泛应用于油田的各个领域，例如污水处理、转油脱水站监测、中转站油计量。在PLC技术加持下，油田开发效率得到了大幅度提升，而且也促进了油田自动化、智能化发展，使油田更能满足新时期下社会的需求。

1 油田数字化建设现状

数字化建设能为油田企业提供核心竞争力，是油田企业长期稳定发展的关键力量。油田数字化建设相当于一项复杂改革，改革的内容不仅是在管理模式上，还要在生产组织形式上做出改变，使新架构得以执行。先在企业内部找到改革方向，根据企业未来发展方向，制定改革方案，达成数字化管理，不但需要对现有人员进行重新分配，还要组建新的管理架构，使每项新进技术都有发挥空间，完成好新项目和人才分配，数字化建设是油田企业建设发展的长期目标，需要不断更新技术，克服多个难题。现阶段大数据技术越来越先进，几乎每个行业都可以应用它，油田数字化建设也不例外，早在好几年前就开始融入大数据技术，因为它会使整个建设过程变得更高效。应用大数据技术会遇到许多难题，例如即将做决策时往往容易发生中断。分析中断原因会发现，大数据技术会受基础数据库资源完整性所影响，基础数据库里的各项数据无法在日常工作中完成收集时，决策的合理性就会打折扣。因此必须完善油田基础数据资源，使大数据技术为油田数字化建设发挥出应有效果。

2 PLC特点分析

PLC通常被认为是可编程逻辑控制器，是新型电子计算模式，在整个工业生产流程中，帮助系统完成工业控制的核心组件。

2.1 使用便捷

PLC可以实现许多功能，依靠的都是其丰富的编程语言。在实际应用过程中，由于逻辑类型清晰，语言形式单一化，在对其进行编辑时，可以套用以前的公式，因此有助于更多的人完成编辑。掌握PLC编程并不需要很强的专业知识，即使没有计算机编程基础的工作人员，只需要经过简单的学习，就能掌握那些有规律可循的命令组。

2.2 维护便捷

PLC的修改程序在设计之初就比较完备，系统的各个环节设计水平都很强，因此在日后的应用过程中，拥有较强的安全性和稳定性。随着运行时间增长，肯定也需要维护保养，PLC的优势是日常运行时可自行调试，检测可能发生的故障，因此运行稳定性高，工作效率也更强。

2.3 高性价比

PLC相比传统的继电器系统，具有更强的性价比，因为其不仅制作成本低，且售价也更便宜。PLC将整个系统分成若干个集成单元，这些集成单元都可以被编程，因此通过集成单元可以实现系统的控制功能。PLC技术融入通信技术后，不仅可以实现系统的集中控制，还能实现各环节的分散管理，使得PLC更具性价比。

2.4 标准化生产

PLC本身是由多个零部件组成的，为了拥有完整的标准化控制体系，各个零部件必须拥有统一的组装标准。零部件系统的标准化生产，使得PLC更加稳定，用户对PLC的功能有自己的选择，根据功能去完善PLC的设置，使功能可以更加便捷。

3 PLC在油田数字化建设中的应用形式

3.1 PLC与无线技术的结合

将PLC技术与无线技术相结合，将前线生产单位设置为前端，监控系统上位机为后端，由井、站和生产管线组成工艺流程的控制系统，不仅能够完成数据采集，还能做到实时监控，通过采集的数据生成示功图，实现开采过程中的动态分析。油田往往都建立在特殊地理位置，因此无论交通还是通信都相对落后，而通过无线技术将各个井和站紧密连接起来，运用PLC技术实现开采数据实时通信，而且PLC本身具备高性价比、维护便捷、标准化的优势，因此在油田数字化建设过程中，需要建立完善的无线网络。油田无线组网如图1所示。（1）数据采集系统。油田采油平台对抽油机井位置进行设计，然后在配电箱位置加装PLC设备，利用镀锌槽钢的特性，可以用于制造PLC设备箱体，最后将箱体通过简易安装，固定在油井的钢筋混凝土底座上。抽油机配电箱不仅为PLC的供电，还能提供电机综合数据，为PLC编程提供参考。PLC还通过无线模块，将收集到的位移传感器信息和载荷传感器信息，传输至上位机控制系统。野外环境恶劣，PLC控制器、载荷传感器和位移传感器所在箱体，需要进行保温，通常是利用仪表保护套。PLC在完成各项数据采集后，会通过IP接口和无线通信模块，将数据传输到油田处理中心。（2）无线监测系统。油田开采区域内存在多个油井和站，这些地点都需要设置无线监控点，油田公司总控制室应为无线监测系统中心基站。为提升无线传输稳定性，应选用高增益天线，然后设置好优波，整体无线连接方式多数采用点对多点，因此需要维护好油田总控室和各监控点间的链路，只有配置好无线通信设备，同时设置好PLC，才能将生产现场的全部数据传输至中心基站，为了提供给采油生产调度的资料更加准确，还需要将生产现场实时情况，包括完整的设备运转动态数据也传输至中心基站。PLC无线监测系统拓扑图如图2所示。

图1 油田无线组网拓扑图

图2 PLC无线监测系统拓扑图

3.2 PLC在油田生产水处理中的应用

PLC在油田开采过程中，可以集中对生产水进行处理，将未达标的生产水传输至污水站进行过滤等操作，将达标的生产水回注到油层。生产水处理设备在使用过程中难免会发生故障，但PLC拥有自检功能，可以及时发现并诊断，监测故障的位置出现在控制中心界面后，PLC会根据自检结果，对故障发生位置做出准确判断。同时分析出故障原因，及时下达维修指令，确保油田生产水处理系统可以一直稳定运行，有效提高了企业生产效率，还降低了污染周边环境的风险。

生产水的处理不能仅靠简单几个设备，要构建一个完整的PLC系统，通过这个系统来完成各项任务，包括数据采集和数据传输。数据采集模块和数据传输模块是这个系统的核心部分，根据传输回来的数据，进行自动判断，选择合理的应对方法。比如当需要进行反冲洗时，先判断水质质量，然后传递给反冲洗装置，完成反冲洗操作，不但极大的减少了工作人员的工作量，还使工作时间大大缩短，真正做到了提高工作效率。生产水处理系统可以划分成几个部分，分别是电动阀门部分、反冲洗泵部分和上位机控制部分。进行反冲洗的步骤是关闭进水电动阀，启动反冲洗泵，根据冲洗量调节冲洗瞬时，打开反冲洗进水阀，充分冲洗后，打开反冲洗出水阀，电路阀进行复位操作，开始执行过滤流程，反冲洗和过滤同时持续进行。

3.3 PLC在石油计量中的应用

现阶段我国部分石油企业应用了PLC技术，通过人工间歇计量，使整个计量过程变得更加智能，需要对相关程序进行编程，实现定时对计量间计量，同时计算接入的油井生产的油、气、水数据。PLC在计量过程中需要对油井工作状态进行详细分析，主要是通过示功图变化，当示功图出现归零状态时，PLC可以自动跳过此油井，对下一监测油井进行计量。PLC系统操作界面要简单且直观，方便工作人员使用PLC各项功能，实现对采出原油的实时监测，同时大幅度提高油田计量效率。

4 PLC在油田数字化建设中的应用效果

PLC在油田数字化建设过程中，发挥着关键作用，融入PLC技术后，管理成效明显提升，同时各项生产指标也在逐年提高。通过应用PLC技术，油田的数字化进程也加快了脚步，油田的生产质量及效率也在不断提升。为使油田建设体系更加系统化，需要数字化技术的全面应用。PLC技术不但可以完善企业数字化建设，还能提升综合效益。

4.1 提升油田管理效率及质量水平

在应用PLC技术后，各井和站联系的更加紧密，实现了数据共享，方便控制中心掌握生产动态。油田数字化建设过程中，企业数据不在是单一的非连续性数据点，会逐渐向连续性数据点转变，管理人员要根据采集来生产数据，判断前线的生产运行状况，调整传统巡逻检查方式，PLC技术能够实现定期数据录入，采集信息上传至企业云，通过大数据进行分析，有效防止人为导致的误差，企业生产运行情况生成信息流，通过信息流反馈，技术人员根据PLC预警感知功能，可以明确知道现场的生产状况。应用PLC技术进行油田数字化建设，有效的改变了企业生产管理模式，逐渐实现了生产管理自动化，缓解了前线单位用工压力，提升了生产管理单位的劳动效率，减少了许多复杂的工作局面，降低了工作压力，使企业员工工作积极性更高，工作效率显著提高。油田数字化建设未完成前，井、计量间和站都需要专人来组织生产，每天都需要巡井，而实现数字化后，站间的管理模式会发生改变，会应用先进的管理体制，提升工作热情。

4.2 数字化管理效益明显

数字化建设一定要从基础设施开始，先对老旧设备进行升级，使自动化设备占比越来预高，油田的开采工艺也在更新换代，单井载荷变化情况可以利用PLC技术去分析，通过采集现场数据，记录压力和电量等数据，生成示功图，根据示功图去判断现场情况，严格控制抽油机运转速度，依靠远程控制改变现有管理模式，提升管理效率。随着石油开采进入到中后期，油田的能耗越来越高，应用PLC进行油田数字化建设后，可以实现精细化管理，有效降低能耗。例如在掺水流程加入精细化管理，合理控制掺水压力和掺水瞬时，有效减少掺水量，节约了生产成本。油田供电更需要应用数字化技术，供电网络管理能使电网维持良好运行状态，组成智能电网后，可以及时发现故障，降低故障修复时间，节约维护成本。通过记录每天用电量，找出机泵最佳运行状态，通过变频调节，减少电量损耗，为油田节约生产成本。通过PLC技术使油田的各项数据可以集中汇总，将实时故障信息发给有关部门，根据传输的信息选择合理解决方案，使决策变得更加科学，生产管理过程变得更加简洁，对于安全隐患从事后处理变为预先防控，使管控质量变得更加现代化。通过油田的数字化管理系统，改变现有人员架构，更加合理的对班组进行划分，使每个班组都变得精简，简化原始的工作流程，降低员工的工作压力，使员工间能形成助力，达到高效配合的效果。将现有站库二级布控与集中监控结合起来，对系统管理体制进行优化，有效降低劳动强度。

5 结语

随着信息时代的来临，人们的日常生活已经离不开网络，自动化技术融合网络技术后，可以促进油田行业的进步。通过研究PLC在油田数字化建设中的应用，发现PLC技术存在许多优势，发挥出这些优势可以使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技术在油田数字化建设中具有重要价值，其应用前景十分广阔。