物联网关键技术在采油厂的研究与示范应用

物联网关键技术在采油厂的研究与示范应用

1胡林华 ,1李彦芳 ,2刘,义 ,3张晓峰

1长庆油田分公司第二采油厂城壕作业区，甘肃 庆阳 7456042长庆油田分公司第三采油厂大水坑作业区，宁夏  吴忠 751500

3长庆油田分公司第二采油厂采气作业区，甘肃庆阳745106

摘要：当前，信息技术引领的新一轮科技革命正以前所未有的方式对社会变革的方向起着决定性作用。国家一直在大力推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合，建设数字中国、智慧社会。采油厂也一直着力推行可视化、自动化、数字化、智能化管理，提升油气生产管控能力和决策水平，推动生产管理方式变革，促进扁平化管理，提高人均劳动效率，积极应用物联网技术，大力推进低成本油气生产物联系统建设工作，逐步实现经营决策分析智能化、生产组织扁平化和运行实时优化，大幅度提高劳动生产率。

关键词：物联网生产监控系统厂级调度中心

1工程概况

油田根据采油厂集团公司油气生产物联网建设思路，进行优化业务流程及组织架构的调整，实现油井、采油站、注汽站、联合站数字化运行，进而提高油气生产开发与管理的效益和效果，建立起与油气生产物联网相适应的生产运行模式，以实现高效科学运行管理，目前已经在多个采油厂完成了油气生产物联网的建设。油田物联网建设最核心的内容是各采油厂生产监控系统的建设，通过生产监控系统的建设可以优化管理模式、减少用工总量、提升管控效率，推进以油气生产物联网系统为核心的生产管理新模式[1]。借助物联网技术，提高生产效率和管控能力，推动地面系统工艺优化、简化，降低地面建设投资，促进地面系统整体提效。通过视频监控、有毒有害气体监测、设备状态监测、生产参数监控以及实时报警功能的实现，提升安全、综治管控能力，保障油田生产安全、平稳运行，满足油区综治稳定的要求。本文将以笔者参与设计的辽河油田某采油厂的物联网建设为例，详细介绍物联网生产监控系统的具体建设方案。

2生产监控系统总体方案

在采油厂设1个厂级生产调度中心，作为集井站数据采集、生产监视、信息发布及生产调度指挥于一体的现代化调度中心。物联网生产监控系统主要包括SCADA系统、工业电视远程监控系统、大屏幕显示系统、信息安全系统和与之配套的供电、网络等设备，均放置在厂级调度中心。在采油厂各个作业区的调度室设置SCADA远传子站，作为作业区级生产监控中心，厂级调度中心将各作业区所辖井站生产和视频数据下发至作业区生产监控中心。通过对厂级生产调度中心、作业区级监控中心的操作站用户权限进行设置，在厂级生产调度中心实现对全厂数据的调度、运维和管理；在作业区及调控中心实现对下辖井、站生产设施实时监控、生产过程自动控制、生产环境实时监测。基础架构采取集中+分布的部署方案。

3生产监控系统的设计

3.1SCADA系统

整个采油厂油气生产物联网工程建设1套厂级监控与数据采集系统(SCADA)，实现对井场、各类站场工艺参数采集、过程监控及管理等功能。SCADA系统由井场RTU、计量站RTU、接转站站控PLC、注汽站PLC、联合站中控系统、厂级生产调控中心、作业区生产监控中心和数据传输设备组成。以厂级生产调度中心作为SCADA中心，部署SCADA服务器和大屏显示系统，各作业区调度室设置SCADA远端子站作为作业区级生产监控中心；井场仪表信号通过WIA-PA无线网络传送至接转站WIA-PA网关，各站控制系统数据通过光缆传送至厂级生产调度中心。生产调度中心、中心负责处理、存储、管理从各井站采集的实时数据，并形成数据库，同时为网络中的其它服务器和工作站提供实时或历史数据，向下辖井站下达调度指令。生产调控中心负责周期性地向各站控系统发送时间基准点来保持整个系统的时间同步，以调控中心的时间为基准。调控中心SCADA系统服务器和操作员工作站的计算机系统应精确地遵循日历日期和北京时间，并能自动调整年、月、日和时钟。

3.2大屏幕显示系统

在生产调度中心设置1套大屏幕显示系统，系统由拼接显示单元、图形控制器、控制软件、拼接墙底座等组成。LED大屏幕采用专业的网络图形拼接控制器，具有强大的网络图形显示功能，可在大屏幕系统上显示Windows、Unix/Linux、X-Windows网络图形。大屏幕显示系统可以满足远程监控系统、计算机信息、录像机、DVD、有线电视、摄像机等的视频信号的显示需要；同时可以通过网络方式显示局域网或广域网上的任意一台终端的显示信息，满足各类显示需求。

3.3工业电视远程监控系统

在整个采油厂的4个采油作业区、1个热注作业区、1个集输作业区井场平台设置视频监控。由于各作业区地理位置比较分散，各作业区监控中心距离厂级调控中心较远，因此各作业区的视频监控数据采用分布式存储，视频存储在各采油作业区监控中心，厂级调控中心及其它视频监控部门可采用远程访问作业区监控中心的方式进行视频监控数据的调看。在3个联合站分别增设视频监控，视频图像在各联合站内进行存储。各联合站设置模拟网络混合型硬盘录像机，对站内原有模拟摄像机进行整合接入A11物联网。新建视频监控系统采用基于IP的智能架构体系，采用数字前端+视频管理平台+存储服务器模式，所有的摄像前端全部采用数字高清网络型，自带智能分析功能，包括越界侦测、区域入侵侦测、进入/离开区域侦测等智能侦测功能，井站的安防周界依托视频监控的智能侦测。应适应现场的环境要求，监控摄像机前端设备必须满足室外的防护以及环境温度要求；图像编码格式应完全符合国际标准H.264编码格式，同时支持H.265编码格式。整个采油厂视频监控采用区域视频监控和单点视频监控结合的方式。通过现场踏勘及与使用单位人员沟通协调，确定摄像机设置原则，每个计量接转站及部分无人值守站分别设置1台区域激光补光云台摄像机，用于监视站内和附近井口平台。在重点井、位置偏远和有障碍物遮挡的井场平台额外设置1台红外网络球机，在计量接转站的泵房及注汽站的锅炉间设置防爆摄像机，联合站内摄像机布放位置根据实际生产需要确定。室外摄像机安装在15m监控杆上，视频图像通过传输子系统网络上传至所属有人值守站场、作业区级生产调度中心和厂级生产调度中心。

3.4信息安全系统

厂级生产调度中心生产数据通过单向网闸、利用办公网上传至油公司A11生产管理系统平台，视频数据通过网闸利用办公网上传至油公司A11生产管理系统平台实现远程调用，安全隔离内网和外网。生产调度中心与下辖井站之间设置安全防火墙，使生产调度中心系统和网络得到安全的有效的保护。信息安全系统主要配置包括：安全防火墙1套、单向网闸1台、工业安全监测审计系统1套和堡垒机1套。

3.5数据传输

实现生产数据实时传输和视频图像的远端访问，满足整个系统对数据的安全性、实时性、稳定性等要求，经过采集、传输，数据最终存储到数据中心。数据传输子系统所承载的业务数据包括：实时生产数据、控制命令数据、视频图像数据及语音数据[3]。采用有线和无线通信技术相结合的方式，将单井和站场生产数据高效、安全、稳定的传输到中控室。结合采油厂现有的光纤及通信杆路情况，其中单井、集油计量阀组数据传输采用无线方式，各种站场数据传输采用有线光缆方式，采用工业以太网交换机组网。数据传输子系统的架构如图3所示。

4结论

通过生产数据全覆盖采集、自动操控、视频监控等加强生产过程监控，及时掌握生产变化规律、优化运行模式及参数，实现节能降耗，辅助生产科学决策，降低生产运行成本，减少用工总量、提升管控效率，推进以物联网系统为核心的生产管理新模式全面深化应用。

参考文献：

[1]罗李黎，吴东，张建河.中国管理信息化，2021(5)：87~89.

[2]姜丽.SCADA系统在原油码头及外输管线工程中的应用，化工管理，2019(5)：202~205.

[3]臧振胜.浅论塔中油田油气生产物联网，中国仪器仪表，2018(04)：56~60.