第三章-SCADA在油田自动化中的应用

油田生产自动化内容第一部分目的意义第二部分发展状况第三部分SCADA系统简介第四部分效益分析第五部分应用实例第六部分总的观点、结论和建议第一部分目的意义1.1信息流与CAO1.2三级信息流动与分布概念1.3SCADA系统(第一级)的概念1.4SCADA系统的规划、技术要求和开发1.5油田SCADA系统的任务1.6油田SCADA系统的主要应用领域1.7SCADA系统应用范围1.1信息流与CAO信息流与CAO信息被看成一组集成的数据流，这种数据流从作业现场开始流经各作业中心到达总计划中心。处理这些数据的各种信息系统，都支持着油气田作业活动。这个概念正在一些较大的如壳牌作业公司采用，它从管理机构和地理位置的角度描绘了计算机化的信息系统中数据和信息的分布与使用。信息流信息流与CAOCAO是计算机在油气田作业中的应用的简称。CAO是一种计算机化的信息系统,用于油气田开发和生产作业规化与管理.这些信息系统能对生产作业进行密切监视实时控制、实际评价与规化，起到“在事件进程中（而不是事件后）进行管理”的作用。随着更便宜、灵活性更大的交互式计算机的出现和远程通信技术水平的提高，CAO系统信息存取更加方便，从而能对油气田开发作业进行更有效的规划和管理。CAO第一部分目的意义1.1信息流与CAO1.2三级信息流动与分布三级信息流动与分布战略级战术级生产过程作业级战略级公司的目标、任务和战略方针，以长期规划的形式被表示出来；战术级这些长期规划本身则被转换为中长期开发方案。作业级中长期开发方案又被变为中短期开发作业方案和指令。三级信息流动与分布概念详细说明WorkstationData数据产生作业现场第一级处理*作业现场*区域作业中心第二级处理*区域/作业中心*计划中心第三级处理*计划中心?*中心办公室生产设备计量站油井SCADA原始数据原始/处理后数据原始/处理后/历史解释数据处理后/历史/解释数据---数据分享/汇集系统---支持中/长期规划、评价和设计OTD第三级，为长期规划和评价（战略级）对所接收的经过选择的数据和信息进行管理。对于特殊任务和评价活动，在这一级也可以采用交互系统。第二级——OTD（作业与技术工艺数据）系统，为特定的用户集团和（或）项目（与战术级的作业评价、规划有关），进行数据（信息）处理和管理工作。OTD系统也将选择出来的数据和信息传输给第三级系统；第一级——SCADA（监控与数据采集）系统，为作业的监控提供实时数据和信息。SCADA系统还把选择出来的数据和信息发送给第二级系统；CAOCAO系统包括了第一级和第二级，即由SCADA系统和OTD系统组成。数据被实时或人工通过SCADA系统输入OTD系统（也可以是人工通过终端装置直接输入OTD系统）。考虑到作业环境和管理机构的组织结构，上述三级系统的构造可以分级进行，并使之具备一定的扩展能力（灵活性好）。上述概念在物理和工艺上的实现，还要受到作业环境、远程通信能力、可获得的技术支持等方面因素的影响。第一部分目的意义1.1信息流与CAO1.2三级信息流动与分布概念1.3SCADA系统(第一级)的概念SCADA系统(第一级)的概念主站RTUSCADA--现场级SCADA-作业控制调度中心远程终端至中心计算机工作站工作站报告打印机记录器其它远程终端油井计量站流量计SCADA系统基本组成：1.远程终端设备2.控制中心监控设备3.远程数据通信网络SCADA系统发展背景：SCADA技术是在过去的十几年间，为了满足对更有效的（远距离）作业监控技术的需要而发展起来的。由于油田各生产单位（井口、计量站等）地理位置分布十分分散，与管理部门之间的距离较远，与炼化厂的生产装置都集中在一个厂区内很不一样，油田常处在野外、沙漠、滩海中，这些特点使得管理部门及时准确了解基层生产单位情况和迅速下达指令十分困难，而且生产操作人员的生产和生活条件也十分艰苦。凡此等等使得采油厂的生产越来越需要依靠自动化技术提高生产效率和效益。SCADA系统应用的目的：SCADA油田自动化系统是利用各种仪表、监控设备或计算机系统对油田生产设备的运行状态进行检测与监视，操作（或管理）人员根据计算机系统显示情况对设备运行状态进行调整，使整个系统安全平稳地运行。这种数据采集和传输被“实时”进行，即在作业现场数据产生的一瞬间完成采集和传输过程。SCADA系统能够对远距离生产作业进行集中直接监控，并可以很方便地将总信息传输给其他系统和管理机构中的其他部门第一部分目的意义1.1信息流与CAO1.2三级信息流动与分布概念1.3SCADA系统(第一级)的概念1.4SCADA系统的规划、技术要求和开发SCADA的规划和开发（1）如果一个油田考虑采用油田自动化系统，应对下列因素进行评价和定义：1.生产作业基本需求；2.SCADA系统需要达到什么程度；（2）SCADA系统需要达到什么程度？系统首先应简单，其功能要求仅限于“必需的”范围，需具有良好的可扩展性。（3）为现在油气田的扩建部分进行信息系统开发时，应该把新特征的引入限制到绝对必需的程度；SCADA的规划和开发（4）应该认识到SCADA系统的大部分开支是仪器仪表，遥测装置所需的。计算机硬件，外围设备和软件的成本总的来说较少。第一部分目的意义1.1信息流与CAO1.2三级信息流动与分布概念1.3SCADA系统(第一级)的概念1.4SCADA系统的规划、技术要求和开发1.5油田SCADA系统的任务油田SCADA系统的任务油田生产设备数据采集和处理的自动化操作者监督任务的部分自动化集中显示实时生产信息趋势显示油田生产设备数据采集和处理的自动化操作者监督任务的部分自动化集中显示实时生产信息趋势显示油田SCADA系统的任务把选择好的数据传输给其它信息系统生产过程监控与调节事故报警与保护计算机联网通讯把选择好的数据传输给其它信息系统生产过程监控与调节事故报警与保护计算机联网通讯第一部分目的意义1.1信息流与CAO1.2三级信息流动与分布概念1.3SCADA系统(第一级)的概念1.4SCADA系统的规划、技术要求和开发1.5油田SCADA系统的任务1.6油田SCADA系统的应用领域油田SCADA系统的主要应用领域•抽油井的监测与控制电潜泵的监测与控制气举最优化油井自动计量注水监测与控制•储罐液面监测数据采集油/气/水分离监测与控制油田污水处理系统监测与控制联合站消防系统原油外输装置的数据采集与控制第一部分目的意义1.1信息流与CAO1.2三级信息流动与分布概念1.3SCADA系统(第一级)的概念1.4SCADA系统的规划、技术要求和开发1.5油田SCADA系统的任务1.6油田SCADA系统的主要应用领域1.7SCADA系统应用范围SCADA系统应用范围当不使用SCADA系统，生产作业要求就不能被满足，例如：–在要求无人值守或以很少的人力操作的远程油气作业情况下；–在大型复杂的海上集成生产设施和设备的情况下；SCADA系统应用范围对于下列要求所提出的特殊生产作业问题，SCADA能提供一个有吸引力的解决办法时：分布在一个面积上的大量生产设施的集中监控；不使用SCADA系统，要达到所希望的监控水平，就要耗费大量的人力和运输资源；第二部分发展状况2.1油田生产自动化的发展2.2油田生产自动化主要公司油田生产自动化的发展油田生产自动化的发展继电器半导体元件小型计算机微型计算机典型例子：抽油机控制器的成功应用60-70年代油田生产自动化的发展80年代90年代特点：•理论和实际应用研究均趋于成熟•进入大规模应用阶段特点：•Intranet/Internet技术的引入•抽油机诊断专家系统第二部分发展状况2.1油田生产自动化的发展2.2油田生产自动化主要公司油田生产自动化主要公司油田生产自动化主要公司公司名称应用领域BakerCAC抽油机智能终端Delta-X抽油机智能终端Automation&Electronics抽油机智能终端Nabla,Inc.抽油机智能终端Tri-Ener-Tech抽油机智能终端TexasElectronicResources抽油机智能终端InsightAutomationInc监控软件RealflexSystem,Inc.监控软件ThetaEnterprises,Inc.抽油机分析诊断第三部分Wellsnet系统简介3.1系统结构与组成3.2系统特点3.3系统功能模块3.1系统结构与组成系统结构与组成远程终端设备无线通讯模块传感器中心控制室计算机和WellsnetPro油田生产自动化数据采集、监控软件包抽油机智能终端RTU是以微处理器为基础的可编程检测控制固态组件主要任务：数据采集、监视控制、逻辑及数据运算和通讯功能，其次是操作人员接口、信息的储存与检索等全部或部分功能。基本元件组成：–中央处理单元（CPU）–ROM、RAM存贮器–实时日历时钟–输入输出组件–通信组件及接口设备–人-机接口设备注水终端自动计量终端工业监测终端中继站无线扩频调制解调器该系统是连接RTU和中心控制室MTU的纽带主要任务：任务：及时准确地传送油田生产过程数据和调度控制命令基本特征：网络拓朴结构通信接口（RS485）传输速率（19200bps)传感器压力传感器负荷传感器位置传感器温度传感器第三部分Wellsnet系统简介3.1系统结构与组成3.2系统特点系统特点生产设备集中控制、监测与管理实时数据采集与监测高速无线数据网实时报警和保护良好的Intranet集成性分布式的客户机/服务器结构系统模块化完备的监控软件，友好图形用户界面高性价比，抗恶劣环境第三部分Wellsnet系统简介3.1系统结构与组成3.2系统特点3.3系统功能模块系统功能模块抽油井数据采集与监控计量站自动计量注水井监测生产管理系统维护各种参数设置油井分析诊断抽油井数据采集与监控1.井场数据的自动录取示功图、电流图、油套压、井口温度、电压电流等抽油井数据采集与监控2.抽油机自动控制抽油机遥控启停、空抽控制、抽油杆断脱、卡死保护等抽油井数据采集与监控3.故障报警载荷故障、位置传感器故障、电流电压故障、油套压故障、终端故障、电流断相故障等抽油井数据采集与监控4.抽油机自动保护上下限报警停机、电机过载、缺相和断相保护、延时启动等系统功能模块抽油井数据采集与监控计量站自动计量注水井监测生产管理系统维护各种参数设置油井分析诊断计量站自动计量可控多通阀实现自动倒井动态显示分离器各参数变化数据无线传输分离器上下限液位报警油气水自动计量结果的输出与管理系统功能模块抽油井数据采集与监控计量站自动计量注水井监测生产管理系统维护各种参数设置油井分析诊断注水井监测实时监测注水井瞬间流量实时监测注水井压力等参数计算累计流量系统功能模块抽油井数据采集与监控计量站自动计量注水井监测生产管理系统维护各种参数设置油井分析诊断生产管理输出各种生产报表和相关曲线报警管理报表管理故障日志系统功能模块抽油井数据采集与监控计量站自动计量注水井监测生产管理系统维护各种参数设置油井分析诊断系统维护员工管理功能功图管理终端管理电流图管理油井测控信息管理故障日志管理操作日志管理系统功能模块抽油井数据采集与监控计量站自动计量注水井监测生产管理系统维护各种参数设置油井分析诊断各种参数设置油水井系统参数设置测量选项设置传感器参数设置校正系数及偏移量设置抽油井间抽时间设置工作参数的上下限值设置巡检时间设置系统功能模块抽油井数据采集与监控计量站自动计量注水井监测生产管理系统维护各种参数设置油井分析诊断油井分析诊断连续性的井口数据采集，主要是示功图的连续采集，为油井生产分析提供了重要基础。通过专业软件的油井参数和示功图的分析，设定自动间抽表，将可以在稳产的前提下减少抽油机无功运行时间。第四部分效益分析4.1可计效益4.2潜在效益4.1可计效益可计效益优化生产管理提高系统工作效率提高劳动生产率节能降耗安