霍 進(jìn)，謝光華，韓 菲，蔣能記，張 娜

(中油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

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物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在稠油處理站的應(yīng)用

霍 進(jìn)，謝光華，韓 菲，蔣能記，張 娜

(中油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、過程控制、參數(shù)優(yōu)化、管理決策的油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)已是油田信息化建設(shè)發(fā)展的必然趨勢。稠油處理是稠油生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，稠油物性復(fù)雜，工藝調(diào)控頻繁，傳統(tǒng)人工管理方式保障系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行難度大。以風(fēng)城油田一號(hào)稠油處理站為例，介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在稠油處理站的應(yīng)用。處理站物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)結(jié)合了稠油處理工藝特點(diǎn)，配套自動(dòng)化采集，建立中控室系統(tǒng)，全站生產(chǎn)集中監(jiān)控，全流程統(tǒng)一調(diào)控，重點(diǎn)區(qū)域視頻輔助監(jiān)控，數(shù)據(jù)生產(chǎn)綜合應(yīng)用，輔助生產(chǎn)管理。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)成功應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了稠油處理站高效管理，所形成的稠油處理站物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方法可供其他油田建設(shè)參考。

物聯(lián)網(wǎng)；新疆油田；風(fēng)城油田一號(hào)稠油處理站

引 言

中國稠油資源豐富，隨著稠油開采量的增加，其輸送問題也變得越來越重要[1]。稠油處理是稠油輸送的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，稠油處理站安全平穩(wěn)運(yùn)行是稠油正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)。超稠油的集輸、處理及外輸要解決3個(gè)核心問題：一是黏度過大、輸送脫水困難[2]；二是來液物性差異大、液量波動(dòng)頻繁；三是工藝控制參數(shù)多、操作復(fù)雜。

以新疆油田風(fēng)城油田一號(hào)稠油處理站為例，研究物聯(lián)技術(shù)在稠油處理站的應(yīng)用，通過信息技術(shù)與生產(chǎn)的融合，緊緊圍繞生產(chǎn)運(yùn)行管理，建立面向稠油處理站生產(chǎn)過程的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。該技術(shù)提高了稠油處理每個(gè)單元的自動(dòng)化程度，系統(tǒng)運(yùn)行高效穩(wěn)定。

1 稠油處理站物聯(lián)網(wǎng)整體設(shè)計(jì)

1.1 稠油處理站概況

新疆風(fēng)城油田一號(hào)稠油處理站2008年投產(chǎn)，2012年原油處理規(guī)模由100×104t/a擴(kuò)建至210×104t/a，污水處理能力由2×104m3/d擴(kuò)建至3×104m3/d。站內(nèi)主要有原油處理、污水處理、SAGD來液換熱處理系統(tǒng)3個(gè)部分。油區(qū)來液物性復(fù)雜、泥砂含量高、波動(dòng)頻繁；進(jìn)站采出液溫度達(dá)85℃以上，站區(qū)生產(chǎn)高溫、高壓點(diǎn)多，生產(chǎn)運(yùn)行管理以崗位值守、人工巡檢為主，對(duì)員工的責(zé)任心和熟練程度依賴性高，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率較低，生產(chǎn)過程存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 稠油處理站物聯(lián)網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)

風(fēng)城一號(hào)稠油處理站物聯(lián)網(wǎng)總體架構(gòu)采用三層體系結(jié)構(gòu)(圖1)。安裝在稠油處理流程上的各種儀表設(shè)備、工藝設(shè)備自帶控制系統(tǒng)以及攝像機(jī)為采集控制層，實(shí)現(xiàn)處理過程數(shù)據(jù)采集、各類設(shè)備自動(dòng)操控以及環(huán)境信息的采集；中控室DCS(Distributed Control System，集散控制系統(tǒng))工程師、操作站、視頻監(jiān)控電視墻，站區(qū)環(huán)形生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為集中監(jiān)控層，實(shí)現(xiàn)全站生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中監(jiān)測、生產(chǎn)過程集中調(diào)控、重點(diǎn)區(qū)域視頻監(jiān)視；DMS(Database Management System，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)為數(shù)據(jù)應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、發(fā)布、分析、報(bào)表管理等。三層體系結(jié)構(gòu)將生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)網(wǎng)有效安全集成，將稠油處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)、站區(qū)生產(chǎn)管理三大功能完全整合，使物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)成為全站生產(chǎn)管理與指揮的核心。

圖1 稠油處理站物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

2 稠油處理站物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)

2.1 工藝配套自動(dòng)化采集

通過科學(xué)選擇自動(dòng)化設(shè)備，合理安裝，研究對(duì)比使用，形成了風(fēng)城稠油(50℃黏度不大于50 000 mPa·s)處理配套的自動(dòng)化采集控制技術(shù)，優(yōu)選了適應(yīng)稠油原油、污水、污油、SAGD密閉處理的一系列自動(dòng)化儀表和設(shè)備，保障數(shù)據(jù)采集的正確性、實(shí)時(shí)性、連續(xù)性，為實(shí)現(xiàn)稠油處理自動(dòng)化管理提供了基礎(chǔ)。

2.2 生產(chǎn)集中監(jiān)控

2.2.1 處理站傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

處理站生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)主要承載生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)的采集、匯總、傳輸。向中心控制室提供各項(xiàng)自動(dòng)化數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)，通過辦公網(wǎng)共享發(fā)布；支持處理站內(nèi)崗位、操作員崗訪問DCS系統(tǒng)；通過DCS系統(tǒng)、PLC等終端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采集數(shù)據(jù)、下發(fā)控制指令等。

結(jié)合站區(qū)規(guī)模、分布，以及工藝特點(diǎn)，風(fēng)城一號(hào)稠油處理站設(shè)置1套DCS系統(tǒng)，2套遠(yuǎn)程I/O控制終端，應(yīng)用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)(RRPP)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)站控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、指令下達(dá)。相比傳統(tǒng)的獨(dú)立站控OPC模式、RS-485方式，工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)(RRPP)架構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性大幅提高，線纜、施工費(fèi)用節(jié)省40%以上。

處理站到油田基地之間組建高速無線網(wǎng)絡(luò)與有線光纖冗余鏈路，將處理站自控系統(tǒng)作為油田廠級(jí)SCADA系統(tǒng)的一套前端系統(tǒng)[3-4]，油田基地實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一遠(yuǎn)程監(jiān)控。生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)相對(duì)封閉的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，選用經(jīng)過國家公安部認(rèn)證的網(wǎng)絡(luò)隔離設(shè)備，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)緩沖鏈路，生產(chǎn)網(wǎng)向辦公網(wǎng)傳輸自動(dòng)化數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)管理應(yīng)用，同時(shí)確保生產(chǎn)網(wǎng)安全。

2.2.2 異構(gòu)系統(tǒng)集成

異構(gòu)系統(tǒng)集成是實(shí)現(xiàn)全站生產(chǎn)集中監(jiān)控的技術(shù)關(guān)鍵。稠油集輸處理工藝復(fù)雜，規(guī)模大，分期建設(shè)，工藝設(shè)備自帶控制系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)較多，軟件版本、數(shù)據(jù)接口不同，系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，造成各系統(tǒng)間相對(duì)封閉，系統(tǒng)間很難交換數(shù)據(jù)[5]，導(dǎo)致數(shù)據(jù)共享率低，需要操作人員較多。物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)以“信息共享、無縫融合、管控一體化”為目標(biāo)，分析現(xiàn)有各自控系統(tǒng)通訊協(xié)議(SCnetII、MODBUS TCP/IP、專用協(xié)議等)，優(yōu)選PROFIBUS工業(yè)總線協(xié)議，解決時(shí)間跨度大，工藝復(fù)雜，撬裝設(shè)備多等一些列問題帶來的兼容集成，高速傳輸?shù)燃夹g(shù)難題，實(shí)現(xiàn)原油、污水、SAGD密閉處理等自控系統(tǒng)無縫集成，構(gòu)建稠油處理全流程集中監(jiān)控平臺(tái)。

2.2.3 中控室系統(tǒng)建設(shè)

中控室系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)全站生產(chǎn)集中監(jiān)控的基礎(chǔ)平臺(tái)。采用一套監(jiān)控界面，統(tǒng)一指令、統(tǒng)一格式、統(tǒng)一操作，實(shí)現(xiàn)處理站的便捷管理與控制，消除信息孤島，大幅提升系統(tǒng)整體性能。中控室系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和插入式結(jié)構(gòu)，方便擴(kuò)展，中控室系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)見圖2，包含流程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、報(bào)警處理、物聯(lián)設(shè)備管理等功能。

2.3 數(shù)據(jù)分析預(yù)警

2.3.1 節(jié)點(diǎn)控制理論

處理站承擔(dān)多個(gè)區(qū)塊采出液處理任務(wù)，每個(gè)區(qū)塊實(shí)時(shí)產(chǎn)液量和采出液物性不同，進(jìn)入處理站的實(shí)時(shí)液量波動(dòng)范圍大(200～500 m3/h)，常規(guī)方法調(diào)控系統(tǒng)平衡難度大。在全過程集中監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，運(yùn)用HAZOP分析法與節(jié)點(diǎn)控制理論，對(duì)稠油處理工藝流程進(jìn)行合理簡化，選取節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行控制與管理。

2.3.2 系統(tǒng)診斷預(yù)警分析

運(yùn)用節(jié)點(diǎn)控制理論開發(fā)智能預(yù)警分析系統(tǒng)，挖掘處理過程屬性，量化系統(tǒng)、設(shè)備預(yù)警規(guī)則，構(gòu)建稠油處理故障知識(shí)庫，建立節(jié)點(diǎn)分析診斷模型，參數(shù)異常變化及時(shí)預(yù)警，診斷信息自動(dòng)推送，對(duì)主要設(shè)備和關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分級(jí)預(yù)警提示，使處理站管理從事后處理分析轉(zhuǎn)為預(yù)警調(diào)節(jié)，為保障稠油處理安全平穩(wěn)運(yùn)行提供了技術(shù)支持[6]。智能分析系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器方式進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問、處理；采用多層開發(fā)模式進(jìn)行信息發(fā)布；運(yùn)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)秒級(jí)響應(yīng)，對(duì)分析診斷預(yù)警提供可靠保障；主要包括稠油處理全流程綜合預(yù)警、系統(tǒng)流程數(shù)預(yù)警，設(shè)備狀態(tài)健康度診斷，預(yù)警模型、預(yù)警規(guī)則庫、綜合指標(biāo)管理以及數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)分析等功能。圖3為設(shè)備預(yù)警示例，綠色指示當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行正常，紅色指示當(dāng)前運(yùn)行異常，灰色指示當(dāng)前設(shè)備停用，設(shè)備運(yùn)行狀況一目了然。

圖2 稠油處理站集中監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

圖3 設(shè)備預(yù)警指示示意圖

2.4 區(qū)域視頻監(jiān)控

稠油處理過程伴隨高溫、高壓、易腐蝕等特點(diǎn)，人工巡檢安全風(fēng)險(xiǎn)高。建立工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)重要生產(chǎn)場所及有毒有害危險(xiǎn)場所用視頻監(jiān)控代替人工巡檢。遵循“最少攝像覆蓋最廣區(qū)域，重點(diǎn)崗位與事故頻發(fā)設(shè)備操作間優(yōu)先考慮，高危區(qū)域無人值守”的原則，分別在重點(diǎn)生產(chǎn)區(qū)域、操作間內(nèi)安裝監(jiān)控?cái)z像機(jī)，視頻信號(hào)接入集成平臺(tái)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故，輔助規(guī)范人員行為和生產(chǎn)遠(yuǎn)程管理。

3 稠油處理站物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)實(shí)現(xiàn)稠油處理2200多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，100多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)控制，40多個(gè)回路安全連鎖，原油、污水、SAGD密閉及輔助工藝的自動(dòng)化監(jiān)測覆蓋率達(dá)到85%以上，關(guān)鍵監(jiān)測點(diǎn)100%覆蓋。控制中心的操作員監(jiān)視這些信息，并能向遠(yuǎn)方的設(shè)備發(fā)布操作命令，同時(shí)也為其他信息系統(tǒng)提供各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)[7]，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程全面感知。通過強(qiáng)化系統(tǒng)應(yīng)用，將人和生產(chǎn)流程的效率發(fā)揮到最佳水平。

監(jiān)控系統(tǒng)選擇重要參數(shù)，分級(jí)報(bào)警，歷史數(shù)據(jù)分析，及時(shí)合理設(shè)置報(bào)警限值，系統(tǒng)異常實(shí)時(shí)預(yù)警，及時(shí)調(diào)整控制參數(shù)；通過預(yù)警分析系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測，全流程綜合分析，強(qiáng)化節(jié)點(diǎn)間的信息反饋。針對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)最大可能制訂相應(yīng)控制措施，實(shí)現(xiàn)了稠油處理系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，上下游統(tǒng)一調(diào)控，為稠油處理系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行提供重要保障。

借助數(shù)據(jù)管理(DMS)系統(tǒng)精簡規(guī)范處理站生產(chǎn)運(yùn)行報(bào)表，90%報(bào)表數(shù)據(jù)自動(dòng)生成，在線審核，減少重復(fù)錄入，從根本上減少工作強(qiáng)度，并且在可靠分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提高工作效率[8-10]；原油加藥自動(dòng)連鎖控制，系統(tǒng)自動(dòng)匹配精確控制破乳劑加入量，提高破乳劑使用效率；大罐負(fù)壓排泥遠(yuǎn)程操作，根據(jù)工藝要求自主設(shè)定排泥時(shí)間和頻次等自控功能，提高工作效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

處理站依托物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組織生產(chǎn)，以中控室集中監(jiān)控為基礎(chǔ)，通過多崗合并、專業(yè)優(yōu)化，將原“崗位制”運(yùn)行模式逐步調(diào)整為“班組制”，員工分班組管理，形成以“中控室集中監(jiān)控，站區(qū)故障巡檢”的生產(chǎn)管理新模式。

4 結(jié) 論

(1) 稠油處理站物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)必須結(jié)合稠油物性和處理工藝特點(diǎn)，進(jìn)行儀表適應(yīng)性選擇，保障數(shù)據(jù)采集。

(2) 建立互聯(lián)互通的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，避免以工藝或設(shè)備為單元的自動(dòng)化系統(tǒng)孤島，實(shí)現(xiàn)全站集中監(jiān)控，重點(diǎn)區(qū)域視頻輔助監(jiān)控。

(3) 稠油處理工藝復(fù)雜，多耦合性，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，控制關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，上下游統(tǒng)一調(diào)控，可有效保障系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

(4) 依托物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用，調(diào)整生產(chǎn)管理組織模式，提高工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度效果更顯著，具有較大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，為其他油田物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供借鑒。

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編輯 林樹龍

20141120；改回日期：20150210

中國石油天然氣集團(tuán)公司“油氣生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)示范工程”之一“新疆油田風(fēng)城1號(hào)稠油處理站擴(kuò)建工程”(油勘函【2012】129號(hào))

霍進(jìn)(1967-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，1990年畢業(yè)于西南石油大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，2005年畢業(yè)于該校油氣田開發(fā)專業(yè)，獲博士學(xué)位，《特種油氣藏》編委，現(xiàn)從事油氣田開發(fā)研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.02.038

TE345

A

1006-6535(2015)02-0147-04