趙良波

（大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠數(shù)字化運(yùn)維中心，黑龍江 大慶 163000）

近幾年我國(guó)的石油開采技術(shù)發(fā)展迅速，石油開采過(guò)程中融入了各種自動(dòng)化技術(shù)，導(dǎo)致油田企業(yè)自動(dòng)化控制程度也進(jìn)一步提升。PLC是現(xiàn)階段最先進(jìn)的工藝技術(shù)，而且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于油田的各個(gè)領(lǐng)域，例如污水處理、轉(zhuǎn)油脫水站監(jiān)測(cè)、中轉(zhuǎn)站油計(jì)量。在PLC技術(shù)加持下，油田開發(fā)效率得到了大幅度提升，而且也促進(jìn)了油田自動(dòng)化、智能化發(fā)展，使油田更能滿足新時(shí)期下社會(huì)的需求。

1 油田數(shù)字化建設(shè)現(xiàn)狀

數(shù)字化建設(shè)能為油田企業(yè)提供核心競(jìng)爭(zhēng)力，是油田企業(yè)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵力量。油田數(shù)字化建設(shè)相當(dāng)于一項(xiàng)復(fù)雜改革，改革的內(nèi)容不僅是在管理模式上，還要在生產(chǎn)組織形式上做出改變，使新架構(gòu)得以執(zhí)行。先在企業(yè)內(nèi)部找到改革方向，根據(jù)企業(yè)未來(lái)發(fā)展方向，制定改革方案，達(dá)成數(shù)字化管理，不但需要對(duì)現(xiàn)有人員進(jìn)行重新分配，還要組建新的管理架構(gòu)，使每項(xiàng)新進(jìn)技術(shù)都有發(fā)揮空間，完成好新項(xiàng)目和人才分配，數(shù)字化建設(shè)是油田企業(yè)建設(shè)發(fā)展的長(zhǎng)期目標(biāo)，需要不斷更新技術(shù)，克服多個(gè)難題。現(xiàn)階段大數(shù)據(jù)技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，幾乎每個(gè)行業(yè)都可以應(yīng)用它，油田數(shù)字化建設(shè)也不例外，早在好幾年前就開始融入大數(shù)據(jù)技術(shù)，因?yàn)樗鼤?huì)使整個(gè)建設(shè)過(guò)程變得更高效。應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)會(huì)遇到許多難題，例如即將做決策時(shí)往往容易發(fā)生中斷。分析中斷原因會(huì)發(fā)現(xiàn)，大數(shù)據(jù)技術(shù)會(huì)受基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)資源完整性所影響，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)里的各項(xiàng)數(shù)據(jù)無(wú)法在日常工作中完成收集時(shí)，決策的合理性就會(huì)打折扣。因此必須完善油田基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源，使大數(shù)據(jù)技術(shù)為油田數(shù)字化建設(shè)發(fā)揮出應(yīng)有效果。

2 PLC特點(diǎn)分析

PLC通常被認(rèn)為是可編程邏輯控制器，是新型電子計(jì)算模式，在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)流程中，幫助系統(tǒng)完成工業(yè)控制的核心組件。

2.1 使用便捷

PLC可以實(shí)現(xiàn)許多功能，依靠的都是其豐富的編程語(yǔ)言。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于邏輯類型清晰，語(yǔ)言形式單一化，在對(duì)其進(jìn)行編輯時(shí)，可以套用以前的公式，因此有助于更多的人完成編輯。掌握PLC編程并不需要很強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)，即使沒(méi)有計(jì)算機(jī)編程基礎(chǔ)的工作人員，只需要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)，就能掌握那些有規(guī)律可循的命令組。

2.2 維護(hù)便捷

PLC的修改程序在設(shè)計(jì)之初就比較完備，系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)水平都很強(qiáng)，因此在日后的應(yīng)用過(guò)程中，擁有較強(qiáng)的安全性和穩(wěn)定性。隨著運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，肯定也需要維護(hù)保養(yǎng)，PLC的優(yōu)勢(shì)是日常運(yùn)行時(shí)可自行調(diào)試，檢測(cè)可能發(fā)生的故障，因此運(yùn)行穩(wěn)定性高，工作效率也更強(qiáng)。

2.3 高性價(jià)比

PLC相比傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)，具有更強(qiáng)的性價(jià)比，因?yàn)槠洳粌H制作成本低，且售價(jià)也更便宜。PLC將整個(gè)系統(tǒng)分成若干個(gè)集成單元，這些集成單元都可以被編程，因此通過(guò)集成單元可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。PLC技術(shù)融入通信技術(shù)后，不僅可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集中控制，還能實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)的分散管理，使得PLC更具性價(jià)比。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)

PLC本身是由多個(gè)零部件組成的，為了擁有完整的標(biāo)準(zhǔn)化控制體系，各個(gè)零部件必須擁有統(tǒng)一的組裝標(biāo)準(zhǔn)。零部件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，使得PLC更加穩(wěn)定，用戶對(duì)PLC的功能有自己的選擇，根據(jù)功能去完善PLC的設(shè)置，使功能可以更加便捷。

3 PLC在油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用形式

3.1 PLC與無(wú)線技術(shù)的結(jié)合

將PLC技術(shù)與無(wú)線技術(shù)相結(jié)合，將前線生產(chǎn)單位設(shè)置為前端，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)為后端，由井、站和生產(chǎn)管線組成工藝流程的控制系統(tǒng)，不僅能夠完成數(shù)據(jù)采集，還能做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)采集的數(shù)據(jù)生成示功圖，實(shí)現(xiàn)開采過(guò)程中的動(dòng)態(tài)分析。油田往往都建立在特殊地理位置，因此無(wú)論交通還是通信都相對(duì)落后，而通過(guò)無(wú)線技術(shù)將各個(gè)井和站緊密連接起來(lái)，運(yùn)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)開采數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通信，而且PLC本身具備高性價(jià)比、維護(hù)便捷、標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)勢(shì)，因此在油田數(shù)字化建設(shè)過(guò)程中，需要建立完善的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。油田無(wú)線組網(wǎng)如圖1所示。（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。油田采油平臺(tái)對(duì)抽油機(jī)井位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后在配電箱位置加裝PLC設(shè)備，利用鍍鋅槽鋼的特性，可以用于制造PLC設(shè)備箱體，最后將箱體通過(guò)簡(jiǎn)易安裝，固定在油井的鋼筋混凝土底座上。抽油機(jī)配電箱不僅為PLC的供電，還能提供電機(jī)綜合數(shù)據(jù)，為PLC編程提供參考。PLC還通過(guò)無(wú)線模塊，將收集到的位移傳感器信息和載荷傳感器信息，傳輸至上位機(jī)控制系統(tǒng)。野外環(huán)境惡劣，PLC控制器、載荷傳感器和位移傳感器所在箱體，需要進(jìn)行保溫，通常是利用儀表保護(hù)套。PLC在完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集后，會(huì)通過(guò)IP接口和無(wú)線通信模塊，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接吞锾幚碇行?。?）無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。油田開采區(qū)域內(nèi)存在多個(gè)油井和站，這些地點(diǎn)都需要設(shè)置無(wú)線監(jiān)控點(diǎn)，油田公司總控制室應(yīng)為無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中心基站。為提升無(wú)線傳輸穩(wěn)定性，應(yīng)選用高增益天線，然后設(shè)置好優(yōu)波，整體無(wú)線連接方式多數(shù)采用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)，因此需要維護(hù)好油田總控室和各監(jiān)控點(diǎn)間的鏈路，只有配置好無(wú)線通信設(shè)備，同時(shí)設(shè)置好PLC，才能將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的全部數(shù)據(jù)傳輸至中心基站，為了提供給采油生產(chǎn)調(diào)度的資料更加準(zhǔn)確，還需要將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況，包括完整的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)也傳輸至中心基站。PLC無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖2所示。

圖1 油田無(wú)線組網(wǎng)拓?fù)鋱D

圖2 PLC無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3.2 PLC在油田生產(chǎn)水處理中的應(yīng)用

PLC在油田開采過(guò)程中，可以集中對(duì)生產(chǎn)水進(jìn)行處理，將未達(dá)標(biāo)的生產(chǎn)水傳輸至污水站進(jìn)行過(guò)濾等操作，將達(dá)標(biāo)的生產(chǎn)水回注到油層。生產(chǎn)水處理設(shè)備在使用過(guò)程中難免會(huì)發(fā)生故障，但PLC擁有自檢功能，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并診斷，監(jiān)測(cè)故障的位置出現(xiàn)在控制中心界面后，PLC會(huì)根據(jù)自檢結(jié)果，對(duì)故障發(fā)生位置做出準(zhǔn)確判斷。同時(shí)分析出故障原因，及時(shí)下達(dá)維修指令，確保油田生產(chǎn)水處理系統(tǒng)可以一直穩(wěn)定運(yùn)行，有效提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，還降低了污染周邊環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

生產(chǎn)水的處理不能僅靠簡(jiǎn)單幾個(gè)設(shè)備，要構(gòu)建一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)，通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)來(lái)完成各項(xiàng)任務(wù)，包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊是這個(gè)系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)傳輸回來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行自動(dòng)判斷，選擇合理的應(yīng)對(duì)方法。比如當(dāng)需要進(jìn)行反沖洗時(shí)，先判斷水質(zhì)質(zhì)量，然后傳遞給反沖洗裝置，完成反沖洗操作，不但極大的減少了工作人員的工作量，還使工作時(shí)間大大縮短，真正做到了提高工作效率。生產(chǎn)水處理系統(tǒng)可以劃分成幾個(gè)部分，分別是電動(dòng)閥門部分、反沖洗泵部分和上位機(jī)控制部分。進(jìn)行反沖洗的步驟是關(guān)閉進(jìn)水電動(dòng)閥，啟動(dòng)反沖洗泵，根據(jù)沖洗量調(diào)節(jié)沖洗瞬時(shí)，打開反沖洗進(jìn)水閥，充分沖洗后，打開反沖洗出水閥，電路閥進(jìn)行復(fù)位操作，開始執(zhí)行過(guò)濾流程，反沖洗和過(guò)濾同時(shí)持續(xù)進(jìn)行。

3.3 PLC在石油計(jì)量中的應(yīng)用

現(xiàn)階段我國(guó)部分石油企業(yè)應(yīng)用了PLC技術(shù)，通過(guò)人工間歇計(jì)量，使整個(gè)計(jì)量過(guò)程變得更加智能，需要對(duì)相關(guān)程序進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)定時(shí)對(duì)計(jì)量間計(jì)量，同時(shí)計(jì)算接入的油井生產(chǎn)的油、氣、水?dāng)?shù)據(jù)。PLC在計(jì)量過(guò)程中需要對(duì)油井工作狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)分析，主要是通過(guò)示功圖變化，當(dāng)示功圖出現(xiàn)歸零狀態(tài)時(shí)，PLC可以自動(dòng)跳過(guò)此油井，對(duì)下一監(jiān)測(cè)油井進(jìn)行計(jì)量。PLC系統(tǒng)操作界面要簡(jiǎn)單且直觀，方便工作人員使用PLC各項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)采出原油的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)大幅度提高油田計(jì)量效率。

4 PLC在油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用效果

PLC在油田數(shù)字化建設(shè)過(guò)程中，發(fā)揮著關(guān)鍵作用，融入PLC技術(shù)后，管理成效明顯提升，同時(shí)各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)也在逐年提高。通過(guò)應(yīng)用PLC技術(shù)，油田的數(shù)字化進(jìn)程也加快了腳步，油田的生產(chǎn)質(zhì)量及效率也在不斷提升。為使油田建設(shè)體系更加系統(tǒng)化，需要數(shù)字化技術(shù)的全面應(yīng)用。PLC技術(shù)不但可以完善企業(yè)數(shù)字化建設(shè)，還能提升綜合效益。

4.1 提升油田管理效率及質(zhì)量水平

在應(yīng)用PLC技術(shù)后，各井和站聯(lián)系的更加緊密，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，方便控制中心掌握生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。油田數(shù)字化建設(shè)過(guò)程中，企業(yè)數(shù)據(jù)不在是單一的非連續(xù)性數(shù)據(jù)點(diǎn)，會(huì)逐漸向連續(xù)性數(shù)據(jù)點(diǎn)轉(zhuǎn)變，管理人員要根據(jù)采集來(lái)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，判斷前線的生產(chǎn)運(yùn)行狀況，調(diào)整傳統(tǒng)巡邏檢查方式，PLC技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)定期數(shù)據(jù)錄入，采集信息上傳至企業(yè)云，通過(guò)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有效防止人為導(dǎo)致的誤差，企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行情況生成信息流，通過(guò)信息流反饋，技術(shù)人員根據(jù)PLC預(yù)警感知功能，可以明確知道現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況。應(yīng)用PLC技術(shù)進(jìn)行油田數(shù)字化建設(shè)，有效的改變了企業(yè)生產(chǎn)管理模式，逐漸實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)管理自動(dòng)化，緩解了前線單位用工壓力，提升了生產(chǎn)管理單位的勞動(dòng)效率，減少了許多復(fù)雜的工作局面，降低了工作壓力，使企業(yè)員工工作積極性更高，工作效率顯著提高。油田數(shù)字化建設(shè)未完成前，井、計(jì)量間和站都需要專人來(lái)組織生產(chǎn)，每天都需要巡井，而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化后，站間的管理模式會(huì)發(fā)生改變，會(huì)應(yīng)用先進(jìn)的管理體制，提升工作熱情。

4.2 數(shù)字化管理效益明顯

數(shù)字化建設(shè)一定要從基礎(chǔ)設(shè)施開始，先對(duì)老舊設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，使自動(dòng)化設(shè)備占比越來(lái)預(yù)高，油田的開采工藝也在更新?lián)Q代，單井載荷變化情況可以利用PLC技術(shù)去分析，通過(guò)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，記錄壓力和電量等數(shù)據(jù)，生成示功圖，根據(jù)示功圖去判斷現(xiàn)場(chǎng)情況，嚴(yán)格控制抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度，依靠遠(yuǎn)程控制改變現(xiàn)有管理模式，提升管理效率。隨著石油開采進(jìn)入到中后期，油田的能耗越來(lái)越高，應(yīng)用PLC進(jìn)行油田數(shù)字化建設(shè)后，可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，有效降低能耗。例如在摻水流程加入精細(xì)化管理，合理控制摻水壓力和摻水瞬時(shí)，有效減少摻水量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。油田供電更需要應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，供電網(wǎng)絡(luò)管理能使電網(wǎng)維持良好運(yùn)行狀態(tài)，組成智能電網(wǎng)后，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，降低故障修復(fù)時(shí)間，節(jié)約維護(hù)成本。通過(guò)記錄每天用電量，找出機(jī)泵最佳運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)變頻調(diào)節(jié)，減少電量損耗，為油田節(jié)約生產(chǎn)成本。通過(guò)PLC技術(shù)使油田的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以集中匯總，將實(shí)時(shí)故障信息發(fā)給有關(guān)部門，根據(jù)傳輸?shù)男畔⑦x擇合理解決方案，使決策變得更加科學(xué)，生產(chǎn)管理過(guò)程變得更加簡(jiǎn)潔，對(duì)于安全隱患從事后處理變?yōu)轭A(yù)先防控，使管控質(zhì)量變得更加現(xiàn)代化。通過(guò)油田的數(shù)字化管理系統(tǒng)，改變現(xiàn)有人員架構(gòu)，更加合理的對(duì)班組進(jìn)行劃分，使每個(gè)班組都變得精簡(jiǎn)，簡(jiǎn)化原始的工作流程，降低員工的工作壓力，使員工間能形成助力，達(dá)到高效配合的效果。將現(xiàn)有站庫(kù)二級(jí)布控與集中監(jiān)控結(jié)合起來(lái)，對(duì)系統(tǒng)管理體制進(jìn)行優(yōu)化，有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著信息時(shí)代的來(lái)臨，人們的日常生活已經(jīng)離不開網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)化技術(shù)融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后，可以促進(jìn)油田行業(yè)的進(jìn)步。通過(guò)研究PLC在油田數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)PLC技術(shù)存在許多優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮出這些優(yōu)勢(shì)可以使一些程序操作更加便捷。在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中加以應(yīng)用，維持油田的整體安全生產(chǎn)水平，通過(guò)針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)基本單元生產(chǎn)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中存在的各種問(wèn)題，同時(shí)提供有效的解決方案。因此，PLC技術(shù)在油田數(shù)字化建設(shè)中具有重要價(jià)值，其應(yīng)用前景十分廣闊。