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稠油油田生产物联网设计和建设
前言
稠油热采开发,井站数量多、分布广,生产运行操作多、高温高压工况多,传统人工现场驻点值守方式管理人员多,全天24 小时候的生产、环保、安全无法有效管控,劳动强度大,安全风险高.
物联网是信息技术,基本特征是信息的全面感知、可靠传送和智能处理,核心是物与物以及人与物之间的信息交互[1].应用物联网技术对生产过程实时监控管理,可优化人工现场操作频次,预防安全、环保事故.稀油油田物联网规模化建设多年,配套技术成熟.稠油油田特点、管理难度、技术储备等方面与稀油油田差距较大,高温、高压生产过程对仪器仪表技术参数要求高,物联网一直处于建设探索阶段.
一、稠油油田生产物联网整体设计
1.1 稠油油田概况.某油田属于特稠油、超稠油范畴,截止2016 年已连续4 年年产原油200 万吨以上,累积产油1811万吨,其中稠油产量占比90% 以上.稠油生产涵盖注汽、采油、集输、原油处理、污水处理、软化水处理等工艺,全过程均处于高温、高压工况下（注汽温度≥ 300℃,采出液温度≥ 150℃,处理温度≥ 95℃,注入压力＞ 8MPa）,井站、设备多,用工人员多、开发成本高,油田辖区内有农田、牧场、村庄、河流、湖泊及国家4A 级风景区,对安全环保要求高,需运用物联网技术提高油田管理水平.
1.2 稠油油田生产物联网整体结构.结合稠油油田生产特点、安全需求考虑, 运用HAZOP（Hazard and OperabilityAnalysis） 分析法与节点控制理论[2], 优选SAGD（SteamAssisted Grity Drainage,蒸汽辅助重力泄油）井、计量接转站、蒸汽锅炉、处理站、油气水管网干线等生产关键环节为主体,构建物联网系统,采用三层体系结构（见图1）,涉及数据采集、传输、管理应用建设三个方面.
数据采集层选择稠油生产采油、集输、供汽工艺流程关键环节,实现生产过程数据采集、环境信息的采集以及流程自动操控.数据传输层采用有线与无线网络结合的组网方式传输,建立生产数据、视频数据传输专网.生产管理建立厂监控中心,建立监控系统,将生产数据、环境信息集成到统一平台,实现全油田生产监控、重点区域视频监视；设置视频监控电视墙,部署预警分析、生产调度等系统以及相应岗位,实现监控中心与现场生产、环境信息的快速沟通,生产指挥.
二、稠油油田生产物联网建设
选择适应稠油物性、生产工艺和环境要求的自动化监测仪表和设备,实现稠油生产过程关键参数（压力、流量、液位、温度等）采集,对操作频繁、影响生产效果、安全风险高的工艺环节采用自动控制,建立厂监控中心集中监控管理、数据共享应用.
2.1 数据采集建设.
（1）SAGD 井数据采集.某油田SAGD 井组171 对,2016 年SAGD 稠油产量87 万吨,占稠油总产量的43% 以上,根据规划将占油田总产量80% 以上.SAGD 生产是一个精细调控过程,如开发过程中控制井底蒸汽干度、注采比、采油井口生产压差及回压等.研发出井下测温测压设备、蒸汽调节分配装置、井组智能控制系统,实现SAGD 工艺从井下到地面全过程数字化,实现油藏温压、蒸汽调节、注采平衡等多个参数的动态监测、协同控制.
（2）采出液远程计量.稠油生产计量具有称重仪和选通装置数量多,一般就地计量操作,数据手工抄录,不仅现场配置人员多,而且计量不及时、工作效率低.利用现有计量装置、控制器更改控制链路, 由厂级监控系统控制称重计量装置PLC 控制器,向下控制多通阀PLC 控制器[3].厂级监控系统开发计量程序模块,计量指令一次导入、多站分发,可同时启动多个计量站的排序计量作业,计量结果自动生成,实现“一人多站”远程管理.
（3）集输工艺过程控制.密闭集输工艺包括汽液分离、蒸汽冷凝、伴生气脱硫与放散、应急流程等,涉及的监测点多、工况控制参数多,操作过程复杂,流程切换安全性要求高,系统运行效率与自动化精确控制紧密关联.采用PID 调节和联锁控制,液位恒定自动调节,稳定控制蒸汽处理器、冷凝缓冲分离器的液位、压力、温度等参数,实现生产流程与应急流程的自动切换,保障密闭集输工艺的平稳运行.
（4）稠油处理动态控制.稠油处理站,上游来液物性复杂、携砂量大、携汽量大、波动频繁,处理规模大、工艺复杂、设备装置多、操作环节多,全过程均在100℃左右.稠油处理包括汽液分离、油水预分离、掺柴降粘、重力热化学脱水、正反相加药、混凝沉降、负压排泥等工艺.建立处理站DCS（Distributed Control System）系统,对全站工艺流程集中监控管理,实时监测各工艺环节运行参数,对操作频繁、影响处理效果的关键工艺实行自动控[4].
（5）锅炉运行安全控制.注汽锅炉是稠油热采蒸汽的关键生产设备,具有高温高压、易燃易爆、且分布广（近百平方公里）、能耗大（占稠油开发成本70%）,设计保护回路,锅炉供水流量、燃气风门配比、汽水分离器液位、蒸汽温压自动控制,保障锅炉安全运行,提高蒸汽品质,降低锅炉能耗.将锅炉运行数据接入厂级监控系统,实现远程集中监控管理,减少人员进入高温高压场所的次数,降低单台锅炉管理人数和安全风险.
（6）生产现场视频监控.稠油油田生产区域分布广,与兵、地、企结合,安全情况复杂.稠油常规井多,因单井产量低、开发周期短而没有配套井口采集控制系,日常管理需要人员多.在关键设备间设置视频监控,油区建立高空瞭望系统,图像智能分析、定期巡视管理,实现锅炉、关键机泵设备运行过程可视化,以及油区日常生产作业的大范围监管.
2.2 数据传输建设.针对油区面积广、地势落差大、设备分布不均、施工成本高的不利因素,研究异构混合组网数据传输技术,通过“无线+ 有线”方式建立生产数据传输专用网络.现场计量管汇与转油站间无线短波（Zigbee）传输,解决线缆敷设施工量大、故障率高问题；井区数据传输采用4GTD-LTE 无线,实现大区域覆盖；边远区域采用WIFI 无线传输,与4G 无线网络互为补充.“短波+WIFI+4G+ 光纤”混合组网有效覆盖百平方公里油区,部署防火墙、隔离网闸等网络安全设备,实现传输带宽、可靠性与建设成本的有机统一.
2.3 生产管理建设.
（1）独立控制器集成.稠油油田规模大,建设时间跨度大,设备厂商多,型号种类多,协议类型多,形成大小不一相对封闭的信息孤岛.通过统一异构控制器数据远传通讯协议、接口以及上位系统驱动程序,即“三统一”的方式,集成国内外多种型号、多套独立站控系统,实现控制系统互联互通、信息共享.
（2） 集中监控指挥.建立SCADA 系统（SupervisoryControl And Data Acquisition,数据采集与监视控制系统）涵盖生产全流程,系统功能包括生产流程监测、数据参数表、数据分析、自动计量、管网监测、系统管理六大功能.开发报警辅助分析系统,报警参数分级分类管理,应用多参数协同预警机制,减少无效报警,关键参数、节点工况、突变信息实时预警,实时短信推送.依托监控系统,厂级监控中心设置常规采油、SAGD 采油、供汽、集输以及综合监屏岗,报表分析岗,生产视频监控岗对全油田生产参数,设备运转参数、环境信息实时监控,及时发现工况异常变化,及时指挥协调,及时处置,保障生产安全稳定运行.
三、结论
结合稠油油田工艺特点,对生产关键环节配套物联网技术及设备,培养物联网技术管理生产的理念,油田全员参与,实现了物联网的经济快速建设与深化应用.依托物联网建立了厂监控中心与巡检班组间的生产信息快速传递方式,简化了管理层级,提高了生产本质安全,减少了应急事件,降低了生产运行成本,实现了2700 余人对200 万吨大型稠油油田扁平化管理,社会经济效益显著,有较好的推广应用前景.H
物联网论文范文结:
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