SCADA系统在油田中的应用探析

阿斯兰·阿不力米提

（中油（新疆）石油工程有限公司，新疆克拉玛依，834000）

0 引言

中国特色社会主义市场经济的高度发展，离不开石油资源的支持，但是在现代化建设基本取得成功的今天，传统的石油生产管理模式已经不再具有使用价值，通过更加先进的技术措施对石油生产过程中的生产设备和生产数据进行监测，是未来我国石油工业发展的必然趋向。但是从实际情况来看，很多油田仍然没有完成信息收集及检测控制的现代化建设，这影响了油田的长远发展，在这种情况下对SCADA系统在油田中的应用进行分析，寻找行之有效的应用要点和应用方法，明显具有不可估量的现实意义。

1 SCADA系统概述

1.1 SCADA系统构成

SCADA系统具有一定的复杂性，兼容方式比较多（见表1），它的主要结构可以分成分布式数据采集系统和数据的展示与处理系统两部分，其中的的分布式数据采集系统是主要功能部分，常见的系统构成设备包括:①以电学信号为基础的转化设备，各种各样的传感器都可以归纳到这个范围内，在油田生产中，这些传感设备发挥了巨大的积极作用，各种各样的仪表也为工作人员提供了准确的数据支持，它们能够把管道网络当中的石油流量、压力等转化成电信号，而电信号再传输到系统中进行分析和保存，工作人员就能够根据不同区域的电信号数据判断开采是否正常进行、管道是否密闭等。经过技术人员持续不断地努力，目前我国的石油管道网络越来越成熟，而以电信号为基础的转化设备，在其中扮演了重要角色。②视频监控设备，这类设备往往被用在石油生产中比较重要的区域，其具有对现场情况进行实时监控、保存现场视频信息等功能，在专业的工作人员操作下，其还能够与计算机系统进行融合，完成视频数据的传输和回看等，为油田管理提供有力支持。

表1 SCADA三种兼容方式

3 软件平台接入开发 对现有SCADA数字化管理平台做数据对接开发

1.2 SCADA系统原理

SCADA系统的运行原理并不复杂，通常来说可以从两方面进行理解:首先，可以认为其形成了“类反馈控制系统”的控制机制，其次可以认为其形成了反馈控制系统，工作人员可以借助SCADA系统对油田生产过程中的各类数据信息进行有效查验及调用，从而保证油田管理及监控效果。

1.3 SCADA系统功能使用优点

首先，SCADA系统具有对数据进行集中统一监控的功能。在实际应用中，SCADA系统已经在井站压力、温度流量等数据的采集中发挥了一定的作用，工作人员可以通过直接联系到服务器的客户端对其采集到的信息进行查看。此外，和过去常用的站控系统比较起来，SCADA系统明显具有数据共享速度快、信息保存稳定性突出的特点。其次，SCADA系统能够实现数据链标准化管理。相比于传统的站控系统，SCADA系统能够把油田生产的实际数据直接进行标准化处理，节约了数据传输和单独处理所需要的时间，让基于SCADA系统的油田生产管理更加高效、更加稳定。另外，SCADA系统能够有效完成统一的平台管理。SCADA系统的推广，让油田的各个管理部门得以在同一个数据系统中开展工作，工作人员可以根据自己的工作职责，对有关数据进行调用、对负责区域的生产情况进行监管调整，在有必要的情况下还可以摘取特定期间的数据进行单独应用，保证油田生产管理的有效性。SCADA系统还能够把本来分散的井站联系起来，让监控中心的指令同时下达到各个井站，以便于工作人员更好地完成任务。同时，SCADA系统还具有报表的自动生成功能。SCADA系统的普及，解决了过去油田管理中报表问题，能够自动生成报表，在有需要的情况下，工作人员还可以手动进行调整，这保证了油田生产管理的有效性，解决了过去数据信息丢失的问题，经过整理以后确定下来的报表，还能第一时间上传到监控中心，保证了监控中心对油田总体局面的掌控力度。最后，SCADA系统还具有报警预警功能。在实际应用中，SCADA系统能够为工作人员提供级别不同、方向不同的警报，工作人员就可以根据不同的报警信号进行及时处理，另外为保证万无一失，SCADA系统还具有短信报警功能，进一步解决了工作人员无法及时接到警报的问题。从整体来看，SCADA系统的应用让油田生产管理等变得更加高效而简便，通过服务器和智能终端设备的配合，从根本上解决了传统站控系统中存在的一系列问题。

2 SCADA系统在油田中的应用

2.1 SCADA系统的应用方法

第一，传感器配置。SCADA系统比较复杂，在实际应用的过程中，工作人员需要根据实际情况确定装置配置方案等，才能保证信息收集的全面性，经过几十年的发展，我国的传感设备和监测仪表等都非常完善，它们能够顺利地把对应目标信号转化为电信号，而电信号则能够通过线路传输到监控中心，为工作人员提供有力的数据参考。在今后的工作中，有关人员还应考虑到电力控制系统、区域或空间环境的监控设施等特殊情况，根据截然不同的管理需求和信息采集需求，配置合理的传感器设备，比如说涉及到环境和大规模区域监测时，可利用监控探头获取该区域的视频信号，以此为基础进行监管才能取得最佳的成果。第二，通信装置配置。在保证了SCADA系统传感器装置的合理性以后，工作人员还需要考虑到油田生产的特殊性，为SCADA系统配备相应的通信装置。具体来说，工作人员应对油田生产实际情况进行了解，并对目前执行的信息传输方法进行分析，在明确数据传输目标的基础上，对通信装置的配置方法进行调整。比如说在传递视频数据的时候，涉及到的数据量比较大，因此，工作人员需要对信息传输的精确度要求等进行了解，选择具有对应输送能力的线缆材料，并选用分布式监管设备完成对多个井站的同步通信管理。第三，信息分析软件配置。SCADA系统有一定的复杂性，其能够实现视频信号、压力信号、温度信号等多方面信号的收集整合，因此对信息分析软件有比较高的要求，目前常见的信息软件主要包括自动化的控制系统以及直接向外展示的信息系统，在自动化控制系统的支持下，传统的控制措施失去了应用价值，工作人员可以通过PID控制、PLC控制等实现对传感器信息的直接显示，解决了过去数据需要经过处理才能展示的问题，保证了问题的发现效率。同时，SCADA系统中的信息分析软件还能够对传感器收集到的各类信息进行综合研判，将得到的数据和标准化模型进行比对，在发现其与标准化模型有差异的情况下，系统可自动调整该数据，确保SCADA系统的正常运行。第四，信息分析硬件配置。信息数据分析是SCADA系统应用中最复杂的一个步骤，在这个过程中，系统可以对各个井站回收到的信息进行计算分析，并通过信息分析软件完成数据调整等。不难看出，在这个过程中信息分析硬件设备同样扮演着重要角色，目前比较常见的信息分析硬件设备主要可以分成以下几方面进行理解:①包括信息传感器、监控探头的信息采集设备，这些采集设备具有一定的专业性，能够保证信息获取的效率。②保证信息分析软件运行效果的计算机设备，计算机设备的性能往往高于普通的计算机，能够满足信息处理软件的性能需求，保证数据信息得到第一时间的有效应用。③具有辅助功能的设备，SCADA系统是一个软硬件相统一、信息收集处理传输兼具的复杂系统，想要保证SCADA系统正常运行，离不开电力装置、安全保障装置等一系列辅助设备的支持。第五，管理模型升级方法。SCADA系统在油田中的应用，起到了不可估量的积极作用，而结合不同的控制系统来看，工作人员需要根据实际情况对管理模型进行调整，以保证SCADA系统能够更好地适应不同油田的管理需求。经过技术人员不断地探索，传统模式下常用的PID控制系统逐渐被淘汰，通过对信号放大倍数、自然震动频率的有效调整，最终的控制效果将会得到保障。

2.2 SCADA系统的应用要点

2.2.1 传感器要点

传感器是SCADA系统的重要组成部分，在配置传感器的过程中，工作人员务必要结合SCADA系统本身的信息收集需求和数据处理需求，在专业化技术人员的协同下确定合理的配置方案，并对其中涉及到信号转换等问题的内容进行单独论证，确保确定下来的传感器配置方案能够与油田生产管理的实际情况相符，达到提升SCADA系统运行稳定性的效果。除此之外，还需要采取措施对传感器进行自动化和智能化改造，在保证其基础功能的前提下，通过技术改造进一步提升传感器采集功能，使之能够实时测量并分析各个子区域的管网参数，为后续的工作打下坚实的基础。

2.2.2 通信装置要点

通信装置的质量决定了SCADA系统的最终应用价值，一旦通信装置出现质量问题，整个SCADA系统中的数据信息都无法继续发挥作用，因此工作人员必须要保证通信装置配置效果。首先，要从整体出发、考虑到通信装置的整体运行效果，做好协调工作，对油田生产中采集到的视频信号和电信号进行统一处理。针对视频信号，工作人员需要进行特殊考量，这主要是因为视频监控所获取到的数据量非常大。因此，在传输通信的过程中很可能发生丢失或损坏，这给通信装置的性能带来了一定的挑战，工作人员需要考虑油田生产中可能产生的最大视频信号瞬时字节流量，并据此确定通信装置的使用方案等。其次，要做好数据的固定传递方案建设工作，油田生产中会产生大量信息，而在对这些信息进行处理的时候，有一部分信息数据不需要与其他数据进行统筹传输，比如说有一部分数据需要进行精确传输，对通信装置的要求比较高，工作人员就可以建设专门的线路保证其传输效果，确保通信装置配置的专业化水平。第三，要关注新型技术的发展并将其应用到SCADA系统通信装置配置中去，在过去的技术支持下，油田生产中的一部分监测信息不能被第一时间传输到监控中心，而在第五代通信技术的支持下，数据传输的速度将更快、传输的稳定性将更可观，工作人员还需要不断探索其他与SCADA系统通信息息相关的新技术，保证SCADA系统通信先进性。

2.2.3 分析软件要点

SCADA系统的应用价值无需赘述，但是它的运行复杂性也不容忽视，特别是信息软件更是其中的重中之重，工作人员必须要结合SCADA系统与油田生产的实际情况，确定软件配置的要点和大致方向，在此基础上对现行的分析软件进行研究，确定其中不合理、不符合新时期油田生产管理需求的部分并进行调整。设置分析软件的时候，工作人员需要妥善处理油田生产管理信息安全性问题，同时定期做好分析软件的升级改造工作，以确保分析软件配置质量。除此之外，还需要结合SCADA系统的运行模式，对软件的信息处理精度进行调整，使之能够在大量数据的同步处理中保持稳定，杜绝因分析软件故障而导致其他问题的可能性。

2.2.4 系统硬件要点

SCADA系统还包括一系列硬件设备，不同的硬件设备有着截然不同的应用方向，比如说上文提到的传感器、保证系统正常运行的供电设备、确保分析软件运作的计算机等，都属于硬件设备的一部分，工作人员要严格遵守SCADA系统运行需求，确定硬件设备配置方案。首先，要保证硬件设备的性能和运行效果能够支持SCADA系统发挥应有的作用，同时还需要对硬件设备的长期运行效果进行检测，确保其能够在建成后稳定地发挥作用。另外，为确保SCADA系统万无一失，工作人员还需要在确定配置方案以后，对各种硬件设备进行质量检验，确定其能够符合系统要求且没有任何故障以后再行安装，降低运行后短时间发生运行故障的可能性。

3 结语

石油资源是我国社会发展的重要自然资源之一，在过去一段时间内，SCADA系统在油田中的应用，保证了油田生产管理的有效性，解决了传统站控系统中存在的一系列问题。但是这并不意味着我国的SCADA系统已经完全成熟，在今后的工作中，技术人员仍然需要根据油田工作实际情况，对SCADA系统的分析软件、硬件设备、信息装置、通信装置等进行调整，不断优化它们的性能，使之在油田中发挥更大的作用。