井站自動(dòng)化系統(tǒng)是油田地面工程自動(dòng)化系統(tǒng)最底層、范圍最廣、最關(guān)鍵的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制系統(tǒng)，主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)井口、站點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和控制，以及現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控功能。包括：抽油機(jī)油井、螺桿泵油井、電潛泵油井、注水井，以及計(jì)量配水站等。
1.項(xiàng)目介紹
中國(guó)石油冀東油田公司是中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司所屬地區(qū)公司，集油氣勘探、開(kāi)發(fā)、研究、生產(chǎn)、銷(xiāo)售為一體的大型石油公司。作業(yè)區(qū)域跨唐山、秦皇島兩市，登記探礦權(quán)面積5797平方千米，有利勘探面積1570平方千米，其中：陸地面積570平方千米，灘海面積1000平方千米。
自2000年以以來(lái)，冀東油田在部分區(qū)塊已經(jīng)建立了井站自動(dòng)化系統(tǒng)，典型系統(tǒng)如高尚堡作業(yè)區(qū)，覆蓋了25個(gè)計(jì)量站、約400口油井。但是原有系統(tǒng)的覆蓋面小，對(duì)于整個(gè)冀東油田而言，仍有一半以上的井口、站點(diǎn)尚未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控；另一方面，隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，在已有系統(tǒng)中，早期建成的部分系統(tǒng)采用的產(chǎn)品和技術(shù)已經(jīng)逐漸失去了先進(jìn)性，在使用維護(hù)過(guò)程中暴露出的一些問(wèn)題。
2010年冀東油田的井站自動(dòng)化系統(tǒng)項(xiàng)目，包括無(wú)線油水井監(jiān)控工程、作業(yè)區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)完善兩大部分。前者完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的抽油機(jī)油井、螺桿泵油井、電潛泵油井、注水井的自動(dòng)化建設(shè)，后者則針對(duì)中控室和計(jì)量站進(jìn)行建設(shè)。最終要在2010年建立起覆蓋整個(gè)油田的、技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠、便于使用維護(hù)的油田數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化油田的建設(shè)目標(biāo)。
在實(shí)時(shí)監(jiān)控方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)油井的遠(yuǎn)程示功圖采集、電量采集和中控室遠(yuǎn)程啟停控制，以及計(jì)量站的自動(dòng)計(jì)量和站內(nèi)無(wú)人值守；在生產(chǎn)管理方面，通過(guò)抽油機(jī)示功圖對(duì)油井工況進(jìn)行診斷分析，通過(guò)電量數(shù)據(jù)掌握油井耗電情況和采取節(jié)能措施，通過(guò)功圖計(jì)產(chǎn)、計(jì)量站量油和含水率分析制定油井管理措施；在生產(chǎn)信息方面，在各個(gè)中控室設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和WEB發(fā)布服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)信息在油田范圍內(nèi)的信息共享。
1.1無(wú)線油水井監(jiān)控工程
既包括新建區(qū)塊（對(duì)原來(lái)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的區(qū)塊進(jìn)行自動(dòng)化建設(shè)），也包括老區(qū)塊改造（對(duì)已有自動(dòng)化的區(qū)進(jìn)行改造和完善）。其中新建區(qū)塊的抽油機(jī)井約1000口、螺桿泵井約100口、電潛泵井約150口，此外還包括幾十口注水井；老區(qū)塊改造的油水井總數(shù)約數(shù)百口。這些油水井隸屬于共計(jì)160多個(gè)計(jì)量站，每個(gè)計(jì)量站的周邊1公里距離內(nèi)，下轄少則數(shù)個(gè)、多則20余個(gè)井口。
各種井口要實(shí)現(xiàn)的功能如下：
1.2作業(yè)區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)完善
項(xiàng)目為了完善冀東油田作業(yè)區(qū)控制系統(tǒng)，涉及到了陸上和南堡兩個(gè)采油作業(yè)區(qū)，要求軟件分別開(kāi)發(fā)，功能和界面保持一致。其中陸上作業(yè)區(qū)分別在8個(gè)采油區(qū)建立控制室，實(shí)現(xiàn)各自采油區(qū)所轄油水井和集輸系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無(wú)集中的陸上作業(yè)區(qū)SCADA中控室。
陸上作業(yè)區(qū)的第1、2、3采油區(qū)3個(gè)控制室作為遠(yuǎn)端監(jiān)控終端，網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)中心設(shè)在原柳贊作業(yè)區(qū)中控室機(jī)房，配備數(shù)據(jù)和發(fā)布服務(wù)器、交換機(jī)等設(shè)備；第4、5、6采油區(qū)3個(gè)控制室作為遠(yuǎn)端監(jiān)控終端，網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)中心設(shè)在原高尚堡作業(yè)區(qū)中控室機(jī)房，配備數(shù)據(jù)和發(fā)布服務(wù)器、交換機(jī)等設(shè)備；第7、8采油區(qū)2個(gè)控制室作為遠(yuǎn)端監(jiān)控終端，網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)中心設(shè)在原老爺廟作業(yè)區(qū)中控室機(jī)房，配備數(shù)據(jù)和發(fā)布服務(wù)器、交換機(jī)等設(shè)備。
南堡油田采油作業(yè)區(qū)涉及陸岸平臺(tái)、NP2-3平臺(tái)、2號(hào)人工島分屬1號(hào)島采油隊(duì)、NP2-3采油隊(duì)和2號(hào)島采油隊(duì)。1號(hào)島采油隊(duì)控制室直接進(jìn)原SCADA中心；NP2-3平臺(tái)監(jiān)控設(shè)備與轉(zhuǎn)油站控制設(shè)備設(shè)在同一控制室（在建）；在2號(hào)島新建采油隊(duì)控制室。南堡作業(yè)區(qū)原SCADA中心作為南堡作業(yè)區(qū)中控室，可直接操作各采油隊(duì)監(jiān)控設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和發(fā)布。
總體數(shù)據(jù)采集走向如下圖:
2.井站自動(dòng)化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品選型
井站自動(dòng)化系統(tǒng)主要由井口控制終端(RTU)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備、通訊鏈路、計(jì)量終端（PLC）、中心控制設(shè)備組成的一套（SCADA）數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。如何選用功能完備的RTU和檢測(cè)儀表、如何選用可靠的通訊方式進(jìn)行井口數(shù)據(jù)通訊以及如何使數(shù)據(jù)穩(wěn)定準(zhǔn)確及時(shí)的傳輸?shù)街锌厥遥紱Q定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實(shí)用性和可靠性。
在2010年的新系統(tǒng)建設(shè)和老區(qū)塊改造項(xiàng)目中，盡管各種油水井的功能同以前建設(shè)的已有系統(tǒng)類(lèi)似，但是在井站系統(tǒng)的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品、技術(shù)選型方面，卻發(fā)生了本質(zhì)的變化。
在產(chǎn)品選型方面，選用北京安控科技股份有限公司最新生產(chǎn)的高性能一體化RTU產(chǎn)品和無(wú)線儀表，安控產(chǎn)品既保留了其傳統(tǒng)的高性能、高可靠性等特點(diǎn)，同時(shí)又全面支持最新的ZigBee無(wú)線技術(shù)。對(duì)于冀東油田已有系統(tǒng)的老RTU，也采用北京安控公司的ZigBee無(wú)線通信模塊進(jìn)行改造，擴(kuò)充出無(wú)線通信接口。
在井站系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)方面，井口儀表與井口RTU之間、井口RTU與計(jì)量站數(shù)據(jù)采集器之間，均采用先進(jìn)的ZigBee無(wú)線技術(shù)，具備大容量、低功耗、高可靠性、高安全性的優(yōu)點(diǎn)，代表了短距離無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，并由此帶來(lái)施工簡(jiǎn)化、調(diào)試維護(hù)簡(jiǎn)單、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。計(jì)量站與上級(jí)作業(yè)區(qū)監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)通信和視頻傳輸，則采用了已有的光纖通信網(wǎng)絡(luò)。
2.1井站自動(dòng)化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
在高標(biāo)準(zhǔn)、高性能、高穩(wěn)定性的原則指導(dǎo)下，冀東油田井站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示，包括數(shù)據(jù)采集部分、網(wǎng)絡(luò)通訊部分和作業(yè)區(qū)監(jiān)控中心（中控室）三大部分：
2.2產(chǎn)品選型
在冀東井站自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)中，井口相關(guān)部分選用了北京安控科技股份有限公司的采集和控制設(shè)備。這些設(shè)備均支持ZigBee通信技術(shù)。ZigBee通信技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通訊技術(shù)。ZigBee技術(shù)是基于IEEE802.15.4物理層、MAC層和數(shù)據(jù)連接層上制定出的標(biāo)準(zhǔn)，具有高可靠、高性?xún)r(jià)比、低功耗的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)格。
北京安控科技股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“安控科技”），是專(zhuān)業(yè)從事工業(yè)級(jí)RTU產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售和系統(tǒng)集成業(yè)務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)，是行業(yè)領(lǐng)先的工業(yè)級(jí)RTU產(chǎn)品供應(yīng)商和系統(tǒng)集成服務(wù)商，擁有完善的遠(yuǎn)程控制終端（RTU）產(chǎn)品鏈，擁有完善的油氣田自動(dòng)化和環(huán)保在線監(jiān)測(cè)專(zhuān)用產(chǎn)品。
2.2.1無(wú)線電量模塊
抽油機(jī)井、電潛泵井的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，選用的是北京安控公司的Super32-L308無(wú)線電量模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)三相電壓、三相電流和對(duì)抽油機(jī)的啟停控制以及狀態(tài)采集。模塊具備6路AI、4路DI、4路DO通道。在通信接口方面，具備1個(gè)RS232接口、1個(gè)RS485接口，內(nèi)置了高性能的Zigbee通信芯片，并配套提供2.4G高增益天線。
Super32-L308無(wú)線電量模塊采用先進(jìn)的32位處理器，不僅能完成邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)控制，還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、通訊聯(lián)網(wǎng)等功能。與同類(lèi)RTU相比，具有更大的存儲(chǔ)容量，更強(qiáng)的計(jì)算功能，更簡(jiǎn)便的編程與開(kāi)發(fā)能力；強(qiáng)大的通訊組網(wǎng)能力和卓越的環(huán)境指標(biāo)特性，能夠適應(yīng)各種惡劣工況環(huán)境。通過(guò)無(wú)線通訊協(xié)議與計(jì)量間無(wú)線數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
2.2.2無(wú)線載荷位移傳感器
抽油機(jī)井選用了北京安控公司的SZ902N型號(hào)無(wú)線載荷位移傳感器，可自動(dòng)測(cè)量功圖和自動(dòng)測(cè)量沖次，實(shí)現(xiàn)對(duì)有桿泵示功圖的采集。示功圖數(shù)據(jù)以Zigbee無(wú)線通信方式，傳輸?shù)骄跓o(wú)線電量模塊和計(jì)量站無(wú)線數(shù)據(jù)采集器通信主站。
SZ902N型號(hào)無(wú)線載荷位移傳感器，設(shè)備簡(jiǎn)單，只有一個(gè)與傳統(tǒng)載荷傳感器相似的終端組成；安裝方便，與傳統(tǒng)的載荷傳感器安裝方法相同，但是免去了有線儀表電纜敷設(shè)的施工量，安裝簡(jiǎn)化快捷；運(yùn)行穩(wěn)定，使用電池供電，可消除外界電網(wǎng)干擾；安全防盜，示功儀與卡鎖一起上下運(yùn)動(dòng)，不易被人為破壞；技術(shù)先進(jìn)，可設(shè)置多個(gè)頻<
