浅谈整装油田控制系统的规划及应用
浅谈整装油田控制系统的规划及应用
摘要：以某整装油田项目为背景，给出整装油田控制系统架构，论述从井口、计量站、接转站
到中心处理站的系统所构成。根据工艺站场的复杂程度，对不同的控制系统特性进行分析和阐
述，从而确定采用的控制系统类型，本文涵盖了目前油田主要使用的控制系统。
关键词：整装油田; 系统架构; 控制系统;
The Control System Design and Study for the Whole Oilfield
Zhao Caixian Zhang Jingyu
China Petroleum Engineering & Construction Corp Beijing Branch Electronic and Electrical
Engineering College,Lanzhou Petrochemical Polytechnic
Abstract：Showing the whole oilfield control system architecture based on one whole oilfield
project, it will describe the system form for the wellhead, OGM, FPF and CPF. It will give the
different control system characteristic and analysis based on the process complexity to decide which
type of control system will be used. This paper cover the main control systems used in the oilfield.
0 引言
一般油田生产面积大、油井分布广、站场多而分散，需要大量的人力物力对油田设施设备进行
巡查和检修；同时随着环保要求越来越严格，油田处理设施也变得越来越复杂，这就要求油田
需进一步提高油田的自动化和信息化建设，以应对生产成本的上升和快速变化的市场需求。尽
管部分油田已经进行了自动化和信息化的升级改造，但多以独立的形势存在，整个油田的控制
系统没有形成完整的体系，对于油田的生产决策仍然存在信息不准确和滞后性。本文将以某油
田项目建设为背景，详细论述整装油田从井口、计量站、接转站到中心处理站等各个站场控制
系统的设置原则，为油田的统筹规划提供解决方案。
1 油田控制系统简介
通常根据数据处理规模和系统功能需求，油田控制系统有如下几种：数据采集与监控系统
（SCADA 系统），集散控制系统（DCS 系统），可编程逻辑控制系统（PLC 系统），安全仪
表系统（SIS 系统），火气系统（FGS 系统）和远程终端单元（RTU）。
SCADA 系统是一个开放的系统，支持很多国际上通用的协议，比如：OPC 协议，TCP/IP 协
议，Modbus RTU 协议，NTP 协议等。此系统主要负责数据采集，控制与存储，形成生产报
表。
图1 整装油田控制系统架构图
DCS 系统一般应用于大型站场工艺设施的监视和控制，此系统可以接收成千上万块现场仪表的
输入输出信号。数据处理能力强大，可以实现复杂的连续控制，并且支持很多先进控制算法，
比如预测控制算法、神经网络算法、优化算法等，可以实现复杂工艺的卡边控制，使原油处理
指标达到更高的要求。
PLC 系统最开始应用于批量处理工艺流程，只能接收数字量信号，对于复杂的逻辑判断与处理
有较大的优势。随着技术的进步 PLC 系统也可以很好地处理模拟量，因此逐渐地在石油化工的
连续流程工艺中得到广泛应用。但信号处理规模仍然有一定的限制，对于工艺设施简单的中小
型规模站场比较适用，可以进行数据采集，报警联锁和复杂回路控制。
SIS 系统作为工厂的安全保护系统，主要作用是在工艺流程失控之后保护工艺装置和设备，防
止有毒有害介质释放到外界造成人员伤害和环境污染。当被检测的工艺参数达到系统中设定的
报警值时，系统将自动触发联锁关断使得部分装置停车或者全场停车，防止工况进一步恶化。
在油气生产过程中免不了会有气体泄漏或者火灾发生，为了保护人员和设备安全，需要在现场
设置气体探测器和火焰探测器，这些探测器的信号将进入独立的 FGS 系统，实现报警并联锁触
发现场声光报警器，提醒现场操作人员，远离危险源。
整个油田的系统架构如图 1所示，SCADA 系统作为油田控制系统的最顶层系统，负责全油田
的数据采集与控制。各个站场根据工艺流程的复杂程度和功能需求设置相应的站控制系统，实
现本地站场工艺设备的控制和数据上传。SCADA 系统可以对控制权限进行管理，正常情况下
由SCADA 系统进行远程控制，当SCADA 系统收到站控制系统控制权限请求时，可以把控制
权限下放到站控制系统一级；或者当通信网络中断时，站控制系统自动接管控制权限，保证控
制的连续性和安全性。
2 井口及计量站远程终端单元的设置[1]
油田井口工艺设施比较简单，根据采油方式不同会有抽油机井、电潜泵井和自喷井。一般需要
监测井口的温度、压力、示功图模块数据、井口控制盘数据、电潜泵数据等，井的类型不同，
采集的数据量也会有一定的差别，但总体在几十个数据点范围内，因此设置一套小规模的远程
终端单元（RTU）负责井口数据的采集和上传即可。
RTU 有一体化和模块化两种类型，一体化的 RTU 结构比较紧凑，处理器（CPU）单元、电源
单元、通信单元、输入输出单元等都集成在一起，体积小、耗电量少，不需要专门的机柜室进
行放置。在无外电的情况下也可以借助太阳能供电，并且 RTU 的宽温性能使其更适应恶劣的
环境，对于偏远地区的单井井口是一种很好的选择。但一体化的 RTU 输入输出接口数量有
限，无法进行较大量的扩容改造，并且其中一个单元故障就需要整体更换。
计量站负责油井产液量、产气量的计量，主要由计量汇管、量油设施和收发球筒等工艺设施组
成。站内检测回路较多，还需要对气量和液量进行单回路自动控制，但一体化 RTU 已无法满
足要求，并且为了保证系统的可靠性，通常情况下要求 RTU 的CPU 单元、电源单元、通信单
元和控制回路单元进行冗余配置，以保证其中一个单元出现故障，自动切换到备用单元，保证
系统的连续运行和工艺设施的安全。因此，模块化的 RTU 将是一个很好的选择，各个单元以
卡件的形式独立存在，并且支持热插拔。当一个卡件出现故障的时候，移除故障卡件直接插入
新的卡件即可。一般在设计中都有备用卡槽，当计量站扩容改造输入输出接口不够用时，可购
买新的卡件插入备用卡槽即可，可维护性和可扩展性比较好，但占用的空间也相对较大，一般
采用标准机柜进行安装，如果放置在户外需要采用 IP65 级的机柜，防止灰尘和雨水进入机柜
损坏元器件。
RTU 采集的数据需要上传到SCADA 系统进行集中监控，可以根据通信依托条件选择光缆传输
方式，或者采用无线通信方式，如微波或者无线 4G 方式。
3 接转站控制系统的设置
接转站主要汇集单井井口来油和计量站来油，进行简单地处理后通过转油泵输送到中心处理
站，站内设施相对比较复杂。对于常规的过程控制设置一套PLC 系统进行数据监控，由于站内
存在油气泄漏的风险，因而需要设置单独的火气系统（FGS）。为防止上游来液超出设计容量
或者操作不当造成介质溢流或者压力过高损坏工艺设备，需要设置安全仪表（SIS）系统。此 3
套系统为独立的控制系统，其安全级别和操作要求也不尽相同。
PLC[2]系统为常规的工艺操作系统，可以进行正常地开阀关阀，启泵停泵，修改报警值，修改
控制回路设定值等参数，以满足正常的工艺生产操作，减少现场操作频次，降低操作人员劳动
强度。
FGS[3]系统主要接收现场可燃气体探测器、有毒气体探测器和火焰探测器的检测信号。当输入
信号达到报警值时，输出报警信号到操作员工作站上提醒操作员。受制于探测原理的限制，探
测器误报率比较高，为避免装置频繁停车影响生产，通常 FGS 只做报警控制不做联锁关断。待
操作员现场确认后，进行相应的关断操作。规范中并没有对 FGS 系统的安全完整性等级
（SIL）做出要求，但为了系统的可靠性，通常要求采用 SIL 3 等级的 FGS 系统。
摘要：
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浅谈整装油田控制系统的规划及应用摘要：以某整装油田项目为背景，给出整装油田控制系统架构，论述从井口、计量站、接转站到中心处理站的系统所构成。根据工艺站场的复杂程度，对不同的控制系统特性进行分析和阐述，从而确定采用的控制系统类型，本文涵盖了目前油田主要使用的控制系统。关键词：整装油田;系统架构;控制系统;TheControlSystemDesignandStudyfortheWholeOilfieldZhaoCaixianZhangJingyuChinaPetroleumEngineering&ConstructionCorpBeijingBranchElectronicandElectrica...
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