智能工业力控数字化油田整体解决方案
智能工业力控数字化油田整体解决方案
一、概述
某油田是一个复杂的、多层结构的信息化系统，集成了多种硬件平台、软件平台、多种开发工具，是多个厂家共同实施和开发的特大型“数字化”项目。该项目实施周期长，项目中采用了几千套的监控组态软件作为基础的油井、气井、联合站、集输等油田关键生产的数据采集与集成。同时企业实时数据库pSpace 作为海量分布式数据管理平台起到集中数据处理与存储的作用，系列产品作为基础的自动化软件平台和数据中心管理平台，为数字化油田基础的数据采集与管理发挥了巨大的作用。
二、数字化油田介绍
随着一些油田逐步进入石油开采后期，如何提高石油采收率、降低人力成本，已成为油田最为迫切的需求。我国各大油田已将“数字化油田建设”和“两次开发、三次采油和水注挖潜”等技术，作为当前发展的首要任务。
1、数字化油田概念
数字油田一般可以描述为：是以油田为研究对象，以计算机和高速网络为载体，以空间坐标信息为参考，将油田的生产和管理的多种数据进行高度融合。在建立油田生产和管理流程各种优化模型的基础上，利用仿真和虚拟等技术对数据进行多维可视化表达，实现横向上涵盖整个油田地域，纵向上油田从地面到地下的多层次信息定位，提高油田总体信息分析能力，以支持油田的勘探和开发等关键业务深入需要。从总体上辅助油田经营管理的决策分析，进一步挖掘各个环节的潜在的价值，为油田企业可持续发展创造良好信息支撑环境。
数字化在信息化整体架构上是生产的最前端，以井、站、管线等基本单元的生产过程监控为主，完成数据的采集、过程监控、动态分析，发现问题、解决问题维持正常生产。与其他系统建立统一的数据接口，实现数据的共享，以生产过程管理为主的信息系统，是油田信息系统功能的延伸和扩充。所有管理子系统的建设主要为监管、分析、优化、更新实际生产相关的各个环节工作，达到高效智能化的企业化管理目标。油田数字化管理流程包括数据采集系统、井站监控平台、厂、作业区生产管理平台。
2、油田数字化建设应用前景
目前油田采油区范围大，油井地点分散，数量多，抽油机都在野外工作，数据的提取是依靠人工手抄，带来的工作繁琐，工作量大。而且数据不能得到很好的集中统一管理，对设备运行情况不能及时检测、记录和统计，巡视、维修检修也相对困难，浪费大量的人力和物力。多数采油单位只能从保障设备能正常运行角度对油井进行管理，没有对油田能源的使用进行精益管理，利用率低。
数字油田是油田企业生产、科研、管理和决策的综合基础信息平台。它将对油田信息化建设起着统领和导向的作用。数字油田已经表现出广阔的应用前景：
(1)数字油田建设可以大幅度提高油田勘探开发研究和辅助决策水平，促进油田的可持续发展。
(2)数字油田建设可以优化生产流程，大幅度提升油田生产运行质量。
(3)数字油田建设可以促进油田改革的进一步深化，提高油田经营管理水平。
三、数字化油田建设
1、项目的规划
数字化油田项目采用面向SOA 的服务多层架构，该系统与地理信息系统、视频系统、管理信息系统无缝集成，所有的生产数据完全由自动化软件平台采用分布式构架进行远程汇总。以建设“油气田生产运行管理系统”为枢纽，建立面向油气田生产、科研、管理、经营的生产管理调度系统和信息资源共享平台，做到油气田生产管理指挥智能化、办公自动化、管理信息化、信息资源网络化、业务处理电子化以及决策科学信息化，实现油气田生产管理的高度协调统一，把油气田建设成为现代化的数字油气田。
油田采气厂与输油处SCADA 系统，先将采气厂与输油处的数据由各个分厂采集至信息中心，为生产与调度提供原始数据, 在信息中心采用企业级的实时、历史数据库，汇集各采油(气) 厂的数据，同时与地理信息系统、视频系统、管理信息系统无缝集成，将超过众多厂家的SI 在统一平台上进行开发、实施和部署。将所有厂区工艺画面都进行了整合发布，通过Web 浏览器即可访问到某厂的某个站控系统具体运行情况。
2、在数字油田的整体设计方案
监控组态软件ForceControl 作为基础的油井、气井、联合站、集输等油田关键生产的数据采集与集成平台，企业实时数据库pSpace 作为海量数据管理平台起
到集中数据处理的作用。信息中心针对数据管理平台配备两台冗余的服务器，在内网中运行，为确保网络安全，专门配置一台双网卡服务器, 一网口采集第三方软件的数据，另一网口接入至VPN 专网。ForceControl 组态软件以OPC 方式采集第三方的数据, 将采集的数据一方面交由本地实时数据库pSpace 处理，另一方面通过的NetServer 组件，供远端实时数据库pSpace 快速访问数据。各分厂需要采集的数据经分布式实时数据库pSpace 进行数据汇总后，统一送到面向SOA 服务结构的管理系统中。
厂级调度中心提供系统的全部功能，实现在调度中心通过计算机系统远程监控场站、天然气输配管网的运行情况。企业级实时数据库pSpace 负责处理、存储、管理从场站、输配管网各远程站点传送来的实时数据，同时又为网络中的其它服务器和工作站提供实时数据。历史数据经压缩处理后存放在历史库中，也可以通过pSpace 写入关系型数据库ORACLE 中。
3、在采油(气) 厂的解决方案
(1)井场控制站现有PLC/RTU负责采集井场的数据，如压力，流量，温度等等，通过GPRS/电台的方式往集气站发送数据。
(2)集气站装有PC 机，安装组态软件，采集来自井场的数据，同时在集气站设置RTU 采集单元，将一些集气站的信号进行采集并上发。
(3)建造2-3座天然气处理厂，通过光纤采集若干集气站的数据，同时处理厂装有DCS 控制系统，采集本厂的数据。
(4)通过在输油管道关键部位、油气区重点路段和井场、井站安装视频监控、设置电子视频跟踪锁定及传声警示等电子遥控系统，实现异常情况自动报警，监控出入油区的车辆、人员。
(5)在油气厂调度中心，安装具有很高性能的实时数据库pSpace ，通过光纤采集集气站的数据和天然气处理厂以及来自管网的数据，实现统一的管理。
4、调度中心数据平台
在数字化油田建设中，企业级的实时历史数据库pSpace 为核心，汇集各采油(气) 厂的数据，将超过20家的SI 在统一平台上进行开发、实施和部署。将所有厂区工艺画面都进行了适合于WEB 发布的形式重新组态，可以很直观的从电子地图访问到某厂的某个站控系统当前的运行情况。
企业级实时历史数据库pSpace ，可以满足数字化油田的实时数据集成和海量的历史数据存储需求，其最大百万点的应用规模、30万次/秒的数据点并发写入速度、最高15万点/秒的查询速度、先进强大的压缩算法最高达到40：1的数据压缩比。数据库服务器支持Windows 、UNIX 、Linux 等操作系统，并且支持数据冗余备份，极大提高了数据的安全性和数据处理效率。
企业级实时历史数据库是一个具有标准接口的、可二次开发的平台。其能完成来自DCS 、FCS 、RTU 、流量计算仪、流量计算机及其他各种具有或不具有标准通讯接口的控制系统的实时数据，并且实现采集、存储、压缩等功能，以及对实时数据和历史数据的检索、统计、分析、建模，并进行曲线、图表显示。可以实现流程性工业中典型的应用功能，如工艺流程图展现、历史曲线分析、历史报警分析、报表管理等。同时，该数据库能为其他管理软件提供高效的数据接口，也可以将整理后的数据通过pSpace 直接写入关系数据库，实现数据与其他管理软件的双向通讯。