油气集输优化系统设计论文

【摘要】本文针对富民联合站以污代清工程中站控系统升级改造所采用的DCS－TiSNet系统在富民联合站的应用情况，就该系统的构成及配置、软硬件组成以及功能进行分析描述，为油田推广升级站控系统提供一定的参考依据。今天小编给大家找来了《油气集输优化系统设计论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

油气集输优化系统设计论文 篇1：

油田地面集输管网的优化

摘要：油气资源是保障经济发展和社会进步的重要物质，在进行油气资源的管理过程中，加强地面集输管网的优化管理，可以更好的控制管理的成本，提高资源的利用效率。本文对地面集输管网的优化方案和优化技术进行了研究，希望为相关工作的开展，提供参考。

关键词：油田;地面集输管网;优化

前言：

油田的地面集输管网是油田进行集输管理系统中重要的组成，是保障油气资源良好储运的关键通道，对油田的正常运转发挥着重要的作用。同时，油田地面集输管网是当前油田企业建设中的主要部分，进行管网的优化应用，可以实现建设成本的有效控制。

一、油田地面集输管网的优化方案

在油田地面集输系统的机构中，整个系统由油井、中间站、集输管道、油库等几部分组成。首先，进行地面集输管网的优化，一定要结合油田企业的实际生产，对油井的生产能力、油井特点、设备使用、生产线设计、生产工艺应用等综合的内容进行全面的考虑，选择最优化的中转站规模和数量，并且对实际的生产工艺流程进行有效的设计，保证最大化的将集输管网的作用进行发挥。其次，随着技术的不断发展，在进行油田地面集输管网的优化过程中，还要充分的应用现代化的信息技术，实现优化手段的丰富性。比如，在实际的优化中，结合使用计算机运算、建模知识，进行系统的规划和设计，保证对整体的集输管网进行不断的优化。主要体现在以下五个方面。第一，结合油田企业的生产任务要求，整体集输管网的机构类型，进行综合的设计优化，选择最优化的管网结构形式进行应用。第二，根据数学模型的技术应用，在计算机技术的运算中，对模型进行有效的分析。第三，使用数学理论，对整体的方案进行不断的优化计算，实现设计方案的最优化效果。第四，在数学模型的应用中，对各种数据参数进行精确的计算，保证设计方案的准确可使用。第五，不断对模型的计算结果，结合实际工作进行对比分析，进一步的实现模型和计算方法的优化。

二、油田地面集输管网的优化技术

（一）最优化的理论应用

油田地面集输管网的应用，是保证油井、功能处理站、管道、油库等各个环节进行有效连接的保障，也是进行油气资源传输的有效通道，在进行优化设计的过程中，一定要根据后期的实际输送油气成分、生产量、传输压力等相关的数据进行有效的研究，并将这些数据作为主要的参考依据进行优化设计。另外，在进行科学优化方案的过程中，一定要对方案的施行性进行有效的评定和检验，要保证方案的最优化设计，在理论上达到最优化的应用。在进行优化方案的设计中，要对以下问题进行主要的把握：第一，要对油井和油站相连接的管网方式进行把握;第二，要对转油站的数量、规模进行把握;第三，要对计量站的规模进行把握。在实际的应用过程中，要根据中转站和油井之间的位置，进行整个集输管网的整体设计。

（二）油田井组的优化设计

在进行油田地面集输管网优化设计的过程中，一定要对油田的实际地理环境和位置环境等相关的因素进行综合的分析，还要对油田在不同的开发过程中，所处于的各种区块类型，需要选择使用的集输流程进行有效的分析，最终确定选择使用单井或者多井的模式，进行有效的油田集输应用。在进行井组的优化设计中，要对面积大、油井多的大规模油田，进行集中的井组优化设计，保证在集中的区域中，各个井组之间具有相似的地理环境，并且集油站的规模也大小一致。使用这种集中处理的方式，进行多个油井的生产集中管理，可以更好的进行建设成本、生产成本的有效控制，实现企业运用的最大化经济效益。但是在当前的油井分组管理过程中，经常以集输半径为主要的依据，进行距离之间的分组，忽视了规模的影响。在后期的应用中，应该进行加强优化。

（三）系统布局的优化

在油田的地面集输管网进行优化的过程中，要注意对整体的系统布局进行不断的优化。在管网系统中，不同的单元之间，进行管网的有效布局，可以将不同的作业单元，与集输管道进行统一的网络模型建立，然后在对模型的各种分析中，对数据进行优化计算，得出最佳的应用效果，保证最大化的规划理论，建设你发，然后确定整体的地面集输管网系统框架。通过这种方式，可以将不同的生产过程进行最优化的应用，保证不同单元的生产等级要求，然后实现整个集输系统的最优化应用。减少相关的费用投入，在后期的管理和维护中，效率更高。同时，利用这种方式进行系统设计，还可以对更加复杂的气候和地形进行应对，实现整体的集输稳定性、安全性。

（四）集输站选址的优化

在进行集输站的选址过程中，一定要对原油的传输线路进行有效的分析，要对不同的传输方式，线路规划等情况进行研究，保证油田在进行地面集输管网管理的过程中，距离上的最佳选择，从而更好的控制建设的成本，后期的运行成本。在进行优化设计的时候，要按照最短线路的原则进行有效的选择，使用定量选址的方法进行油田集输站点的位置设计，并对不同的位置进行对比分析，保证集输站点位置的选择最优化。另外，还要在进行位置选择的过程中，综合的对油田企业中的生产规模、油井的特点进行综合的分析，保证站点能够在后期的应用中发挥出最大的应用效果，对油气资源进行更科学、更合理的安全输运，实现企业经济效益的最大化。

三、结语

文章对油田地面集输管网的优化方案和优化技术进行了分析，为油田企业开展相关工作提供了研究的方向。在实际的应用过程中，也有效的实现了建设成本的有效控制、生产效率的显著提升，更好的促进了石油企业的发展。随着技术的不断研发，还可以进一步的进行相关的软件开发工作，实现更加智能化的应用。

参考文献

[1]周军，周柳玲，梁光川，陈川，李泽龙，黄薪宇，周轩.基于混合整数规划模型的星树型油气管网布局整体优化研究[J].中国海上油气，2020，32（06）：165-171.

[2]侯海全，何海峰，李斌.地面集输管网对油井回压的影响因素分析[J].石化技術，2020，27（11）：191-193.

[3]王萍.考虑多环芳烃污染特征的油田地面集输管网优化设计[J].粘接，2020，44（11）：16-20.

（1.青海油田采气二厂 青海 816400;2.青海油田质量安全环保监督中心 青海 816400;3.青海油田监督监理公司 青海 816400;4.青海油田基建工程处 青海 816400）

作者：杨玉彬 尚佳 李海云 尚雄

油气集输优化系统设计论文 篇2：

集散控制系统在富民联合站的应用实践

【摘 要】本文针对富民联合站以污代清工程中站控系统升级改造所采用的DCS－TiSNet系统在富民联合站的应用情况，就该系统的构成及配置、软硬件组成以及功能进行分析描述，为油田推广升级站控系统提供一定的参考依据。

【关键词】以污代清；TiSNet系统；升级；依据

Practice of the distributed control system in enriching the joint station

Jiang Kai

(Oilfield Construction Department of Jiangsu Petroleum Exploration Bureau Yangzhou Jiangsu 225261)

【

【Key words】To pollution on behalf of the Qing;TiSNet system;Upgrade;Basis

1. 前言

集散控制系统（DCS）是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，其基本特点是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。目前它广泛应用于各行各业，尤其是在石油化工领域更是体现了它的高度发展水平。

江苏油田富民联合站原有的生产控制系统自动化程度很低，有些甚至完全靠人工控制，劳动强度大，安全风险高，生产过程不稳定。为达到站内生产装置无人值守，控制室少人值守，提高集中监控的自动化管理水平的目的，满足减少环境污染、保障油田可持续开发和提高油田的经济效益的需要，以污代清工程采用集散控制系统也是企业发展的必然。

2. 功能需求

富民联合站DCS控制系统包含工作站、CPU及I/O模块、系统通讯网络（节点总线及高速现场总线）、信息网络接口设备、机柜和操作台等，需实现如下功能：

2.1 整个站场主要生产过程的监控。基本功能是提供数据采集，过程控制，报警指示，报警记录，生产报表打印，并为生产操作员提供操作界面。通过终端人机交换界面显示所要求的工艺参数值，并能够修改工艺参数的设定值。

2.2 动态模拟显示生产流程及主要设备的运行状态。人机界面至少包括：总站详细流程、油气集输流程、污水处理流程、注水流程、热水系统流程、参数设置、报警及事件流水记录。

2.3 对过程控制中出现的任何非正常的状况，系统将通过声光报警的方式通知操作员。报警信息将通过报警打印机输出，同时在界面上显示，系统存档便于查询。

2.4 如果工艺过程超出了正常的操作状态，控制系统能检测出非正常的操作状态，当工艺参数超出了软件设定点范围时，该状态会触发声光报警以提醒操作员并执行相关联锁操作（如启停泵，开关阀等）。

2.5 技术人员可通过便携式编程设备或操作站对程序就行修改。对软件修改的权限设定口令或钥匙保护，以消除未获授权人的操作。对软件的控制逻辑和参数设定点的修改，有不同的途径或设定多级口令。

2.6 控制系统控制器模块、电源模块、通讯模块1:1冗余，能够实现完全同步的CPU热备冗余。

3. 系统选型

经过市场调研及不同系统集成商的比对，富民联合站DCS系统选用了新华控制TiSNet过程控制系统，其中硬件为TiSNet-XDC800数码控制系统，软件为人机接口站xHMI和控制器XCU组态软件（见图1）。其中XDC800硬件系统由人机界面、网络设备、分布式控制单元等硬件设备组成，TiSNet中所有数据的收集、过程控制、各种数据的运算、对被控对象的所有输入输出都由XCU来完成。HMI为过程监视、控制、诊断、维护、优化管理等各个方面的要求提供支持和运行界面，成为过程管理的窗口。

图1 TiSNet体系结构

TiSNet系统由现场层、控制层、监控层和管理层构成。现场设备层是收集被控对象信息的一些模块；控制层主要由控制器XCU构成；监控层的主要设备有操作员站，工程师站和历史数据站等。全站工艺系统的运行管理层则是指实时监控，它承担全站性能监视，运行优化和日常运行管理等任务。

4. 系统组建

4.1 总体方案。

整个系统采用符合开放系统国际标准的开放式环境下全分布计算机监控系统。根据工艺流程控制的要求，富民联合站内系统需检测和控制的信号分为:

4.1.1 污水处理及注水系统：

（1）注水泵出口干管压力检测，根据压力闭环控制注水泵变频器。

（2）1台污水除油装置油、水液位，装置压力检测，水液位控制、高低液位、高低压力报警。

（3）1座300立方注水罐液位检测，高低液位报警。

（4）2座200立方缓冲罐液位检测，高低液位报警，油层厚度检测，厚度高限报警。

（5）污水池液位检测，高低液位联锁控制污水回收泵启停。

（6）机泵运行状态监测。

（7）微生物处理装置数据上传。

（8）电参数检测。

4.1.2 油气集输现场仪表：

（1）1座300立方注水罐液位检测、高低液位报警。

（2）新建罐可燃气体浓度监测。

（3）站内现有油气集输仪表控制系统信号接入。

结合系统功能需求及以上工艺流程所需要监控的参数和控制逻辑，将联合站内DCS系统分为油气集输、污水处理及注水两部分，控制机柜设在污水处理控制室，用于对两部分进行数据采集和控制。在污水处理控制室设置2台上位机，油气集输控制室设置1台上位机，操作站的建立用来实现对以污代清生产系统的统一监控与调度管理。所有站点都以实时数据库作为中心环节交换数据。

4.2 分散控制柜。

控制柜是系统信息处理和控制的基本单元，它由控制器XCU和各种I/O功能模件组成，实现数据采集、数据处理、回路控制和通信等功能。其内部安装的TiSNet80系列智能IO模件是直接面向现场控制设备的模件，每块模件上有都16位CPU及存储器，完成现场数据的实时监测与控制输出。根据现场数据采集和控制信号输出点数，共安装模拟输入AI模件5只，模拟输出AO模件2只，数字输入DI模件2只，数字输出DO模件1只。考虑系统1:1冗余，设置XCU-net控制器2台。

4.3 HMI人机接口站。

站内设置的2台操作站和1台工程师站，功能包括对整个计算机监控系统的管理、数据计算和处理、数据库管理、在线及离线计算功能，各图表、曲线的生成，事故、故障信号的分析处理等。监控主计算机供运行值班人员使用，具有图形显示、数据打印、运行监视和控制功能、发操作控制命令、作定值切换、设定与变更工作方式以及语音报警等功能。

4.4 网络结构。

XDC800网络系统利用开放冗余的工业以太网和现场总线作为系统的通讯网络。系统采用站内局域网通讯模式，操作站、工程师站以及控制CPU模块均挂在以太网上，DCS控制系统通过现场总线同其他系统及各种传感器和自动化设备等进行数据通信。

4.5 系统软件。

OnXDC可视化图形组态工具和软件的易操作性，非常容易生成直观的图形和友好的人机界面。系统不仅具有丰富的人机界面，还提供给运行人员友善的接口，操作既方便又安全，既简单又可靠，既发挥多窗口的特点，又满足运行人员的习惯。

5. 系统连接

5.1 系统网络连接。

在该DCS系统中（见图2），传输实时控制数据的网络通讯采用冗余环形以太网。

5.2 人机界面的连接。

人机界面的计算机，主要有2台操作员站和1台工程师站，它们之间除了必须的A、B网相连外，还有非实时的C网将它们与大屏幕显示屏和网关等联通（本项目预留接口）。

5.3 系统电源的连接。

为保证富民联合站DCS系统的供电可靠性，系统电源采用UPS电源，不间断电源的参数满足3KVA/30min。

5.4 系统中各部件的连接。

对于XDC800系统，采用冗余的两根以太网电缆连接冗余的XCU处理器和I/O控制站。I/O控制站内的各I/O模块都挂在控制器下的I/O总线上。而I/O模件与端子板间的连接则通过统一的37芯电缆彼此相连。

5.5 系统与现场信号的连接。

富民联合站DCS系统的模拟输入AI及输出信号AO类型主要是4～20mA标准信号，对于此类信号通过铠装屏蔽控制电缆传输，而数字输入DI及输出信号DO则通过普通多芯控制电缆来传送，此外还有电参数仪表则是利用RS485总线形式通过计算机屏蔽电缆连接。

5.6 系统的接地。

根据XDC800设备厂家的技术要求，机柜外壳和逻辑地分别单独的使用专用地线连接至接地总端子排上，然后单独一点接入大地，接地电阻小于4欧姆。

6. 功能实现

6.1 流程画面。

以富民油田以污代清工程污水及油气集输专业工艺过程设计的流程图为蓝本，运用xHMI组态软件设计了分组流程画面（见图3），每幅画面均体现画面上参数的实时值、设备的运行状态、系统报警信息。

图2 富民联合站DCS系统示意图

图3 油气集输系统

6.2 报警监视与分析。

对报警参数的采集处理和显示管理进行了分析设计， 并引入报警分析方法。采用分布式控制系统实现重要参数的报警、原因定位。

6.3 报表打印。

对各关键数据进行定时打印，或按需要生成日报表，周报表及月报表。也可对超过报警值的数据和重点工位的数据打印和报警。

6.4 操作站功能。

实现了集中监视的功能。对处理过程中的各设备状态及处理过程进行适时监视，并满足手动操作与自动操作互换和互为闭锁的功能。

7. 结束语

该系统经调试一次投产成功，全部指标达到设计要求，系统运行稳定可靠，操作界面简洁直观，用户操作方便。实现了生产过程参数自动检测和控制，提高了工艺自动化水平，减轻了劳动强度，取得了良好的经济效益和社会效益。该系统设计合理，方法简单、实用、效果显著，其意义不仅局限于系统本身的效果，也为其它油区的站控系统升级改造起到了示范作用，对油田可持续发展具有重要的指导意义。

作者：蒋凯

油气集输优化系统设计论文 篇3：

滩海人工岛自控系统设计

摘要：随着滩海油田油气开发建设的发展，自动化控制系统在人工岛油气开发建设生产中的功能和性能要求不断提高，本文结合埕海2-1岛自控系统的设计方案，介绍实现人工岛生产数据采集、过程控制、报警指示、运行操控等功能于一体的自控体系，为滩海人工岛的生产运行和维护管理提供了服务和保障，具有一定的指导意义。

关键词：自动化控制系统；过程控制系统 ；上位控制系统

1.前言

人工建岛滚动开发油气资源的模式在大港油田、冀东油田和胜利油田等临海油田都得到了广泛推广和应用，但是填海造岛投资费用高导致人工岛生产工作区面积相对狭小，且受潮差、风暴潮等恶劣天气影响，岛上生产人员数量有限，因此自动化、智能化也成为人工岛建设的功能目标之一。埕海2-1岛自控设计主要满足人工岛的油气集输、注水过程参数检测和控制功能，以及安全控制和检测能力，系统由过程控制系统PCS、安全仪表系统SIS和工艺设备自带的就地控制系统组成。过程控制系统采用PLC，实现对整个装置的生产过程的监控，提供数据采集、过程控制、报警指示、报警记录、历史数据存储、生产报表打印，并为生产操作员提供操作界面。利用终端人机界面显示工艺过程参数值以及工艺设备的运行情况，多画面动态模拟显示生产流程及主要设备运行状态、工艺变量的历史趋势，操作人员通过终端人机界面能够修改工艺参数的设定点，并控制设备的启停。

2.系统设计

控制系统以西门子高性能的S7-400热冗余主站PLC为控制核心，通过现场总线控制技术把数字化设备组成工程工业以太网，实现过程控制同现场设备的信息连接，过程控制站通过ModBus通讯来完成相关工艺的参数的采集。上位工控机和远程工控机实时监控、储存各个系统的运行状态并提供故障诊断信息。上位工控机与S7-400热冗余主站PLC通过光纤通信组成一个工业以太网，为油气集输工艺创建一个数字化、信息化、智能化的管理平台和友好的人机界面，实现对系统各装置的远程数据传输和故障监控，优化控制和检测整个过程。

2.1仪表安全系统

主站采用西门子S7-400系列控制器中高性能的硬冗余CPU，通过PROFIBUS总线下挂远程I0系列控制器中的高性能采集控制模块和以太网通讯采集模块，此方案可以满足现场控制点需求和控制要求，满足系统在其生命周期的时间段内的先进性，经过本系统的生命周期后，经过改造还可以延长其生命周期，有利于投资增效。主要的控制过程包括：对油井电泵的启动和停止控制，油气的输送控制，根据工艺运行的安全的连锁工艺，以及注水系统的自动控制等。仪表安全控制系统控制对象主要是油井电泵和工艺过程上面的一些阀门，对油井电泵的启动和停止制动、油气的输送控制、以及工艺运行安全的连锁控制等。

2.2过程控制系统

过程控制系统PLC安全等级为SIL2，设1台工程师站、2台操作员站、1台OPC server服务器，1台打印机等组成，控制站与工程师站、操作员站之间通过冗余工业以太网连接，PLC的控制器、电源、通讯1：1冗余，各类输入输出模块按实际I/0点数留有20%的富余量。PLC输出为故障安全型，具有完善的诊断测试手段，且采取有效的措施保证安全性，一旦安全系统自身发生故障，系统可以进入预置的故障保护方式。主要的控制过程包括：在满足工艺连锁和运行的前提条件下，在计量方面，可以通过通讯采集积累流量数据，可以通过电信号采集瞬时流量数据。

2.3上位监控系统

工程师进行控制回路的建立、修改局部控制器中的内部策略参数，设置数据采集参数和报表供操作员对生产过程的控制回路、测量参数进行监测并实现自动记录、报表打印和报警打印，通过以太网通信完成与现场控制层的局部控制器进行通信，通过无线通信技术与其他联合站及作业区进行通信，通过开放的OPC技术与其他系统连接。在上位监控管理计算机彩色显示器上动态实时显示油气集输的流程等各主要工藝设备的运行状态、流量、温度和压力等过程控制的运行趋势的生产运行情况，从总图详图多层次监测，包括监控系统总图、动态工艺流程图、自控系统总图、自控系统总图、主要参数实时及趋势图、各主要设备的状态和回路图等。计算机系统内配置故障处理专家系统软件，通过预装的专家系统得到故障原因的详细资料及排除故障的对策。在任何时间和在任何显示上工作站都能在画面顶部或底部显示出总的报警信息，操作人员点击该报警信息可以快速调出与本报警有关的画面，该画面可以显示出故障原因的详细资料及排除故障的对策。所有的报警信号都以时间先后排队，该队可以在画面上显示并存储在内存内，在任何时间该队列在画面上保留最新的128个报警点，以及发生事件报警时的信息发布及报警铃声，报警事件的确认以及查询和存储功能和相关设定报警点的修改。

3.系统功能特点

（1）管理功能：即油气集输的工艺流程实时动态图，提供清晰、友善的人机界面，生动形象的反映工艺流程和实时数据，完成报警历史数据、历史趋势曲线的存储、显示和查询、生成和打印各类生产运行管理报表。

（2）对控制站的控制功能：即在基于图形和中文菜单的方式上，操作人员在中控室上位监控管理计算机控制系统站通过键盘或鼠标在线修改PLC控制站内各控制回路的主要参数。

（3）通讯功能：具有强大的网络支持功能，控制室上位监控管理计算机系统与其它系统进行通讯，可与其他现场控制系统通过数据总线进行通讯。

（4）操作性能强，简单方便，容易上手，可以进行相关二次开发，详细的工程和相关数据备份恢复功能，支持在线式的修改特性，提供了管理权限和运行记录功能强大的数据库连接和查询记录修改功能。

参考文献：

[1]张明月.自控系统中PLC的正确选择[J].沈阳教育学院学报，2010（03）

[2]唐爱斌.PLC的选择及系统的试运行[J].科技咨询导报，2007（23）

[3]杜旭，魏志斌.自控系统设计中PLC的选择[J].科技资讯，2006（24）

作者：赵鑫