1.項(xiàng)目介紹
1.1項(xiàng)目背景
非常規(guī)天然氣是常規(guī)天然氣的重要接替資源。由于頁巖氣短期內(nèi)難以規(guī)模化生產(chǎn)，中石油把非常規(guī)天然氣的發(fā)展重點(diǎn)放在了煤層氣上。煤層氣井一般采用油管排水、套管采氣的方法開采煤層氣。生產(chǎn)時(shí)，通過游梁式抽油機(jī)或螺桿泵抽油機(jī)等設(shè)備抽排煤層中的承壓水，降低煤層壓力，使煤層中吸附的甲烷氣釋放出來。對煤層抽水降壓是煤層氣生產(chǎn)的手段，也是人們目前唯一可以采用的比較經(jīng)濟(jì)的方法。
鄂東氣田保德區(qū)塊先導(dǎo)試驗(yàn)項(xiàng)目位于山西省忻州市所轄保德縣。保德區(qū)集氣工程包括：新建井場10座、30口井，新建采氣管線6條，共計(jì)8.23km，新建一座集氣增壓站（10×104m3/d）；配套建設(shè)供電、給排水（線路排水點(diǎn)2處）、通信、消防、暖通、總圖、土建、防腐、道路等輔助生產(chǎn)設(shè)施。
鄂東氣田先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)集氣工程其工藝流程是采氣井開采出的煤層氣，采用氣水同輸?shù)募敺桨?，井口煤層氣及采出水分別計(jì)量后混合，進(jìn)入集氣管網(wǎng)系統(tǒng)。集氣干線低點(diǎn)設(shè)置線路排水點(diǎn)以便改善管內(nèi)流體流態(tài)。集氣站內(nèi)設(shè)置進(jìn)站分離器、壓縮機(jī)組、復(fù)熱脫水橇、甲醇注入橇等設(shè)備，經(jīng)初步加壓處理后，將產(chǎn)品氣外輸至用戶，作為工業(yè)及民用燃料。
其工藝流程如下：
采氣井口 → 井場集氣裝置 → 集氣管線 → 集氣站 → 氣體外輸
1.2數(shù)字化系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能
根據(jù)生產(chǎn)和工藝要求，數(shù)字化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集現(xiàn)場工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)煤層氣田數(shù)字化、自動(dòng)化、遠(yuǎn)程監(jiān)視生產(chǎn)狀況的需要。
?。?）叢式采氣井場監(jiān)控
叢式采氣井場：一個(gè)井場或平臺上，鉆出若干口井，各井的井口相距不到數(shù)米，各井井底則伸向不同方位。
井口監(jiān)控功能：每個(gè)單井完成井口套管壓力的采集，并實(shí)現(xiàn)井口遠(yuǎn)程啟停控制和變頻控制；用電參數(shù)的采集。
井場功能：完成井場閥組各個(gè)采氣井出氣流量、溫度、壓力的采集；對于線路排水點(diǎn)井場，通過采集排水液位罐液位開關(guān)狀態(tài)，進(jìn)行上下限報(bào)警并聯(lián)鎖電動(dòng)閥控制排液。
?。?）集氣站站內(nèi)監(jiān)控
集氣站內(nèi)工藝設(shè)備全部為撬裝裝置，完成站內(nèi)相關(guān)設(shè)備溫度、壓力、流量及電動(dòng)閥的啟停控制。
（3）集氣站SCADA系統(tǒng)
設(shè)置在集氣站內(nèi)，對集氣站和下屬各個(gè)井場/井口的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，并對重點(diǎn)井場進(jìn)行視頻監(jiān)控。
2 井站自動(dòng)化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
根據(jù)鄂東氣田煤層氣工程總體工藝流程及系統(tǒng)功能，井站自動(dòng)化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如下：
⑴井口、井場數(shù)據(jù)采集
井口部分：單一井口配電箱外安裝一臺安控公司生產(chǎn)的無線井口控制單元E5316-I，其內(nèi)部主控制模塊型號為Super32-L308，完成井口套管壓力的采集，并實(shí)現(xiàn)井口遠(yuǎn)程啟?？刂坪妥冾l控制（變頻調(diào)節(jié)用于調(diào)節(jié)抽油機(jī)的沖刺，從而控制采氣井的排水強(qiáng)度）；用電參數(shù)的采集（三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等）。使煤層氣田井場達(dá)到無人值守、定期巡檢的管理模式，降低生產(chǎn)管理成本。
井場部分：井場安裝一臺安控科技E5316井場RTU，Super32-L205為E5316為井場RTU控制器的核心，完成井場閥組氣體流量計(jì)流量、溫度、壓力的采集；對于線路排水點(diǎn)井場，通過采集排水液位罐液位開關(guān)狀態(tài)，進(jìn)行上下限報(bào)警并聯(lián)鎖電動(dòng)閥控制排液。
⑵通訊方式
整個(gè)系統(tǒng)通訊方式采用兩級模式：
●井口到井場主RTU通信方式采用短距離2.4G無線通訊；
●井場與集氣站采用GPRS、無線網(wǎng)橋兩種通訊方式；在鄂東氣田煤層氣工程的建設(shè)中，保1、保1-1、保1-3三個(gè)井場為產(chǎn)能重點(diǎn)井場，三個(gè)井場安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為了保證視頻采集信號、井口、井場采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳，三個(gè)井場采用無線網(wǎng)橋的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；共它七個(gè)井場只采集井口和井場相關(guān)數(shù)據(jù)，為了便于施工，采用GPRS通訊方式定時(shí)上傳數(shù)據(jù)。
采用兩級通信方式的優(yōu)點(diǎn)：
●各個(gè)井口RTU的硬件配置和軟件程序完全相同。模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化程度高。
●各個(gè)井口數(shù)據(jù)就近采集到井口RTU,井口RTU到井場RTU的通訊采用2.4G無線通訊方式，不需要敷設(shè)大量儀表電纜。施工簡便、調(diào)試方便、成本低。
●井場監(jiān)控采用分散控制、集中管理模式，風(fēng)險(xiǎn)分散，可靠性高。
⑶集氣站內(nèi)監(jiān)控
根據(jù)集氣站工藝和采集數(shù)據(jù)點(diǎn)情況，集氣站內(nèi)安裝一套安控科技公司生產(chǎn) Super E50系列，通過集氣站PLC系統(tǒng)完成以下功能：
⑴集氣站進(jìn)站壓力檢測報(bào)警聯(lián)鎖關(guān)斷出站電動(dòng)閥；
⑵集氣站進(jìn)站溫度檢測；
⑶進(jìn)站分離器液位高低檢測報(bào)警聯(lián)鎖液相電動(dòng)閥；
⑷集氣站出站壓力檢測報(bào)警聯(lián)鎖關(guān)斷出站電動(dòng)閥；
⑸集氣站天然氣流量計(jì)量顯示；
⑹復(fù)熱脫水撬變頻控制；
⑺注醉撬液位報(bào)警；
⑻站內(nèi)可燃性氣體濃度檢測；
⑷集氣站SCADA系統(tǒng)
控制室安裝一臺GPRS無線路由器設(shè)備，完成GPRS方式通訊井場的數(shù)據(jù)采集和控制；集氣站內(nèi)立桿安裝一臺無線網(wǎng)橋主站設(shè)備，完成無線網(wǎng)橋方式通訊井場的數(shù)據(jù)采集、控制以及視頻監(jiān)控；GPRS無線路由器、無線網(wǎng)橋主站、站內(nèi)PLC網(wǎng)口通過站內(nèi)交換機(jī)完成整個(gè)SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路。
站內(nèi)SCADA服務(wù)器完成下屬各個(gè)井場/井口的數(shù)據(jù)采集和控制，集氣站內(nèi)生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)采集和控制以及歷史數(shù)據(jù)的存儲。