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油田数字化基础知识培训 长庆油田机械厂数字化建设项目部 主讲人 安宁 长庆油田分公司机械制造总厂 一 油田数字化概述1 数字化的定义数字化简单地说 就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字 数据 再为这些数据建立起适当的数字化模型 把他们转变为一系列的二进制代码 引入计算机内部 进行统一处理 这就是数字化的一个过程 长庆油田分公司机械制造总厂 2008年7月17日 蒋洁敏总经理在长庆油田调研时提出 发展大油田 建设大气田 实现油气当量5000万吨 把鄂尔多斯盆地建设成我国重要的油气生产基地 到2015年实现5000万吨时 用工总量控制在7万人不超 如何适应新的形势和要求 提高劳动生产效率 保持长庆油田又好又快持续发展 如何处理好长庆油田发展过程中面临的这一机遇和挑战 长庆油田分公司机械制造总厂 2 数字化管理指利用计算机 通信 网络 人工智能等技术 量化管理对象与管理行为 实现计划 组织 协调 服务 创新等职能的管理活动和管理方法的总称 通俗 听数字指挥 让数字说话 改变了传统的金字塔型的组织结构 形成一些扁平型和网状型的组织形式 管理与被管理者的界限越来越淡化 更加强调他们之间的沟通与交流 从而提高管理效率和效果 长庆油田分公司机械制造总厂 长庆油田数字化管理的实质 是将数字化与劳动组织架构和生产工艺流程优化相结合 按生产流程设置劳动组织架构 实现生产组织方式和劳动组织架构的深刻变革 把油气田数字化管理的重点由后端的决策支持向生产前端的过程控制延伸 通俗的讲 就是要让数字说话 听数字指挥 最大限度的减轻岗位员工的劳动强度 提高工作效率和安防水平 数字化管理突破了传统管理信息不畅 不对称 做到了知己知彼 有的放矢 精确制导 准确打击 数字化管理不再是单纯的数据共享与交换 而是智能分析判断 多级监视 量化管理 使生产管理活动变得精确 透明 充分体现了 听数字指挥 让数字说话 数字化管理是一场变革 这就要求各数字化管理项目建设单位必须提升创新理念 改变传统观念 统一认识 高度重视 尽快改变 让习惯说话 听习惯指挥 的现状 数字化管理的四个特性是 定量性 系统性 集成性 智能性数字化管理系统充分利用自动控制技术 计算机网络技术 油藏管理技术 油 气 开采工艺技术 地面工艺技术 数据整合技术 数据共享与交换技术 视频和数据智能分析技术 实现电子巡井 准确判断 精确定位 强化生产过程控制与管理 数字化管理通过创新技术和管理理念 提升工艺过程的监控水平 提升生产过程管理智能化水平 建立全油田统一的生产管理 综合研究的数字化管理平台 达到强化安全 过程监控 节约 人力 资源和提高效益的目标 数字化在信息化整体架构上是生产的最前端 以井 站 管线等生产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 是以生产过程管理为主的信息系统 是公司信息系统功能的延伸和扩充 厂级工控网络 TCP IP 关系数据库 实时数据库 数据共享平台 WEB服务器 厂级工控网络 TCP IP 各种管理功能子系统 视频发布服务器 SOA架构下的各种应用服务器 办公网 TCP IP 厂客户端 作业区客户端 公司客户端 公司 厂 作业区客户端 SOC 服务层 操作层 数字化管理系统 3 长庆油田的数字化建设1 长庆油田数字化建设建设思路 必须坚持 两高 一低 三优化 两提升 的建设思路 2 数字化建设方案编制的指导方针 标准化设计 模块化建设 数字化管理 市场化运作 3 建设目标 建立油田统一的生产管理系统 实现 同一平台 信息共享 多级监视 分散控制 达到强化安全 过程监控 节约人力资源和提高效益的目标 长庆油田分公司机械制造总厂 4 数字化建设实施原则 三结合 五统一 三结合 与生产相结合 与安全相结合 与岗位相结合 五统一 技术统一 平台统一 管理统一 设备统一 标准统一 5 数字化建设要求 要求转变 思维方式 和 工作方式 以流程管理为核心的数字化管理的重心和基础是以站为基本生产单元的井 井场 管线及站的生产过程管理 长庆油田分公司机械制造总厂 长庆油田分公司机械制造总厂 4 长庆油田数字化服务保障工作的重要性责任重大 意义深远 二 长庆油田数字化建设标准 按照 井场和增压点数字化管理建设要求 主要完成增压点站内工艺设施 所辖井场生产过程数据的自动采集和集中监控 并与上位管理系统进行数据通信 上传本站的重要生产运行数据 接收上位系统的调度指令 主要监控内容 一 增压点站内部分1 收球筒原油出口压力监测 超限报警 收球筒温度控制 当收球筒进行收球作业时 对收球筒开始加热 加热温度达到设定温度停止加热并发出提示信号 长庆油田分公司机械制造总厂 长庆油田分公司机械制造总厂 2 密闭分离装置 缓冲罐 连续液位监测 3 每台外输泵入口 出口压力 外输流量 含水分析仪监测 4 外输泵控制 泵运行压力保护 当外输泵进口压力超下限时或出口压力超上限时联锁停泵并报警 混输泵控制 根据混输泵入口压力 通过变频器调节泵的排量 使混输泵入口压力维持在设定压力值附近 分输泵控制 根据密闭分离装置的液位 通过变频器调节泵的排量 使分离装置内液位基本保持在中线附近 实现连续输油 长庆油田分公司机械制造总厂 5 监测外输泵的运行频率和启 停工作状态 6 监测输油泵电机的三相电流 电压及功率等参数 7 投产作业箱连续液位监测 对超高限 低限液位进行报警 8 外输原油温度监测 9 对可燃气体浓度进行监测 超限时报警 10 视频监视的主要功能是完善联合站的安全管理 长庆油田分公司机械制造总厂 二 站外井场部分1 监测井组集油管线压力 2 监测抽油机功图 载荷 位移 参数 进行单井功图计量 3 井工况分析及显示 异常工况报警 4 监测抽油机电机电量参数 判断抽油机电机运行工况及启 停工作状态 实现抽油机远程启 停操作 5 监测稳流配水阀组各注水井的注水压力和注水量 瞬时和累计 及汇管压力 实现注水量远程设定操作 6 监控井场视频 直观地监视厂 井 区设备装置运行和人员出入 在紧急情况下起到分析事故原因 辅助消防的作用 长庆油田分公司机械制造总厂 数字化标准站控系统简介 站控系统体系结构 长庆油田数字化管理标准站控系统主要界面介绍 井组分布导航图直观的反映了整个井站的分布格局 在井组分布导航图内可以看到各个井场的停井数和单量混输压力 点击井组图片可进入电子巡井画面 点击增压站图片 或者点击顶部菜单栏内的 流程监控 可进入增压点流程监控画面 长庆油田数字化管理标准站控系统主要界面介绍 站内流程监控画面显示 增压点流程监控 包括增压站内相关的压力 温度 液位 流量 燃气浓度显示 收球筒加热控制和缓冲罐液位PID控制 灰色管道表示油路 黄色管道表示气路 红色流线表示油路的流向 黄色箭头表示气路的流向 泵开启后 泵体上的方块会闪烁 穿过泵的红色流线显示流动 从缓冲罐和增压箱到外输加热炉的红色流线也显示流动 下方文字显示各个井组的井数和当前停井数 数字化标准站控系统简介 备用输油泵 正常输油泵 加热炉 缓冲罐 流量计 温度变送器 变频柜 自动收球器 压力变送器 液位计 投产作业箱 场站系统优点 生产流程智能诊断 增压点数据采集123 判断投产作业箱是否进油远程盘库 输油泵自动启动 平稳输油 液位超高限报警提示 远程启备用泵液位超低限报警 自动停泵 与下游压差判断输油管线破漏 判断输油泵工况缓冲罐超高限 超低限报警 与井场压差判断单井管线泄漏 判断加热炉运行状况保证联合站脱水正常的温度报警 1个温度 2个液位 3个压力 长庆油田数字化管理标准站控系统主要界面介绍 通过点击该界面顶部的井场切换按钮切换井场 随着井场的切换 井场视频等画面也会随之改变油井数据 实时采集各个油井的数据 默认设置为每10分钟轮流更新一遍最新数据 如果该井处于停机状态 则 状态 下方相应的绿灯会变成红色 如果通讯发生故障 导致数据读取失败 则 通讯状态 下方相应的绿灯会变成浅绿色 油井产液量趋势曲线 把 油井数据 窗格中井号前的空格打上对勾 可以在 油井产液量趋势曲线 窗格中显示该井的日产液量 也可以通过点选多个对勾 重叠显示不同井的产液量 点击 切换到小时产量 可以察看每小时的产液量曲线 产量根据井口采集的功图计算 10分钟采集一次功图 存入历史数据库中 井场视频 显示当前井场的实时视频 该视频画面和视频监控服务器中的画面一致 长庆油田数字化管理标准站控系统主要界面介绍 阀组间数据 实时显示阀组间压力和流量数据 其中 昨日注水量 表示从昨日7点到今日7点累积的注水量 注水量 表示从今日7点到现在累积的注水量 当前累积 显示流量计内总累积值 注水井注水趋势曲线 使用方法同上 在 阀组间数据 中点选注水井号前的对勾 显示日注水趋势曲线 注水井日配注 能够对注水量进行设定 选择需要设定的注水井 在 设定配注 栏内输入日配注量 点击 注水量设定 按钮 要求输入操作密码 输入正确后 如果显示 操作成功 则配注值已经写入控制器中 如果显示 操作失败 需要重新进行设定 长庆油田数字化管理标准站控系统主要界面介绍 功图对比与分析功能可以对任意时间段内的历史功图进行查询和分析 根据地面功图诊断该井状态 还可以对同一口井在不同时间段的功图进行对比 三 井场 站点数字化建设及相关设备应用调试 一 井场数字化建设1 土建施工 2 井口数据采集设备的安装调试 3 杆上设备 RTU机柜 摄像机 远光灯 音柱等的安装调试 4 稳流配水阀组间的数据采集安装调试 长庆油田分公司机械制造总厂 三 井场 站点数字化建设及相关设备应用调试 一 井场数字化建设1 土建施工 2 井口数据采集设备的安装调试 3 杆上设备 RTU机柜 摄像机 远光灯 音柱等的安装调试 4 稳流配水阀组间的数据采集安装调试 长庆油田分公司机械制造总厂 1 土建施工立杆 10m杆大小头不小于300 150mm 杆坑深2m 放置底盘一个600 600mm 卡盘两个240 280mm 带 12抱箍螺栓各两件 填埋时300mm夯实一次 夯实系数 0 93 回填土高出地坪300mm 长庆油田分公司机械制造总厂 挖沟 挖至冻土层以下 一般要求沟深1 1m 宽度不小于一页砖长240mm左右 填埋时先铺一层100mm厚的软土 再盖上一层砖 然后填平夯实 布线 符合 电缆沟内和电缆竖井内电缆敷设安装施工工艺标准 长庆油田分公司机械制造总厂 2 井口数据采集设备的安装调试 井口数据采集设备厂家主要有 凯山 安控 金时 日月 下面以凯山设备安装举例说明 长庆油田分公司机械制造总厂 太阳能载荷位移传感器 压力传感器 3 杆上设备 RTU机柜 摄像机 远光灯 音柱避雷针 横担等的安装调试 RTU机柜 安装高度距离地面4m 摄像机 远光灯 音柱安装在横担上 避雷针固定在杆顶 用宽40mm的扁铁做引下线与地线连接 长庆油田分公司机械制造总厂 协议转换器 摄像机和无线网桥 4 稳流配水阀组间的数据采集安装调试 长庆油田分公司机械制造总厂 二 站点数字化建设1 土建施工 2 仪器仪表接线 3 UPS电源安装 4 PLC机柜接线 PLC程序下载 调试 PLC程序编辑 PID控制 高速计数模块程序配置 变频输油等5 站控系统集成 操作平台建立 6 通信机柜安装调试 7 光缆架设 长庆油田分公司机械制造总厂 四 数字化相关理论知识和考试复习一 填空题 1 温度是表征物体冷热程度的物理量 2 压力变送器是一种将压力变量转换为可传送的标准输出信号的仪表 3 PLC按I O点数及内存容量可以分为小型PLC 中型PLC 大型PLC 4 PLC主要由中央处理器 输入接口 输出接口 通信接口等部分组成 5 RTU英文全称RemoteTerminalUnit 中文全称为远程终端控制系统 6 RTU的发展历程是与 三遥 工程技术相联系地 所谓 三遥 工程技术是指遥测 遥控 遥调技术 RTU通常由信号输入 出模块 微处理器 有线 无线通讯设备 电源及外壳等组成 8 PLC程序是顺序扫描执行 PLC的程序从上向下 从左向右的扫描顺序进行 循环往复 长庆油田分公司机械制造总厂 9 PLC的CPU采用分时操作规程的原理 每一时刻执行一个操作 随着时间的延伸一个动作接一个动作顺序地进行 10 单向传输的光纤通信系统 包括发射 接收和作为广义信道的基本光纤传输系统 11 实用光纤主要有三种基本类型是突变型多模光纤 渐变型多模光纤 单模光纤 12 光缆一般由缆芯和护套两部分组成 有时在护套外面加有铠装 13 光缆根据使用条件可以分为 室内光缆 架空光缆 埋地光缆和管道光缆等 14 长庆油田数字化建设必须坚持 两高 一低 三优化 两提升 的建设思路 15 油田数字化建设要求转变 思维方式 和 工作方式 以流程管理为核心的数字化管理的重心和基础是以站为基本生产单元的井 井场 管线及站的生产过程管理 16 数字化管理 指利用计算机 通信 网络 人工智能等技术 量化管理对象与管理行为 实现计划 组织 协调 服务 创新等职能的管理活动和管理方法的总称 通俗 听数字指挥 让数字说话 长庆油田分公司机械制造总厂 17 数字化管理改变了传统的金字塔型的组织结构 形成一些扁平型和网状型的组织形式 管理与被管理者的界限越来越淡化 更加强调他们之间的沟通与交流 从而提高管理效率和效果18 数字化建设实施原则中的 五统一 指 技术统一 平台统一 管理统一 设备统一 标准统一 19 光纤带宽测量基本方法有时域和频域 20 无线网桥的覆盖范围 点对多点可达20公里 点对点应用超过50公里 21 数字化管理建设方案编制的指导方针 标准化设计 模块化建设 数字化管理 市场化运作 22 站控系统采用的是 组态软件与高级编程语言混合编程 23 组态指 使用应用软件中提供的工具 方法 自动完成工程中某一具体任务的过程 满足使用者要求的目的 24 RTU的中文全称 远程终端控制系统 25 PLC的中文全称 可编程逻辑控制器 26 数字化管理平台的架构是面向服务的架构形式 27 撬装增压集成装置远程控制方式 站控计算机既控制站控设备 还运行油井系统检测 系统实现了井站一体化操作 长庆油田分公司机械制造总厂 28 数字化撬装增压装置的控制软件包括7个功能模块 流程管理 报表管理 报警管理 设置 事件管理 手动管理 交接班 29 橇装增压集成装置上的仪表有 压力变送器 温度变送器 液位变送器 指针式压力表 双金属温度表 可燃气体报警 30 橇装增压集成装置的控制单元包括 PLC数据采集及控制 工控机 UPS 控制阀门二 选择题 1 1MPa C A 0 1BarB 14 50382PsiC 104N cm2D 100mmH2O2 常用热电偶型号中E型热电偶采用的材料是 A A 镍铬 康铜B 铁 康铜C 铂铑 铂D 镍铬 镍硅3 热电偶采用 B 效应 A 压电效应B 热电效应C 压阻效应 长庆油田分公司机械制造总厂 4 当压力变送器压力变量读数不稳定时 以下哪些原因是正确的 A A 隔离膜片变形或蚀坑B 外部电气干扰C 变送器的电源电压不符合仪表要求D 管道内无压力5 长庆油田采用的变频驱动电机模式是 C A 变频器 变频电机B 变频器 永磁同步电机C 变频器 三相异步电机D 变频器 直流电机6 采用变频器 三相异步电机驱动模式 调频范围是 D A 50 60HzB 30 60HzC 30 50HzD 20 50Hz7 下列哪种情况下可以调冲次 BD A 光杆断脱B 供液不足C 严重结蜡D 气体影响8 变频器恒转矩调速时 BC A 电机转矩不变B 电机最大转矩不变C 电机功率可变D 电机过载能力可变 长庆油田分公司机械制造总厂 9 系统登陆后默认的界面是 C A电子巡检的井场界面B单元报警C站控流程D自动报表10 系统中AI变量报警限值有几种设置 B A 1 B 2 C 3 D 411 系统功能区有几个一级菜单 D A 4 B 5 C 6 D 712 系统有几种方法能进入油井实时数据监控界面 B A 1 B 2 C 3 D 413 无线网桥的组网方式 AB A 点对点组网B 点对多点组网C 环形网D 总线网14 数字化建设实施原则中的 三结合 指 ABC A 与生产相结合B 与安全相结合C 与岗位相结合D 与管理相结合 长庆油田分公司机械制造总厂 15 数字化管理平台实现了 D 个功能 A 4 B 5 C 6 D 716 数字化管理平台登陆后首页界面显示的内容 C A安全智能监控B生产动态分析C采油厂生产状况 产量及注水量变化情况D自动报表17 数字化管理平台中设备自检指 B A 抽油机的定时自检 B 网络设备 现场仪表等数字化相关设备的定时自检 C 注水设备的定时自检 D 书友设备的定时自检三 判断题 1 表压力就是作用于物体表面上的全部压力 以零压力为起点的压力 2 对一物体来说 升高1华氏度就是升高了1摄氏度 长庆油田分公司机械制造总厂 3 大气压力是个变量 随着温度的变化和重力加速度的不同而变化 4 接触式测温仪表是通过热辐射原理来测量温度 需要测温元件与被测介质充分的热交换 5 通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度 载波频率越高 频带宽度越宽 6 光纤线路功能是把来自光发射机的光信号 以尽可能小的畸变 失真 和衰减传输到光接收机 三 简答题 1 简述不同类光纤的主要用途 突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统 渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统 单模光纤用在大容量长距离的系统 长庆油田分公司机械制造总厂 2 压力变送器的使用安装注意哪些事项 应尽量安装在温度梯度和温度波动小的地方 应尽量避免震动和冲击 腐蚀性的或过热的介质不应与变送器直接接触 防止固体颗粒或粘度很大的介质在引压管内沉积 引压管应尽可能短些 3 简述温度变送器的工作原理 在被测介质的温度发生变化时 测量元件的电阻值 热电势 将发生相应的变化 此变化经测量线路转化为电信号 再经高稳定性运算放大器放大 线性化校正电路进行精确的线性化补偿 最后输出一个与被测温度成线性关系的4 20mADC电流型号 4 远传式磁浮子液位计中远传变送器是如何工作的 远传变送单元由传感器和转换器两部分组成 当处于某一液面位置 磁浮子的磁钢使相应的干簧管 例如第 个 吸合 其它干簧管均为断开状态 传感器的输出电阻为 RAB R1 R2 Rk kR 液面的高低与传感器的输出电阻RAB成一次线性关系 当液位变化时 通过变送单元转换器将对应的输出阻值转换4 20mA标准电流信号输出 实现远距离的液位指示 检测 控制和记录 长庆油田分公司机械制造总厂 5 自动投球装置如果自动控制程序出现故障如何处理 答 可以利用电控箱面板上设置的手动开关进行临时手工操作 6 简述自动投球装置的操作规程 先打开装置底部的手动球阀进行放空 放空完毕 打开装球筒盖向筒内装球 每次装十个球或根据设备的设置装更多球 装球完毕 关闭装球筒盖 关闭装置底部的手动球阀 检查控制盘的数据 按生产需要进行设置 7 功图法油井计量技术基本原理 该技术从能真实反映抽油系统有杆泵工况的示功图入手 把定向井有杆泵抽油系统视为一个复杂的三维振动系统 研究建立了该系统的力学 数学模型及算法 计算在不同井口示功图激励下的泵功图响应 采用矢量特征法对泵功图进行分析及故障进行识别 确定泵的有效冲程 得出油井地面折算有效排量 8 功图法油井计量系统组成系统采用分散数据采集 集中处理结构 主要由多个数据采集点 硬件 和数据处理点 软件 两大部分组成 长庆油田分公司机械制造总厂 9 简述功图法油井计量系统主要功能 实时数据采集与远程工况监测 实时故障报警 遥测系统故障 抽油机停机 井场停电 抽油机超载 故障预警提示等 功图计量及油井工况诊断 自动生成报表 历史数据查询 网络数据浏览等 10 重新安装计量软件时需要备份哪几个文件 将系统已经建立好的井身数据文件 井名 dat 油井基础数据文件 Database dbf 油井方案文件 作业区名 SCM 备份一份待用 11 PLC的定义是什么 1985年国际电工委员会 IEC 对PLC的定义如下 可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统 是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器 它采用了可以编程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字或模拟式的输入和输出 控制各种类型机械的生产过程 长庆油田分公司机械制造总厂 12 RTU的特点有哪些 通讯距离较长 用于各种恶劣的工业现场 模块结构化设计 便于扩展 在具有遥信 遥测 遥控领域的水利 电力调度 市政调度等行业广泛使用 RTU产品目前与无线设备 工业TCP IP产品结合使用 正在发挥越来越大的作用 13 简述RTU的软件功能 实时操作系统 它可能是一个特殊的RTOS 或是一段在对输入的循环扫描和对通讯端口循环监控开始时有效的代码 连接到SCADA监控中心的通讯系统的驱动 连接现场设备的I O系统设备的驱动 SCADA的应用软件 如对输入 现场过程和储存数据的扫描 对从通讯网络传过来的SCADA监控中心命令的响应 长庆油田分公司机械制造总厂 用户在RTU上对应用设定的一些方法 可能是一些简单的参数设置 启用或禁用特别的I O口 或者提供一套完整的用户编程环境 诊断系统 一些RTU有文件系统支持文件下载 所支持的下载文件包括用户程序和设定文件 14 变频器由哪几部分组成 各部分的作用是什么 变频器主要由整流器 中间电路 逆变器 制动单元 微处理单元等组成 整流器 将交流电压变成脉动的直流电压 逆变器 将直流电压变成可变电压和频率的交流电压 制动单元 吸收电机的再生电能 微处理单元 变频器的控