1、系統(tǒng)簡介
       艾哈代布油田位于伊拉克中南部，在瓦斯特省的努馬尼耶和庫特鎮(zhèn)之間，距首都巴格達(dá)約160km。艾哈代布油田一期300萬噸/年產(chǎn)能建設(shè)項(xiàng)目，是伊拉克新政府成立后恢復(fù)的第一個(gè)新建產(chǎn)能項(xiàng)目和第一個(gè)戰(zhàn)后對外石油合作項(xiàng)目。2011年6月21日，中國石油艾哈代布油田一期年300萬噸產(chǎn)能建設(shè)項(xiàng)目提前投產(chǎn)成功，二期600×104t /a產(chǎn)能預(yù)期提前3年可投產(chǎn)。一個(gè)現(xiàn)代化油田的建成，徹底改寫了伊拉克瓦西特省石油工業(yè)“一窮二白”的歷史，成為伊拉克經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和石油工業(yè)發(fā)展的希望。
       油田最基本的生產(chǎn)單元是油井，其生產(chǎn)管理措施需要基于對油井日產(chǎn)量和含水率等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的掌握分析之上的。計(jì)量站連接其下屬的各個(gè)油井，完成對站內(nèi)各個(gè)油井的液、油、氣三相計(jì)量，需要準(zhǔn)確、及時(shí)地為油田地質(zhì)部門提供油藏工程資料。傳統(tǒng)的計(jì)量站生產(chǎn)管理采用人工計(jì)量方式和工人三班工作制，人工計(jì)量是間歇不連續(xù)的，計(jì)量次數(shù)少、時(shí)間短，再加上部分油井間歇出油、原油含水較高，往往造成計(jì)量結(jié)果代表性差，不能為油藏工程提供真實(shí)可靠的資料；人工計(jì)量勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，也容易導(dǎo)致人為假數(shù)據(jù)。另外，艾哈代布油田屬于沙漠油田，其自然環(huán)境條件惡劣，再加上伊拉克安保防恐環(huán)境，使得傳統(tǒng)的人工巡檢計(jì)量無法適應(yīng)特殊的現(xiàn)場環(huán)境，從而對計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。
       艾哈代布油田計(jì)量站采用北京迪威爾石油天然氣技術(shù)開發(fā)有限公司的撬裝計(jì)量工藝設(shè)備和儀表，計(jì)量站采用北京安控科技股份有限公司開發(fā)的E5406自動(dòng)計(jì)量RTU為核心的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控設(shè)備，中控室采用SCADA系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而實(shí)現(xiàn)了對撬裝計(jì)量站的完整數(shù)據(jù)監(jiān)控和全自動(dòng)計(jì)量，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場無人值守。
       在計(jì)量工藝設(shè)備上，采用艾默生Micro Motion質(zhì)量流量計(jì)實(shí)現(xiàn)對進(jìn)入計(jì)量站的每一口油井的產(chǎn)液量和介質(zhì)密度的數(shù)據(jù)測量，而日產(chǎn)氣量的流量測量則采用天然氣流量計(jì)；在自動(dòng)選井設(shè)備上，選用北京迪威爾石油天然氣技術(shù)開發(fā)有限公司開發(fā)的多通閥；數(shù)據(jù)采集監(jiān)控設(shè)備選用北京安控科技股份有限公司開發(fā)的E5406自動(dòng)計(jì)量RTU。從而，通過監(jiān)控現(xiàn)場儀表、多通閥，實(shí)現(xiàn)了撬裝計(jì)量站的全自動(dòng)運(yùn)行；通過光纖與中控室SCADA系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量站的遠(yuǎn)程控制與計(jì)量。中控室SCADA系統(tǒng)由霍尼韋爾公司提供。

附圖1  計(jì)量站E5406 RTU

2  油田單井計(jì)量SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
        油田單井計(jì)量SCADA系統(tǒng)中，中控室與現(xiàn)場撬裝計(jì)量站RTU通過光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。一期工程中，已經(jīng)投運(yùn)了9套計(jì)量站RTU，而隨著油田的開發(fā)，在二期工程中還將投運(yùn)5套計(jì)量站RTU。
       計(jì)量站RTU和中控室SCADA系統(tǒng)是通過就地操作或中控室遠(yuǎn)程操作來實(shí)現(xiàn)對進(jìn)入計(jì)量站的各個(gè)油井采出物的三相日產(chǎn)量計(jì)量，包括日產(chǎn)液量、日產(chǎn)油量、含水率等。

附圖2 油田單井計(jì)量SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 單個(gè)撬裝計(jì)量站的設(shè)備組成
       計(jì)量站的撬裝建設(shè)模式，是預(yù)先在工廠將工藝設(shè)備、儀表設(shè)備、控制系統(tǒng)等組裝成撬，減少了現(xiàn)場野外的施工量，有利于提高建設(shè)質(zhì)量；撬裝設(shè)備能夠通過規(guī)模化采購降低設(shè)備采購成本；可在現(xiàn)場快速組裝，有利于減少現(xiàn)場施工成本，縮短建站工期。
       每個(gè)計(jì)量站由多個(gè)撬裝設(shè)備組成：
       ——與油田原油系統(tǒng)相對應(yīng)：2個(gè)多通閥撬，1個(gè)計(jì)量撬；
       ——與油田注水系統(tǒng)相對應(yīng)：1個(gè)配水撬。
（1）2個(gè)多通閥撬
        每個(gè)多通閥內(nèi)的8井式多通閥，具備8個(gè)進(jìn)油管線，其中7個(gè)作為井口來油管線、1個(gè)作為空頭；每個(gè)多通閥具備2個(gè)出油管線，分別接計(jì)量裝置和生產(chǎn)匯管。
       因此，具備2個(gè)多通閥的撬裝計(jì)量站最多可接入14口油井的來油。
       多通閥撬上的儀表包括：油井來油壓力檢測、可燃?xì)鉂舛葯z測、H2S濃度檢測等。
（2）1個(gè)計(jì)量撬
       計(jì)量撬上的工藝設(shè)備為油氣分離器，儀表設(shè)備為質(zhì)量流量計(jì)、天然氣流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)對井口采出物的油氣分離和日產(chǎn)量三相計(jì)量。
       其它儀表包括分離器壓力、溫度、液位，可燃?xì)鉂舛葯z測、H2S濃度檢測等。
（3）1個(gè)配水撬
       配水撬連接多口注水井，將來自于注水站的水注入到各個(gè)注水井。配水撬上的儀表為各個(gè)注水井的注水壓力和注水流量，從而監(jiān)控各個(gè)注水井的配注情況。

3  計(jì)量站RTU和相關(guān)設(shè)備
       在撬裝計(jì)量站中，RTU是實(shí)現(xiàn)全站自動(dòng)倒井、自動(dòng)計(jì)量的核心自控設(shè)備。一方面，RTU用于監(jiān)控站內(nèi)各類儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、控制和計(jì)量等任務(wù)；另一方面，RTU通過光纖網(wǎng)絡(luò)與SCADA系統(tǒng)的上位機(jī)服務(wù)器通信，實(shí)現(xiàn)在中控室的遠(yuǎn)程控制和計(jì)量。
3.1選井多通閥
       每個(gè)多通閥撬內(nèi)均設(shè)有一套8井式多通閥。 與多通閥配套提供的是多通閥控制箱，其內(nèi)部有多通閥控制器和供配電設(shè)備，用來完成對多通閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的三相供電驅(qū)動(dòng)、閥位檢測和閥位控制；多通閥控制箱外部有指示燈和控制開關(guān)，用于對多通閥進(jìn)行就地手動(dòng)的選井操作。多通閥配置見附圖3.1-1。
       多通閥控制器提供與計(jì)量站RTU進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的控制接口，以便RTU對多通閥進(jìn)行閥位檢測和閥位控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)倒井和現(xiàn)場無人值守。

附圖3.1-1  多通閥配置圖

3.2質(zhì)量流量計(jì)和天然氣流量計(jì)
3.2.1質(zhì)量流量計(jì)
       艾默生Micro Motion質(zhì)量流量計(jì)利用科里奧利效應(yīng)工作，實(shí)時(shí)測量井口來油的質(zhì)量流量、密度和溫度，并根據(jù)用戶設(shè)定的純油密度和水密度，計(jì)算出原油的體積流量、含水率、純油體積流量。
       質(zhì)量流量計(jì)支持連續(xù)計(jì)量方式和油井計(jì)量方式，并提供與RTU通訊的RS485通信接口。由于撬裝計(jì)量站要通過多通閥倒井，依次對不同油井來油進(jìn)行產(chǎn)量計(jì)量，因此，必須使用油井輪換計(jì)量方式。這就要求RTU在計(jì)量過程中，除了控制多通閥選井之外，還要向質(zhì)量流量計(jì)發(fā)出啟動(dòng)計(jì)量、停止計(jì)量的命令，并向質(zhì)量流量計(jì)寫入其計(jì)量所需參數(shù)、讀取計(jì)量結(jié)果到RTU和傳輸?shù)街锌厥疑衔粰C(jī)。

圖3.2-1  質(zhì)量流量計(jì)

3.2.2天然氣流量計(jì)
 天然氣流量計(jì)選用旋進(jìn)漩渦流量計(jì)。在計(jì)量過程中，RTU監(jiān)測天然氣的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，并根據(jù)計(jì)量時(shí)間計(jì)算出油井的日產(chǎn)氣量。
3.3  RTU
3.3.1 設(shè)備硬件組成
       E5406系列自動(dòng)計(jì)量控制器選用北京安控科技發(fā)展有限公司開發(fā)的Super E50主控制器和I/O模塊。為了適應(yīng)沙漠油田惡劣的自然環(huán)境，系統(tǒng)采用主控制器、電源、網(wǎng)絡(luò)等的冗余設(shè)計(jì)，并采用高防護(hù)等級(jí)的室外機(jī)柜和特殊的安裝施工。
       Super E50 系列RTU 是安控科技集多年的控制系統(tǒng)開發(fā)、工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的新型模塊化RTU 產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)的采集和設(shè)備的控制。該產(chǎn)品采用了32 位處理器和高效的嵌入式操作系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)功能強(qiáng)大、操作方便、集成度高，不僅能完成數(shù)據(jù)采集、定時(shí)、計(jì)數(shù)、控制，還能完成復(fù)雜的計(jì)算、PID控制、通訊聯(lián)網(wǎng)等功能，其程序開發(fā)方便，可與上位機(jī)組成控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集散控制。Super E50 系列RTU 產(chǎn)品具有多種配置和可選功能，可根據(jù)工程的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)開發(fā)成各種控制系統(tǒng)。
       Super E50系列RTU采用適應(yīng)惡劣環(huán)境下高可靠的工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)，可應(yīng)用于各種現(xiàn)場工況。
       RTU具備多種通信接口，并通過串口連接顯示屏，因此，既可在計(jì)量站就地操作，也可在中控室上位機(jī)遠(yuǎn)程操作。

附圖3.3-1  RTU機(jī)柜

3.3.2  RTU性能特點(diǎn)
◇ 采用32 位處理器， 嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)
◇ 模塊化設(shè)計(jì)，易于擴(kuò)展，可多站協(xié)調(diào)工作，組建成復(fù)雜系統(tǒng)
◇ 經(jīng)濟(jì)可靠、功能強(qiáng)大的通信接口，支持Modbus RTU/ASCI / TCP、DNP3 等通信協(xié)議， 具有RS232、RS485、Ethernet 等通信接口
◇ 高效的工程開發(fā)工具，符合IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)，支持LD、FBD、IL、ST、SFC 五種程序語言
◇ 先進(jìn)的冗余/ 容錯(cuò)方式
◇ 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，DIN 導(dǎo)軌安裝結(jié)構(gòu)，方便現(xiàn)場安裝
◇ 工作溫度-40 ℃～ +70℃，工作濕度5 ～ 95%RH，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境
◇ 通過CE 認(rèn)證，達(dá)到EMC 電磁兼容3 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
3.3.3系統(tǒng)功能和人機(jī)界面
     （1) 實(shí)時(shí)監(jiān)測功能
        實(shí)時(shí)監(jiān)測油田計(jì)量站的全部生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如計(jì)量撬、配水撬、多通閥撬等的溫度、壓力、液位、可燃?xì)?有毒氣體濃度、含水率、注水流量等數(shù)據(jù)。
     （2)  自動(dòng)選井控制功能
       根據(jù)RTU人機(jī)界面操作命令或中控室遠(yuǎn)程操作命令，自動(dòng)將某一個(gè)或多個(gè)油井切換到計(jì)量位，并啟動(dòng)該油井的日產(chǎn)量計(jì)量。生產(chǎn)管理人員只需設(shè)置好每口油井的計(jì)量排序和計(jì)量時(shí)間，即可啟動(dòng)RTU，由RTU完成對全站各個(gè)油井的全自動(dòng)計(jì)量。

      （3) 計(jì)量流程控制功能
       某一個(gè)油井切換到計(jì)量位后，實(shí)時(shí)采集原油流量、含水率、天然氣流量，完成一定時(shí)間的計(jì)量（根據(jù)RTU人機(jī)界面或中控室設(shè)置）。

     （4）計(jì)量計(jì)算功能
       計(jì)量過程結(jié)束后，根據(jù)計(jì)量的有效時(shí)間、原油和天然氣流量累計(jì)、含水率等數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算出采出液、油、氣、水的日產(chǎn)量。

     （5）報(bào)警與聯(lián)鎖功能
       數(shù)據(jù)采集點(diǎn)報(bào)警，如液位高報(bào)警、天然氣泄漏濃度高報(bào)警等；
       設(shè)備故障報(bào)警，如電動(dòng)閥故障判斷與報(bào)警、計(jì)量流程異常等；
       危險(xiǎn)報(bào)警點(diǎn)可與設(shè)備聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖控制。
     （6）計(jì)量歷史數(shù)據(jù)功能
       RTU控制器可獨(dú)立工作，并可存儲(chǔ)數(shù)百條歷史計(jì)量數(shù)據(jù)，供查詢和打印。

 4、SCADA系統(tǒng)
       中控室SCADA服務(wù)器通過光纖網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場各個(gè)撬裝計(jì)量站RTU進(jìn)行通信，及時(shí)準(zhǔn)確地將現(xiàn)場數(shù)據(jù)、工藝流程、設(shè)備狀態(tài)展示給中控室生產(chǎn)調(diào)度人員，并能夠向現(xiàn)場各個(gè)RTU發(fā)送控制指令，控制現(xiàn)場的多通閥和質(zhì)量流量計(jì)完成計(jì)量操作。
       主要畫面包括：計(jì)量撬流程、配水撬流程、多通閥撬流程、計(jì)量排序設(shè)置、計(jì)量結(jié)果顯示等。

5、運(yùn)行效果
       艾哈代布油田計(jì)量站SCADA系統(tǒng)投運(yùn)以來，工作穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。生產(chǎn)管理人員在中控室即可對幾公里乃至幾十公里外的各個(gè)計(jì)量站進(jìn)行遠(yuǎn)程選井操作、自動(dòng)計(jì)量、數(shù)據(jù)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場無人值守。通過多通閥選井的方式，對進(jìn)入計(jì)量站的各個(gè)油井輪流進(jìn)行計(jì)量，單井計(jì)量精度達(dá)到了10%以內(nèi)，能夠較好地反映出油井日產(chǎn)量和含水率的變化趨勢。
       這一方面能夠?yàn)橛吞锏刭|(zhì)部門提供及時(shí)準(zhǔn)確的油藏工程數(shù)據(jù)，另一方面避免了生產(chǎn)管理人員日常驅(qū)車到現(xiàn)場進(jìn)行巡井計(jì)量的操作，大大減輕了生產(chǎn)人員的工作負(fù)擔(dān)，尤其提高了在伊拉克特殊的安保防恐環(huán)境下的人身安全。