自動(dòng)化油田SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警優(yōu)化研究與應(yīng)用

杜發(fā)平

（中國(guó)石油新疆油田公司，新疆 克拉瑪依　834000）

自動(dòng)化油田SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警優(yōu)化研究與應(yīng)用

杜發(fā)平

（中國(guó)石油新疆油田公司，新疆 克拉瑪依834000）

針對(duì)SCADA系統(tǒng)監(jiān)控參數(shù)報(bào)警頻繁、誤報(bào)警較多等情況，通過(guò)對(duì)SCADA系統(tǒng)報(bào)警參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，綜合利用自動(dòng)化、地質(zhì)、工程解釋資料，應(yīng)用幾何平均分析法和離散分析法等數(shù)據(jù)比對(duì)技術(shù)，總結(jié)報(bào)警參數(shù)變化規(guī)律，提出參數(shù)報(bào)警級(jí)別設(shè)置的技術(shù)方案，對(duì)SCADA系統(tǒng)各項(xiàng)自動(dòng)化報(bào)警參數(shù)優(yōu)化設(shè)置，提高報(bào)警數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和重要性，有效保證監(jiān)控準(zhǔn)確率，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息采集及時(shí)準(zhǔn)確、遠(yuǎn)程控制快速到位、達(dá)到故障巡檢的要求，取得的社會(huì)效益較為顯著。

SCADA系統(tǒng)；報(bào)警參數(shù)；優(yōu)化設(shè)置研究；自動(dòng)化應(yīng)用

1　陸梁自動(dòng)化基本情況

新疆油田陸梁油田作業(yè)區(qū)目前采用的監(jiān)控系統(tǒng)是北京安控公司設(shè)計(jì)開發(fā)的SCADA軟件系統(tǒng)，是集油田監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)。該系統(tǒng)可以指導(dǎo)生產(chǎn)，提高油田生產(chǎn)的管理水平，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，為管理者進(jìn)行正確決策及時(shí)提供準(zhǔn)確有效的參考依據(jù)，同時(shí)為信息全面共享提供基礎(chǔ)，能夠適應(yīng)油田自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展、滿足油田自動(dòng)化總體需要的油田監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)油田生產(chǎn)和管理的自動(dòng)化。

該系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元（RTU）、測(cè)控中心監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）以及生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)（DMS）組成。SCADA軟件系統(tǒng)是直接與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元（RTU）以及生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)（DMS）進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)抽油井、水源井、注水井、計(jì)量站、處理站等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元（RTU）數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)對(duì)RTU的遙控，并能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歸檔保存。DMS數(shù)據(jù)庫(kù)后臺(tái)管理系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控和采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行后期加工處理，“油田生產(chǎn)自動(dòng)數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用系統(tǒng)”通過(guò)WEB實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)發(fā)布。

2　報(bào)警優(yōu)化設(shè)置研究

2.1報(bào)警管理系統(tǒng)

SCADA采用分布式的報(bào)警管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)報(bào)警功能，可以報(bào)告系統(tǒng)活動(dòng)及系統(tǒng)潛在的問(wèn)題，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。系統(tǒng)提供多種報(bào)警管理功能，包括：無(wú)限的報(bào)警區(qū)管理、基于事件的報(bào)警、報(bào)警優(yōu)先級(jí)、報(bào)警過(guò)濾功能。SCADA系統(tǒng)用戶對(duì)各項(xiàng)自動(dòng)化數(shù)據(jù)設(shè)置報(bào)警參數(shù)，使得數(shù)據(jù)一旦超出設(shè)定范圍，便發(fā)出聲光報(bào)警。用戶通過(guò)單擊“工具條”上的“實(shí)時(shí)報(bào)警分析”按鈕，可進(jìn)入報(bào)警分析界面，應(yīng)用單選按鈕可以對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行篩選。

2.2報(bào)警參數(shù)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題分析

2.2.1監(jiān)測(cè)參數(shù)具有種類多樣性和多變性。由于井區(qū)設(shè)備流程工藝參數(shù)有多種，數(shù)據(jù)類型多樣，包括壓力參數(shù)、溫度參數(shù)、負(fù)荷參數(shù)、電流參數(shù)、運(yùn)時(shí)參數(shù)等，數(shù)據(jù)隨流程工藝不同而多變，數(shù)據(jù)隨設(shè)備生產(chǎn)狀變化而多變，數(shù)據(jù)還隨季節(jié)等環(huán)境因素而多變。

2.2.2參數(shù)報(bào)警級(jí)別設(shè)置缺乏科學(xué)性。由于參數(shù)報(bào)警數(shù)值不是利用自動(dòng)化時(shí)間監(jiān)測(cè)到的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析得出，而是由采油站工程人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行設(shè)置，工作經(jīng)驗(yàn)起了很大的作用，存在很多人為因素，缺乏科學(xué)性和合理性，導(dǎo)致出現(xiàn)大量的無(wú)效報(bào)警，增加了監(jiān)控人員的分析報(bào)警和確認(rèn)報(bào)警的無(wú)謂工作量。

2.2.3同一數(shù)據(jù)頻繁報(bào)警導(dǎo)致誤報(bào)警較多。項(xiàng)目開展前，SCADA系統(tǒng)每日?qǐng)?bào)警條數(shù)多達(dá)1200余條，找出頻繁報(bào)警的參數(shù)主要是油井回壓報(bào)警、油井懸點(diǎn)負(fù)荷報(bào)警、油井電流報(bào)警數(shù)居多，其次是管匯壓力報(bào)警、注水壓力報(bào)警和水井瞬時(shí)流量報(bào)警數(shù)次之，其中故障誤報(bào)警居多，故障報(bào)警有效率較低。

2.3報(bào)警參數(shù)級(jí)別設(shè)置技術(shù)

報(bào)警參數(shù)的量程上下限是測(cè)量量程的最大值與最小值，而參數(shù)報(bào)警級(jí)別分為高報(bào)、低報(bào)、高高報(bào)、低低報(bào)四種級(jí)別，即參數(shù)工作值達(dá)到某一級(jí)別則報(bào)警，因此參數(shù)報(bào)警級(jí)別的設(shè)置是否合理，對(duì)于該參數(shù)是否報(bào)警，能否及時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)問(wèn)題就顯得尤為重要。

參數(shù)報(bào)警級(jí)別設(shè)置的研究主要以壓力參數(shù)報(bào)警級(jí)別設(shè)置為例展開研究，其他參數(shù)均可按照此參數(shù)相同算法和設(shè)置方法進(jìn)行計(jì)算。

壓力參數(shù)報(bào)警是最高級(jí)別報(bào)警，報(bào)警優(yōu)先級(jí)為H級(jí)或L級(jí)。從對(duì)壓力數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)入手，通過(guò)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行論證，摸索出壓力數(shù)據(jù)波動(dòng)的規(guī)律，應(yīng)用各種方法計(jì)算出報(bào)警級(jí)別的設(shè)置數(shù)值。

表2-1　壓力參數(shù)報(bào)警設(shè)置描述

2.3.1算法步驟

第一步：是應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)頻繁報(bào)警的井站的某一階段的報(bào)警參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，去除其中的異常值，分析找出該參數(shù)在正常工作狀態(tài)下的工作范圍、多個(gè)正常高值、多個(gè)正常低值和算術(shù)平均值。

第二步：是應(yīng)用幾何平均分析方法，計(jì)算出正常高值、正常低值的幾何平均數(shù)。

第三步：是應(yīng)用離散分析方法，計(jì)算出正常高值、正常低值的標(biāo)準(zhǔn)差，用來(lái)分析正常高值與幾何平均數(shù)、正常低值與其幾何平均數(shù)的離散程度，以此來(lái)確定參數(shù)報(bào)警級(jí)別中的高報(bào)和低報(bào)。

第四步：是應(yīng)用數(shù)倍關(guān)系方法，計(jì)算出正常高值、正常低值的放大倍數(shù)和縮小倍數(shù)，以此來(lái)確定參數(shù)報(bào)警級(jí)別中的高高報(bào)和低低報(bào)。

第五步：確定報(bào)警級(jí)別。

2.3.2確定各類壓力報(bào)警級(jí)別

通過(guò)對(duì)自動(dòng)化動(dòng)態(tài)庫(kù)里一個(gè)月內(nèi)的360個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，分析排除其中的異常值，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，分別計(jì)算得出集油管匯壓力、單井回壓、注水管匯和水井注入壓力的高值標(biāo)準(zhǔn)差、低值標(biāo)準(zhǔn)差、放大倍數(shù)、縮小倍數(shù)的具體數(shù)值，如表2-2。

表2-2　各類壓力參數(shù)計(jì)算數(shù)值

根據(jù)上面推算公式，確定出各類壓力報(bào)警級(jí)別高報(bào)、低報(bào)、高高報(bào)、低低報(bào)的具體算法，如表2-3。

表2-3各類壓力參數(shù)報(bào)警級(jí)別計(jì)算方法

因?yàn)?，?biāo)準(zhǔn)差是用來(lái)衡量和分析定距變量的離散程度或趨中程度，也就是說(shuō)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差的大小可以用來(lái)衡量生產(chǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定程度。油井懸點(diǎn)負(fù)荷參數(shù)、電流參數(shù)和注水井瞬時(shí)流量參數(shù)的報(bào)警級(jí)別設(shè)置，均可根據(jù)報(bào)警優(yōu)先級(jí)，按照上述方法計(jì)算出參數(shù)報(bào)警級(jí)別高報(bào)、低報(bào)、高高報(bào)、低低報(bào)的具體數(shù)值。

3　應(yīng)用效果

通過(guò)對(duì)全區(qū)計(jì)量站的集油線管匯壓力和油水壓力、載荷、電流等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析，總結(jié)參數(shù)變化規(guī)律，提出參數(shù)報(bào)警設(shè)置的技術(shù)方案，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，不斷優(yōu)化參數(shù)報(bào)警級(jí)別，使報(bào)警更合理高效，生產(chǎn)應(yīng)用效果明顯，提高報(bào)警數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和重要性，幫助監(jiān)控人員有效提高分析報(bào)警的效率和判斷故障的準(zhǔn)確率，有效保證監(jiān)控準(zhǔn)確率，在實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息采集及時(shí)準(zhǔn)確、遠(yuǎn)程控制快速到位、達(dá)到故障巡檢的要求等方面取得較好社會(huì)效益。

3.1解決報(bào)警參數(shù)設(shè)置的技術(shù)瓶頸

本項(xiàng)目的開展過(guò)程中，充分綜合利用自動(dòng)化、地質(zhì)、工程解釋資料，對(duì)SCADA系統(tǒng)報(bào)警參數(shù)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析方法和數(shù)據(jù)比對(duì)方法，找到報(bào)警級(jí)別設(shè)置的理論依據(jù)，通過(guò)理論驗(yàn)證、結(jié)果分析、故障判斷等方面，著重提出了參數(shù)報(bào)警設(shè)置的技術(shù)方案，打破了自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)報(bào)警參數(shù)僅靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)置的局面，并有針對(duì)性的提出了有效的解決方案，為以后報(bào)警參數(shù)優(yōu)化提供了技術(shù)支持。

3.2摸索出報(bào)警參數(shù)的變化規(guī)律

通過(guò)充分應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法、幾何平均分析法和離散分析法等數(shù)據(jù)比對(duì)技術(shù)，計(jì)算出壓力參數(shù)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差和放大倍數(shù)、縮小倍數(shù)，根據(jù)壓力參數(shù)數(shù)據(jù)的變化情況，總結(jié)出標(biāo)準(zhǔn)差的大小可以用來(lái)衡量設(shè)備或數(shù)據(jù)的生產(chǎn)狀態(tài)和穩(wěn)定程度，負(fù)荷和電流參數(shù)經(jīng)優(yōu)化夠仍高報(bào)是由于現(xiàn)場(chǎng)抽油機(jī)不平衡或井筒情況所致等規(guī)律，有效的對(duì)各項(xiàng)參數(shù)報(bào)警級(jí)別進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。

3.3明顯提高故障報(bào)警有效率

通過(guò)對(duì)SCADA系統(tǒng)報(bào)警參數(shù)優(yōu)化設(shè)置，報(bào)警優(yōu)化效果顯著，日?qǐng)?bào)警數(shù)大幅度下降，目前每日?qǐng)?bào)警條數(shù)僅380條左右，故障報(bào)警有效率由低于90%提高95%以上，有效提高了監(jiān)控崗員工的分析報(bào)警和處理報(bào)警的工作效率。

3.4現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)應(yīng)用效果和社會(huì)效益顯著

一是提高了整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)用性，報(bào)警優(yōu)化設(shè)置研究的理論依據(jù)已得到生產(chǎn)驗(yàn)證，在故障分析和現(xiàn)場(chǎng)處理上效果較為顯著，其中的報(bào)警級(jí)別的設(shè)置算法和比對(duì)技術(shù)已形成固定模板，在多次的報(bào)警優(yōu)化過(guò)程中應(yīng)用效果較好。二是創(chuàng)造了良好4認(rèn)識(shí)及結(jié)論

的社會(huì)效益，科學(xué)合理的報(bào)警設(shè)置和順暢的流程，有效提高監(jiān)控人員的工作效率，減少了現(xiàn)場(chǎng)人員在落實(shí)確認(rèn)誤報(bào)警的人力物力方面浪費(fèi)，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境，極大地提高了職工的工作積極性。三是從整體上提高了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化監(jiān)控水平，保持與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)監(jiān)控自動(dòng)化水平同步，在石油行業(yè)及中小企業(yè)中樹立了良好的企業(yè)形象。

4.1優(yōu)化SCADA系統(tǒng)報(bào)警設(shè)置，不僅明顯提高報(bào)警有效率，也提高了故障分析和處理效率，是保證監(jiān)控效率最有效、最直接的方法，有利于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息采集準(zhǔn)確、遠(yuǎn)程控制快速故障巡檢高效的要求。

4.2參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差的大小與監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的生產(chǎn)狀態(tài)好壞和穩(wěn)定程度成正比，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)差是用來(lái)衡量和分析定距變量的離散程度或趨中程度，因此在監(jiān)控過(guò)程中可將報(bào)警參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差作為判斷現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的生產(chǎn)狀態(tài)和穩(wěn)定程度的一個(gè)依據(jù)。

4.3懸點(diǎn)負(fù)荷參數(shù)和電流參數(shù)優(yōu)化設(shè)置后 ，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警明顯下降，報(bào)警有效率也大幅度提高，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)仍出現(xiàn)一些負(fù)荷和電流高報(bào)和高高報(bào)時(shí)，需要采油站人員現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證抽油機(jī)是否平衡或者檢查井筒內(nèi)液面和結(jié)蠟結(jié)垢情況。

4.4由于電流和負(fù)荷成正比，因此當(dāng)出現(xiàn)電流誤報(bào)警時(shí)，需結(jié)合負(fù)荷情況綜合判斷，除自動(dòng)化儀器故障或異常外，還需要現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)抽油機(jī)是否平衡，或者檢查井筒內(nèi)液面和結(jié)蠟結(jié)垢情況進(jìn)行詳細(xì)檢查和驗(yàn)證，以便更好的保障抽油機(jī)的正常生產(chǎn)。

［1］北京安控.EchoSCADA油田監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)操作手冊(cè)ECHO5000.3.1版，北京安控科技股份有限公司空間，2011-02-25

［2］李新國(guó).自動(dòng)化中控室技術(shù)手冊(cè)，陸梁油田作業(yè)區(qū)，2010.（8）

TE937

A

1003-5168（2015）11-016-03

杜發(fā)平（1982.01-），男，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）勘查技術(shù)與工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中國(guó)石油新疆油田公司陸梁油田作業(yè)區(qū)自動(dòng)化中控室，自動(dòng)化中控室副主任，工程師，研究方向:油田信息自動(dòng)化。