中联煤层气有限责任公司临兴-神府项目指挥部山西吕梁033200
摘要：SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统，即数据采集与监视控制系统，是以计算机为基础的生产过程控制与调度管理自动化系统。它应用领域很广，可以应用于电力、石油、化工等等诸多领域的数据采集与监视控制。本文主要通过对临兴气田SCADA系统设计的阐述，介绍了自动化技术在气田生产和管理过程中的应用。
关键词：SCADA系统；气田生产；自动化
一、SCADA系统简介
1、SCADA系统优势
SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）即数据采集与监视控制系统，是以计算机为基础的生产过程控制与调度管理自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现设备的数据实时采集、远程控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。
SCADA系统与其他自动监控系统相比，主要优势在与对地理位置比较分散、面积相对较广的地域生产装置进行监控，一般都是无人值守的工作环境。而临兴气田地域辽阔，资源丰富，气井众多，矿产资源面积达2530平方公里，跨越2县14个乡镇，主要负担本区块范围内天然气生产、处理、集输任务。
2、SCADA系统特点
（1）数据采集：能够采集各种可以通过通道传递到主站的遥测、遥信、电度及其他类型的量测数据，总调度控制中心可以在任何时刻请求召唤一口或多口井的数据。数据的处理量大，可以达到20万点以上，数据吞吐量可以达到14万点每秒，并且支持数据冗余备份，大大提高了数据库运行的安全性和数据处理的效率。
（2）报警系统：系统可为每种报警定义报警级别，对每个报警级别提供不同的报警效果，如颜色、音响、闪烁等。当天然气进站压力过低，出站压力过高时、污水储罐和轻烃储罐液位高低超限时、太阳能电池电力不足时、输气管道泄漏和安全阀、泄压阀有异常时，都会进行系统报警。单独的进程管理器管理力控的所有后台进程，具备自诊断和自恢复功能。
二、临兴气田概况
临兴气田位于山西省吕梁市临兴和兴县境内，本区属于黄土塬地貌，地形以黄土丘陵为主，由于长期受流水切割，地形破碎，河壑纵横。
截止2016年底，累计完成钻井102口，二维地震数据采集处理解释780公里，三维地震数据采集处理解释939平方公里。基本探明两个天然气富集区（临兴4井区、临兴8井区），新发现两个天然气富集区（临兴10井区、临兴11井区）。压裂试气182层，无阻流量大于1万方的有104层，其中大于15万的有2层。已完成产能3000万方，控制天然气储量682亿方。
地面工程相继建成临兴4井区和临兴8井区集气干线、集气支线55km，采气井场12座、集气站2座，生产指挥中心1座。
三、SCADA系统在临兴气田应用情况分析
为保证整个气田的正常生产和对下游的平稳供气，实现自动化控制和管理，同时结合临兴气田特殊的地理位置和环境，以及对天然气生产的要求，从自动控制功能应用需求出发，本气田选择了三层结构模式的SCADA系统。
依据临兴气田的开发模式和所处的地理环境，SCADA系统总体结构按“控制分散，管理集中”的原则设计，将系统设计为三层模式结构，由总调度控制中心、区域控制中心、远程终端单元（RTU）以及数据通讯部分组成。正常状况下利用总调度控制中心SCADA系统监控各区域控制中心，各区域控制中心监控所属区域内远程终端单元（RTU），操作人员只需在SCADA总调度控制中心和各区域调度中心利用计算机全线监视、管理、操作即可，无需对设置分散、地理环境恶略、交通不便的各远程终端单元（RTU）实施人工干预，实现井场无人值守远程控制生产。
四、总调度控制中心MCC（MasterControlCenter）
总调度控制中心设在生产指挥中心大楼。调度中心采用光纤通信方式。硬件设备包括：服务器两台、操作员终端两台、工程师终端两台、管道模拟终端一台、打印机一台、交换机一台、光纤收发器一台、光纤终端盒一台、监控平台一体机一台、相应的配套系统、UPS系统等，由相应的组态软件实现总调度控制中心的各项功能。
总调度控制中心每天24小时接收各区域控制中心的信息、数据。实现对临兴4井区和临兴8井区天然气采气、输气、脱水、增压、视频监控、太阳能供电进行调度管理和监视控制，保障气田稳定运行。本中心包括2台操作员终端，操作员终端监视系统的运行状况，当生产过程出现故障时，系统自动声音报警，并在操作员终端显示出来根据实际情况，直接对警报做出应答，发出控制信号，通过光纤收发器将信号传递到LCC或RTU，完成操作控制任务，从而达到对整个气田的统一控制。
为了保证系统安全可靠运行，本SCADA系统采用服务器双机备份系统，当一台服务器出现故障时，另一台服务器自动转换为服务器，服务器的操作系统采用UNIX，其它计算机的操作系统采用标准的Windows，来保障系统安全正常工作。调度中心的工程师终端是系统工程师的控制台，为工程师提供系统控制编程和调试平台功能，可对整个SCADA系统进行诊断。
五、区域控制中心LCC（LocalControlCenter）
区域控制中心是局部管理，是各个生产区域最重要的控制中心，可直接对下级的远程终端单元RTU进行控制，接收集气站RTU、井场RTU上传的数据，向RTU下达指令，完成对RTU的采集数据的处理、显示、报警、发布功能，实现对集气站、井场RTU进行远程控制。区域控制中心除完成对所处站场、井场的监控和远程控制任务外，还负责将所有RTU传过来的数据存储并处理，完成向系统上一级提供数据的功能，同时接受和执行总调度控制中心下达的命令，实现区域控制的功能。区域控制中心系统结构图如图1所示：
图1区域控制中心系统结构图
六、集气站和井场RTU（RemoteTerminalUnit）
RTU是整个气田自控系统的基础控制单元，设置在各个集气站和井场，也是SCADA系统的基本组成单元。远程终端RTU完成对管网、站场和井场的工艺过程、控制设备的数据采集、报警连锁、天然气流量计算等。主要采集井场各井口油、套压，井场计量生产注醇管汇撬天然气和注醇瞬时流量、累计流量、压力、温度，控制应急关断阀，检测关断阀开、关是否到位
由于井场位置分散，远离居民区，没有大功率动力设备，如果架设电力线路或者使用发电机为RTU供电，成本较高，故选择太阳能供电系统。
太阳能电池板功率计算
（1）P=负载功率*用电时间*电池板电压/系统电压/平均峰值日照时间/损耗系数
其中负载功率*用电时间为系统所耗的电能，电池板电压/系统电压为充电损耗的比例系数一般取1.41，平均峰值日照时间为一年电池板在最大功率点时候的发电时间，山西地区取值3.8-4.0小时。
（2）蓄电池容量计算
C=负载功率*用电时间*连续阴雨天数/系统电压/放电深度
其中负载功率*用电时间*连续阴雨天数表示系统所消耗的电能除以电压与放电深度为所需要的蓄电池容量安时。一般放电深度取值0.75-0.8
每个RTU子站可独立完成本站范围内现场数据的监测和控制，一旦发现系统出现异常情况，及时报警并存储报警记录，对事件进行记录，通过光纤与LCC和MCC进行实时数据交换，对LCC和MCC下发的控制命令可以进行实时执行。RTU具有历史数据存储功能，当出现RTU掉电现象时，能够及时对已采集数据、源程序实施保护，当外电恢复后可自动恢复数据采集及控制过程，具有稳定控制天然气生产过程的功能。
七、结论
SCADA系统在临兴气田的应用，实现了利用计算机自动控制技术进行气田管理功能，可以对气田关键设备进行远程、就地控制，有效保证了集输管网、场站压力、气田装置等生产参数的设置管理，增强了系统抗风险能力，减轻了工作人员的负担，提高了生产效率，能有效确保气田生产的可靠、经济、安全、平稳运行。
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