1、系統(tǒng)簡(jiǎn)介

    3/7區(qū)塊位于蘇丹東部的Melut盆地，面積7.24萬(wàn)平方公里。2000年11月，中石油中標(biāo)3/7區(qū)塊石油勘探開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。目前，中石油擁有3/7區(qū)塊41%的權(quán)益，合作伙伴為馬來(lái)西亞國(guó)家石油公司（40%）、蘇丹國(guó)家石油公司（8%）、中國(guó)石油化工集團(tuán)公司（6%）和阿聯(lián)酋國(guó)家石油公司（5%）。2003年，中石油在3/7區(qū)塊發(fā)現(xiàn)法魯濟(jì)（Palogue）油田，最大含油面積超過(guò)60平方公里。經(jīng)測(cè)試證實(shí)，最大油層厚度約147.5米，平均油層厚度近60米，主體油田探明地質(zhì)儲(chǔ)量超過(guò)3億噸。

    該項(xiàng)目工藝上主要是通過(guò)建設(shè)計(jì)量分離撬來(lái)實(shí)現(xiàn)井口來(lái)油的氣液兩相分離，通過(guò)在氣出口和液出口分別安裝相應(yīng)的流量計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)氣量和產(chǎn)液量進(jìn)行分別計(jì)量。整個(gè)撬裝設(shè)備由北京迪威爾天然氣技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司承建，設(shè)備配套的自動(dòng)化系統(tǒng)選用了基于ARM芯片開(kāi)發(fā)的32位一體化Super32-L系列RTU。Super32控制器及端子等附件成套在一個(gè)450*400*150的一個(gè)防爆機(jī)柜內(nèi)，外面安裝500*450*200的防護(hù)箱。現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、液位、氣體流量等一次儀表信號(hào)通過(guò)4-20mA信號(hào)采集到控制器中進(jìn)行工程值轉(zhuǎn)換等相關(guān)運(yùn)算。其中測(cè)量液體的流量計(jì)選用了Micro Motion的質(zhì)量流量計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)液量的計(jì)量，質(zhì)量流量計(jì)具有RS485通訊接口，以ModubRTU協(xié)議將質(zhì)量流量計(jì)內(nèi)的多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)采集到Super32控制器中,RTU內(nèi)部的數(shù)據(jù)再以RS485接口，ModbusRTU協(xié)議將整個(gè)計(jì)量分離器的數(shù)據(jù)上傳至中控室的DCS系統(tǒng)。

                  

                           圖1：RTU外觀圖

                  

                         圖2：RTU內(nèi)部布局圖

    2、場(chǎng)站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    2.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

    油田地面工程是油田建設(shè)中的一個(gè)重要組成部分，主要包括油氣田中完成油氣開(kāi)采、處理、集輸作業(yè)的各種井、站、管網(wǎng)等。因?yàn)閺挠?氣)井中采出的原油、天然氣和水的混合物要進(jìn)行分離、計(jì)量等工藝處理，經(jīng)處理后的油氣才符合儲(chǔ)存、集輸?shù)臈l件，所以對(duì)應(yīng)的會(huì)在油氣田地面工程建設(shè)中建立計(jì)量站、增壓站等各種工藝場(chǎng)站，完成對(duì)油氣的分離及計(jì)量功能。

    隨著撬裝設(shè)備設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)的成熟，同時(shí)撬裝設(shè)備具有成本低、靈活性好、施工周期短、安裝方便、重復(fù)利用率高等優(yōu)點(diǎn)，所以目前撬裝計(jì)量設(shè)備、撬裝分離設(shè)備在油氣田的地面工程建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用，并且確實(shí)在油氣田的建設(shè)過(guò)程中體現(xiàn)出了比以往固定地面工程具有突出的優(yōu)勢(shì)，尤其適合蘇丹等類似自然環(huán)境惡劣、社會(huì)環(huán)境較差等建設(shè)條件困難的油田建設(shè)中。

    該項(xiàng)目就是由中石油承建的蘇丹三七區(qū)塊的地面工程建設(shè)，在整個(gè)工藝場(chǎng)站的建設(shè)過(guò)程中，按功能需求進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的撬裝設(shè)備設(shè)計(jì)與加工。整個(gè)場(chǎng)站由多個(gè)功能不同的撬裝設(shè)備組成，其中計(jì)量撬是其中的重要組成部分。計(jì)量撬的設(shè)計(jì)、加工、組裝及配套的自動(dòng)化儀表安裝、調(diào)試都是在國(guó)內(nèi)完成，每套計(jì)量分離撬上安裝有1套R(shí)TU系統(tǒng)，用于完成撬裝設(shè)備上溫度、壓力、液位、流量、含水等數(shù)據(jù)的采集以及相關(guān)控制設(shè)備的手自動(dòng)控制功能。RTU作為撬裝設(shè)備上的核心數(shù)據(jù)處理設(shè)備，向下負(fù)責(zé)對(duì)常規(guī)4-20mA輸出的一次儀表進(jìn)行單變量數(shù)據(jù)采集，同時(shí)還對(duì)質(zhì)量流量計(jì)等智能儀表以485通訊方式進(jìn)行多變量數(shù)據(jù)采集；向上則負(fù)責(zé)將撬裝設(shè)備的一次數(shù)據(jù)及RTU內(nèi)部二次數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，實(shí)現(xiàn)了撬裝設(shè)備到全站DCS系統(tǒng)的接入，完成了中控室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)撬裝設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)視與控制。

               

                                    圖3：站內(nèi)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

    2.2 撬裝自動(dòng)化系統(tǒng)組成

     撬裝設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括1套撬裝RTU和現(xiàn)場(chǎng)溫度變送器、壓力變送器、流量計(jì)等設(shè)備，氣液兩相計(jì)量是整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中最為重要的功能，其中測(cè)量氣出口的流量計(jì)選用了旋緊旋渦流量計(jì)，測(cè)量液出口的流量計(jì)選用了質(zhì)量流量計(jì)，系統(tǒng)詳細(xì)的測(cè)點(diǎn)清單如下：

    

    RTU的主控制器作為系統(tǒng)核心產(chǎn)品，控制器的性能將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性等諸多方面，為此項(xiàng)目在綜合考慮了現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境、國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品性能特點(diǎn)、性價(jià)比、售后服務(wù)以及工程經(jīng)驗(yàn)等多方面的因素后，最終RTU產(chǎn)品選用了基于ARM芯片開(kāi)發(fā)的Super32-L系列32位控制器，該系列控制器有如下特點(diǎn)：

                   

                               圖4：安控科技Super32-L控制器

    產(chǎn)品特點(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)；
? 編程軟件符合IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)，支持LD、FBD、IL、ST、SFC五種程序語(yǔ)言，此外還支持C語(yǔ)言編程；
? 一體化模塊設(shè)計(jì)，集成AI、AO、DI、DO、PI等I/O通道，集成多種通信接口，最多可擴(kuò)展至64點(diǎn)I/O信號(hào)通道；
? 支持Modbus RTU／ASCII／TCP、DNP3等通信協(xié)議；
? 具有RS232、RS485、Ethernet等通信接口，適用于多種有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；
? 具有16位分辨率A/D；
? 具有看門狗及數(shù)據(jù)掉電保護(hù)功能，可長(zhǎng)期保存設(shè)定參數(shù)及歷史數(shù)據(jù)；
? 大容量存儲(chǔ)空間，滿足就地運(yùn)算和歷史數(shù)據(jù)記錄；
? 低功耗設(shè)計(jì)，特別適用于太陽(yáng)能供電等場(chǎng)合；
? 工作溫度－40～+70℃，工作濕度5～95%RH，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境；
? 元器件選用優(yōu)秀的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試和篩選；
? 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(chǎng)安裝；
? 產(chǎn)品通過(guò)CE認(rèn)證，達(dá)到EMC電磁兼容3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；

    3、安控RTU與質(zhì)量流量計(jì)的子網(wǎng)通訊

    計(jì)量分離撬顧名思義就可以知道整個(gè)撬的最基本功能包括兩部分，一是實(shí)現(xiàn)站外來(lái)油的氣液兩相分離；二是對(duì)分離后的氣相流量和液相流量進(jìn)行分別計(jì)量。我們?cè)谠摬糠种饕v述一下RTU是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)安裝在液相計(jì)量用的質(zhì)量流量計(jì)數(shù)據(jù)采集。

    由于原油中含水率不同以及油氣分離效果都會(huì)影響到原油的計(jì)量問(wèn)題，多年以來(lái)原油的計(jì)量一直是一個(gè)比較棘手的問(wèn)題，所以選擇對(duì)原油測(cè)量相對(duì)準(zhǔn)確的流量計(jì)成為系統(tǒng)選型的一個(gè)重點(diǎn)，在綜合了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量需求以及當(dāng)前流量計(jì)主流技術(shù)狀況，最終流量計(jì)選用了Micro Motion 質(zhì)量流量計(jì)作為項(xiàng)目中的液體流量測(cè)量設(shè)備。該質(zhì)量流量計(jì)利用科里奧利效應(yīng)工作，實(shí)時(shí)測(cè)量計(jì)量分離撬液出口的質(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。

    基于RS485總線通訊技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通訊中的成熟應(yīng)用，因此項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的質(zhì)量流量計(jì)與RTU通訊采用RS485方式。質(zhì)量流量計(jì)和RTU提供二線制RS485通訊接口，支持標(biāo)準(zhǔn)的MobusRTU主從通訊協(xié)議，從而完成RTU對(duì)質(zhì)量流量計(jì)數(shù)據(jù)的采集及遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置。下面就該項(xiàng)目中485通訊關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置介紹如下：

    1、 設(shè)置Modubs主站(Super32-L)串口通訊參數(shù)：協(xié)議：ModbusRTU，波特率：9600，數(shù)據(jù)位：8位，停止位：1位, 雙工模式：HALF，主從模式：Master。
    2、 設(shè)置Modubs從站(質(zhì)量流量計(jì))串口通訊參數(shù)：站號(hào)：1，協(xié)議：ModbusRTU，波特率：9600，數(shù)據(jù)位：8位，停止位：1位,雙工模式：FULL，主從模式：Slave。
    3、 在RTU與流量計(jì)通訊的過(guò)程中，存在浮點(diǎn)數(shù)和長(zhǎng)整數(shù)等4字節(jié)數(shù)據(jù)交換，所以就涉及到一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)順問(wèn)題，如果數(shù)據(jù)字節(jié)順序不對(duì)應(yīng)，那么就可能出現(xiàn)RTU中數(shù)據(jù)為亂值的情況。為此需要對(duì)字節(jié)順序進(jìn)行調(diào)整，其中質(zhì)量流量計(jì)支持字節(jié)順序設(shè)置功能，所以我們需要設(shè)置流量計(jì)中的字節(jié)順序【Byte Order】參數(shù)為1－2－3－4與RTU內(nèi)部字節(jié)順序一致。
    4、 如果正確完成以上步驟設(shè)置，那么可以看到RTU控制的串口RX與TX指示燈閃爍正行，并且RTU內(nèi)部數(shù)據(jù)與流量計(jì)內(nèi)部數(shù)據(jù)一致，表示RTU完成了對(duì)流量計(jì)內(nèi)部瞬時(shí)流量、累積流量等參數(shù)的輪詢采集。

                   

                           圖5：質(zhì)量流量計(jì)

               

                                圖6：RTU調(diào)試界面

    4、項(xiàng)目評(píng)估分析

     該套計(jì)量分離系統(tǒng)自2008年投產(chǎn)至今，已連續(xù)的、穩(wěn)定的運(yùn)行多年，充分的證明系統(tǒng)方案的合理性及產(chǎn)品性能穩(wěn)定。系統(tǒng)在油田生產(chǎn)過(guò)程中起到了頗為重要的作用，不僅減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且為油田生產(chǎn)提供了科學(xué)、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為油田實(shí)現(xiàn)科學(xué)開(kāi)采、精細(xì)管理提供了可靠保障，同時(shí)也為國(guó)產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)走出國(guó)門，進(jìn)軍海外市場(chǎng)提供了可靠的自動(dòng)化產(chǎn)品。