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   1、系統(tǒng)簡介

    3/7區(qū)塊位于蘇丹東部的Melut盆地，面積7.24萬平方公里。2000年11月，中石油中標3/7區(qū)塊石油勘探開發(fā)項目。目前，中石油擁有3/7區(qū)塊41%的權(quán)益，合作伙伴為馬來西亞國家石油公司（40%）、蘇丹國家石油公司（8%）、中國石油化工集團公司（6%）和阿聯(lián)酋國家石油公司（5%）。2003年，中石油在3/7區(qū)塊發(fā)現(xiàn)法魯濟（Palogue）油田，最大含油面積超過60平方公里。經(jīng)測試證實，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)儲量超過3億噸。

    該項目工藝上主要是通過建設(shè)計量分離撬來實現(xiàn)井口來油的氣液兩相分離，通過在氣出口和液出口分別安裝相應(yīng)的流量計來實現(xiàn)對產(chǎn)氣量和產(chǎn)液量進行分別計量。整個撬裝設(shè)備由北京迪威爾天然氣技術(shù)開發(fā)有限公司承建，設(shè)備配套的自動化系統(tǒng)選用了基于ARM芯片開發(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450*400*150的一個防爆機柜內(nèi)，外面安裝500*450*200的防護箱。現(xiàn)場溫度、壓力、液位、氣體流量等一次儀表信號通過4-20mA信號采集到控制器中進行工程值轉(zhuǎn)換等相關(guān)運算。其中測量液體的流量計選用了Micro Motion的質(zhì)量流量計來實現(xiàn)對產(chǎn)液量的計量，質(zhì)量流量計具有RS485通訊接口，以ModubRTU協(xié)議將質(zhì)量流量計內(nèi)的多個關(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)議將整個計量分離器的數(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、場站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    2.1 拓撲結(jié)構(gòu)圖

    油田地面工程是油田建設(shè)中的一個重要組成部分，主要包括油氣田中完成油氣開采、處理、集輸作業(yè)的各種井、站、管網(wǎng)等。因為從油(氣)井中采出的原油、天然氣和水的混合物要進行分離、計量等工藝處理，經(jīng)處理后的油氣才符合儲存、集輸?shù)臈l件，所以對應(yīng)的會在油氣田地面工程建設(shè)中建立計量站、增壓站等各種工藝場站，完成對油氣的分離及計量功能。

    隨著撬裝設(shè)備設(shè)計生產(chǎn)技術(shù)的成熟，同時撬裝設(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，所以目前撬裝計量設(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，并且確實在油氣田的建設(shè)過程中體現(xiàn)出了比以往固定地面工程具有突出的優(yōu)勢，尤其適合蘇丹等類似自然環(huán)境惡劣、社會環(huán)境較差等建設(shè)條件困難的油田建設(shè)中。

    該項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)，在整個工藝場站的建設(shè)過程中，按功能需求進行了對應(yīng)的撬裝設(shè)備設(shè)計與加工。整個場站由多個功能不同的撬裝設(shè)備組成，其中計量撬是其中的重要組成部分。計量撬的設(shè)計、加工、組裝及配套的自動化儀表安裝、調(diào)試都是在國內(nèi)完成，每套計量分離撬上安裝有1套RTU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，向下負責對常規(guī)4-20mA輸出的一次儀表進行單變量數(shù)據(jù)采集，同時還對質(zhì)量流量計等智能儀表以485通訊方式進行多變量數(shù)據(jù)采集；向上則負責將撬裝設(shè)備的一次數(shù)據(jù)及RTU內(nèi)部二次數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)上傳，實現(xiàn)了撬裝設(shè)備到全站DCS系統(tǒng)的接入，完成了中控室對現(xiàn)場撬裝設(shè)備的統(tǒng)一監(jiān)視與控制。

               

                                    圖3：站內(nèi)系統(tǒng)拓撲圖

    2.2 撬裝自動化系統(tǒng)組成

     撬裝設(shè)備的自動化系統(tǒng)主要包括1套撬裝RTU和現(xiàn)場溫度變送器、壓力變送器、流量計等設(shè)備，氣液兩相計量是整個自動化系統(tǒng)中最為重要的功能，其中測量氣出口的流量計選用了旋緊旋渦流量計，測量液出口的流量計選用了質(zhì)量流量計，系統(tǒng)詳細的測點清單如下：

    

    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系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性等諸多方面，為此項目在綜合考慮了現(xiàn)場使用環(huán)境、國內(nèi)外產(chǎn)品性能特點、性價比、售后服務(wù)以及工程經(jīng)驗等多方面的因素后，最終RTU產(chǎn)品選用了基于ARM芯片開發(fā)的Super32-L系列32位控制器，該系列控制器有如下特點：

                   

                               圖4：安控科技Super32-L控制器

    產(chǎn)品特點：
? 采用32位處理器，嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)；
? 編程軟件符合IEC 61131-3標準，支持LD、FBD、IL、ST、SFC五種程序語言，此外還支持C語言編程；
? 一體化模塊設(shè)計，集成AI、AO、DI、DO、PI等I/O通道，集成多種通信接口，最多可擴展至64點I/O信號通道；
? 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)掉電保護功能，可長期保存設(shè)定參數(shù)及歷史數(shù)據(jù)；
? 大容量存儲空間，滿足就地運算和歷史數(shù)據(jù)記錄；
? 低功耗設(shè)計，特別適用于太陽能供電等場合；
? 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)級產(chǎn)品，經(jīng)過嚴格測試和篩選；
? 工業(yè)標準設(shè)計，DIN導軌安裝結(jié)構(gòu)，方便現(xiàn)場安裝；
? 產(chǎn)品通過CE認證，達到EMC電磁兼容3級標準；

    3、安控RTU與質(zhì)量流量計的子網(wǎng)通訊

    計量分離撬顧名思義就可以知道整個撬的最基本功能包括兩部分，一是實現(xiàn)站外來油的氣液兩相分離；二是對分離后的氣相流量和液相流量進行分別計量。我們在該部分主要講述一下RTU是如何實現(xiàn)對安裝在液相計量用的質(zhì)量流量計數(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影響到原油的計量問題，多年以來原油的計量一直是一個比較棘手的問題，所以選擇對原油測量相對準確的流量計成為系統(tǒng)選型的一個重點，在綜合了現(xiàn)場測量需求以及當前流量計主流技術(shù)狀況，最終流量計選用了Micro Motion 質(zhì)量流量計作為項目中的液體流量測量設(shè)備。該質(zhì)量流量計利用科里奧利效應(yīng)工作，實時測量計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)場通訊中的成熟應(yīng)用，因此項目中設(shè)計的質(zhì)量流量計與RTU通訊采用RS485方式。質(zhì)量流量計和RTU提供二線制RS485通訊接口，支持標準的MobusRTU主從通訊協(xié)議，從而完成RTU對質(zhì)量流量計數(shù)據(jù)的采集及遠程參數(shù)設(shè)置。下面就該項目中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)串口通訊參數(shù)：站號：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與流量計通訊的過程中，存在浮點數(shù)和長整數(shù)等4字節(jié)數(shù)據(jù)交換，所以就涉及到一個數(shù)據(jù)字節(jié)順問題，如果數(shù)據(jù)字節(jié)順序不對應(yīng)，那么就可能出現(xiàn)RTU中數(shù)據(jù)為亂值的情況。為此需要對字節(jié)順序進行調(diào)整，其中質(zhì)量流量計支持字節(jié)順序設(shè)置功能，所以我們需要設(shè)置流量計中的字節(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)與流量計內(nèi)部數(shù)據(jù)一致，表示RTU完成了對流量計內(nèi)部瞬時流量、累積流量等參數(shù)的輪詢采集。

                   

                           圖5：質(zhì)量流量計

               

                                圖6：RTU調(diào)試界面

    4、項目評估分析

     該套計量分離系統(tǒng)自2008年投產(chǎn)至今，已連續(xù)的、穩(wěn)定的運行多年，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)過程中起到了頗為重要的作用，不僅減輕了工人勞動強度，而且為油田生產(chǎn)提供了科學、準確、實時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為油田實現(xiàn)科學開采、精細管理提供了可靠保障，同時也為國產(chǎn)自動化系統(tǒng)走出國門，進軍海外市場提供了可靠的自動化產(chǎn)品。