1.項目介紹
1.1項目背景
非常規天然氣是常規天然氣的重要接替資源。由于頁巖氣短期內難以規模化生產，中石油把非常規天然氣的發展重點放在了煤層氣上。煤層氣井一般采用油管排水、套管采氣的方法開采煤層氣。生產時，通過游梁式抽油機或螺桿泵抽油機等設備抽排煤層中的承壓水，降低煤層壓力，使煤層中吸附的甲烷氣釋放出來。對煤層抽水降壓是煤層氣生產的手段，也是人們目前唯一可以采用的比較經濟的方法。
鄂東氣田保德區塊先導試驗項目位于山西省忻州市所轄保德縣。保德區集氣工程包括：新建井場10座、30口井，新建采氣管線6條，共計8.23km，新建一座集氣增壓站（10×104m3/d）；配套建設供電、給排水（線路排水點2處）、通信、消防、暖通、總圖、土建、防腐、道路等輔助生產設施。
鄂東氣田先導實驗集氣工程其工藝流程是采氣井開采出的煤層氣，采用氣水同輸的集輸方案，井口煤層氣及采出水分別計量后混合，進入集氣管網系統。集氣干線低點設置線路排水點以便改善管內流體流態。集氣站內設置進站分離器、壓縮機組、復熱脫水橇、甲醇注入橇等設備，經初步加壓處理后，將產品氣外輸至用戶，作為工業及民用燃料。
其工藝流程如下：
采氣井口 → 井場集氣裝置 → 集氣管線 → 集氣站 → 氣體外輸
1.2數字化系統需要實現的功能
根據生產和工藝要求，數字化系統實現遠程采集現場工藝參數，實現煤層氣田數字化、自動化、遠程監視生產狀況的需要。
（1）叢式采氣井場監控
叢式采氣井場：一個井場或平臺上，鉆出若干口井，各井的井口相距不到數米，各井井底則伸向不同方位。
井口監控功能：每個單井完成井口套管壓力的采集，并實現井口遠程啟停控制和變頻控制；用電參數的采集。
井場功能：完成井場閥組各個采氣井出氣流量、溫度、壓力的采集；對于線路排水點井場，通過采集排水液位罐液位開關狀態，進行上下限報警并聯鎖電動閥控制排液。
（2）集氣站站內監控
集氣站內工藝設備全部為撬裝裝置，完成站內相關設備溫度、壓力、流量及電動閥的啟停控制。
（3）集氣站SCADA系統
設置在集氣站內，對集氣站和下屬各個井場/井口的數據進行監控，并對重點井場進行視頻監控。
2 井站自動化系統的總體結構
根據鄂東氣田煤層氣工程總體工藝流程及系統功能，井站自動化系統的總體結構如下：
⑴井口、井場數據采集
井口部分：單一井口配電箱外安裝一臺安控公司生產的無線井口控制單元E5316-I，其內部主控制模塊型號為Super32-L308，完成井口套管壓力的采集，并實現井口遠程啟停控制和變頻控制（變頻調節用于調節抽油機的沖刺，從而控制采氣井的排水強度）；用電參數的采集（三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數等）。使煤層氣田井場達到無人值守、定期巡檢的管理模式，降低生產管理成本。
井場部分：井場安裝一臺安控科技E5316井場RTU，Super32-L205為E5316為井場RTU控制器的核心，完成井場閥組氣體流量計流量、溫度、壓力的采集；對于線路排水點井場，通過采集排水液位罐液位開關狀態，進行上下限報警并聯鎖電動閥控制排液。
⑵通訊方式
整個系統通訊方式采用兩級模式：
●井口到井場主RTU通信方式采用短距離2.4G無線通訊；
●井場與集氣站采用GPRS、無線網橋兩種通訊方式；在鄂東氣田煤層氣工程的建設中，保1、保1-1、保1-3三個井場為產能重點井場，三個井場安裝視頻監控系統，為了保證視頻采集信號、井口、井場采集數據的實時上傳，三個井場采用無線網橋的方式進行數據傳輸；共它七個井場只采集井口和井場相關數據，為了便于施工，采用GPRS通訊方式定時上傳數據。
采用兩級通信方式的優點：
●各個井口RTU的硬件配置和軟件程序完全相同。模塊化，標準化程度高。
●各個井口數據就近采集到井口RTU,井口RTU到井場RTU的通訊采用2.4G無線通訊方式，不需要敷設大量儀表電纜。施工簡便、調試方便、成本低。
●井場監控采用分散控制、集中管理模式，風險分散，可靠性高。
⑶集氣站內監控
根據集氣站工藝和采集數據點情況，集氣站內安裝一套安控科技公司生產 Super E50系列，通過集氣站PLC系統完成以下功能：
⑴集氣站進站壓力檢測報警聯鎖關斷出站電動閥；
⑵集氣站進站溫度檢測；
⑶進站分離器液位高低檢測報警聯鎖液相電動閥；
⑷集氣站出站壓力檢測報警聯鎖關斷出站電動閥；
⑸集氣站天然氣流量計量顯示；
⑹復熱脫水撬變頻控制；
⑺注醉撬液位報警；
⑻站內可燃性氣體濃度檢測；
⑷集氣站SCADA系統
控制室安裝一臺GPRS無線路由器設備，完成GPRS方式通訊井場的數據采集和控制；集氣站內立桿安裝一臺無線網橋主站設備，完成無線網橋方式通訊井場的數據采集、控制以及視頻監控；GPRS無線路由器、無線網橋主站、站內PLC網口通過站內交換機完成整個SCADA系統數據鏈路。
站內SCADA服務器完成下屬各個井場/井口的數據采集和控制，集氣站內生產工藝數據采集和控制以及歷史數據的存儲。
