1.项目介绍
1.1项目背景
非常规天然气是常规天然气的重要接替资源。由于页岩气短期内难以规模化生产，中石油把非常规天然气的发展重点放在了煤层气上。煤层气井一般采用油管排水、套管采气的方法开采煤层气。生产时，通过游梁式抽油机或螺杆泵抽油机等设备抽排煤层中的承压水，降低煤层压力，使煤层中吸附的甲烷气释放出来。对煤层抽水降压是煤层气生产的手段，也是人们目前唯一可以采用的比较经济的方法。
鄂东气田保德区块先导试验项目位于山西省忻州市所辖保德县。保德区集气工程包括：新建井场10座、30口井，新建采气管线6条，共计8.23km，新建一座集气增压站（10×104m3/d）；配套建设供电、给排水（线路排水点2处）、通信、消防、暖通、总图、土建、防腐、道路等辅助生产设施。
鄂东气田先导实验集气工程其工艺流程是采气井开采出的煤层气，采用气水同输的集输方案，井口煤层气及采出水分别计量后混合，进入集气管网系统。集气干线低点设置线路排水点以便改善管内流体流态。集气站内设置进站分离器、压缩机组、复热脱水橇、甲醇注入橇等设备，经初步加压处理后，将产品气外输至用户，作为工业及民用燃料。
其工艺流程如下：
采气井口 → 井场集气装置 → 集气管线 → 集气站 → 气体外输
1.2数字化系统需要实现的功能
根据生产和工艺要求，数字化系统实现远程采集现场工艺参数，实现煤层气田数字化、自动化、远程监视生产状况的需要。
（1）丛式采气井场监控
丛式采气井场：一个井场或平台上，钻出若干口井，各井的井口相距不到数米，各井井底则伸向不同方位。
井口监控功能：每个单井完成井口套管压力的采集，并实现井口远程启停控制和变频控制；用电参数的采集。
井场功能：完成井场阀组各个采气井出气流量、温度、压力的采集；对于线路排水点井场，通过采集排水液位罐液位开关状态，进行上下限报警并联锁电动阀控制排液。
（2）集气站站内监控
集气站内工艺设备全部为撬装装置，完成站内相关设备温度、压力、流量及电动阀的启停控制。
（3）集气站SCADA系统
设置在集气站内，对集气站和下属各个井场/井口的数据进行监控，并对重点井场进行视频监控。
2 井站自动化系统的总体结构
根据鄂东气田煤层气工程总体工艺流程及系统功能，井站自动化系统的总体结构如下：
⑴井口、井场数据采集
井口部分：单一井口配电箱外安装一台安控公司生产的无线井口控制单元E5316-I，其内部主控制模块型号为Super32-L308，完成井口套管压力的采集，并实现井口远程启停控制和变频控制（变频调节用于调节抽油机的冲刺，从而控制采气井的排水强度）；用电参数的采集（三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数等）。使煤层气田井场达到无人值守、定期巡检的管理模式，降低生产管理成本。
井场部分：井场安装一台安控科技E5316井场RTU，Super32-L205为E5316为井场RTU控制器的核心，完成井场阀组气体流量计流量、温度、压力的采集；对于线路排水点井场，通过采集排水液位罐液位开关状态，进行上下限报警并联锁电动阀控制排液。
⑵通讯方式
整个系统通讯方式采用两级模式：
●井口到井场主RTU通信方式采用短距离2.4G无线通讯；
●井场与集气站采用GPRS、无线网桥两种通讯方式；在鄂东气田煤层气工程的建设中，保1、保1-1、保1-3三个井场为产能重点井场，三个井场安装视频监控系统，为了保证视频采集信号、井口、井场采集数据的实时上传，三个井场采用无线网桥的方式进行数据传输；共它七个井场只采集井口和井场相关数据，为了便于施工，采用GPRS通讯方式定时上传数据。
采用两级通信方式的优点：
●各个井口RTU的硬件配置和软件程序完全相同。模块化，标准化程度高。
●各个井口数据就近采集到井口RTU,井口RTU到井场RTU的通讯采用2.4G无线通讯方式，不需要敷设大量仪表电缆。施工简便、调试方便、成本低。
●井场监控采用分散控制、集中管理模式，风险分散，可靠性高。
⑶集气站内监控
根据集气站工艺和采集数据点情况，集气站内安装一套安控科技公司生产 Super E50系列，通过集气站PLC系统完成以下功能：
⑴集气站进站压力检测报警联锁关断出站电动阀；
⑵集气站进站温度检测；
⑶进站分离器液位高低检测报警联锁液相电动阀；
⑷集气站出站压力检测报警联锁关断出站电动阀；
⑸集气站天然气流量计量显示；
⑹复热脱水撬变频控制；
⑺注醉撬液位报警；
⑻站内可燃性气体浓度检测；
⑷集气站SCADA系统
控制室安装一台GPRS无线路由器设备，完成GPRS方式通讯井场的数据采集和控制；集气站内立杆安装一台无线网桥主站设备，完成无线网桥方式通讯井场的数据采集、控制以及视频监控；GPRS无线路由器、无线网桥主站、站内PLC网口通过站内交换机完成整个SCADA系统数据链路。
站内SCADA服务器完成下属各个井场/井口的数据采集和控制，集气站内生产工艺数据采集和控制以及历史数据的存储。
