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一、应用背景 目前，在大部分的钻井平台中，维护油田注水站的工作状态主要通过人工方式进行，这种方式 不仅作业效率低且对工人的经验有着较高要求 。此外，油田注水站的工作环境恶劣，为了能够有效地掌握各个设备的工作状态， 通常需要在数据采集和现场设备状态查看上耗费大量人力 。 在此背景下， 构建一个自动化油田注水站监控系统将极大地降低人工维护成本，让复杂恶劣环境下的油田注水站得到有效的远程监控和管理。 随着通信及自动化相关技术的快速发展，还可以应用现代通信技术、传感器技术和自动化监控技术，实时掌握油田注水站的任何设备的动态信息。 从当前国内外已有的研究来看，实现全自动化油田注水系统是未来油田注水系统相关技术发展的趋势和方向，而实现的核心之一就是 构建稳定和智能化的监控软件系统。 二、关键过程与难点 在自动化控制系统实现的过程中，精确控制油田注水的流量和压力的重要性日益突出。研宄发现，在油田注水过程中， 开发配注量不匹配造成油田泵管的损耗高达到2.3MPa，严重降低了注水泵的注水效率，导致不必要的能源损耗 。 针对于国内油田注水效率低、能耗高的问题，我们 提供了有效的解决方案 ：釆用PLC等现代通信技术和传感器技术构建一个通用的油田注水站远程监控系统，实现对油田注水站的远程监控。 该解决方案对确保油田注水过程的可靠性和产能的稳定性具有非常重要的意义。 三、 注水站测控系统构成 整个注水站控制系统由上位机触控系统、下位机和测试测量系统组成。采用 虹科eX700G户外强光/易爆环境专用系列HMI 作为上位机控制系统，与下位机通过Profibus总线进行指令交互。PLC作为下位机的核心控制器，采用附加模块提供一个分布式I/O端口，相应的Profibus-DP总线和以太网总线共同构成整个控制系统。 液位和现场压力检测仪直接与AI模块相连，产生的信号在PLC中进行采集，并进行数据处理。数据处理完成后，通过Profibus总线将数据上传到虹科eX700G HMI中进行远程监控。 四、 自动化油田注水站监控系统实现的功能 该注水站测控系统中， HMI 使用其配套的JMobile Studio软件进行工程配置，配置常用功能有： 标签定义、警报触发、配方转储与还原、用户组权限定义、双语设置 等。此外，还具有 控制注水系统的启停、支路管控、工作状态、报警显示、报表、注水流量控制、数据库等功能 。其中： 1.注水流量控制 为控制流量，注水平稳，当最开始注水的时候，加大注水流量；当注水压力快达到设定值时，减小注水量，平稳注水，从而实现精确注水，平稳控制。本注水站测控系统需要针对各个注水井的实际情况，设定符合该注水井地质环境、注采需求的流量，所以在控制系统的注水主画面中， 针对各个注水井系统分别设定了对应的注水流量 。 2.报表 由于注水站系统主要监控设备为注水泵，主要的监控数据对象为注水流量，所以将注水监控功能划分为：注水泵监控以及高压注水状态监控。为实时监控各个泵出水流量，记录历史数据，形成注水流量报表， 本系统可视化界面配置了实时流量显示功能及数据记录功能 ，可根据对应数据线了解当日流量变化曲线。 3.报警显示 为保证在系统运行状态出现问题时，能及时提醒站上员工采取紧急措施， 本系统可视化界面还设计了报警监控功能 ，可针对最重要的监控点的注水泵机组温度、出口压力等参数设置报警显示。 4.数据库 本系统还支持数据库功能，利用数据库历史数据信息可以对油田注水站的运行状态及设备状态进行预测分析 ，及时地发现潜在的风险和威胁，有效降低油田注水站故障带来的经济损失，确保油田注水站的工作稳定性。 除上述功能， HMI 外部设计采用全金属外壳，具有涂层板保护， 耐腐蚀，适用于恶劣作业环境 。此外，HMI持有DNV-GL, IECEx, ATEX，cULus等 多种防爆认证 ，提供了设备在危险环境作业中的安全保障。

前言 在石油开采过程中，对油井进行持续的实时监测有助于实现最佳的经济效益和运营绩效。开采石油的泵通常被安放在地表以下数千英尺的位置，所以需要通过复杂的算法来准确控制和诊断井下泵的运行状态。现有的控制算法可以在垂直井的应用中达到很好的效果。但是，不是所有的油井都是垂直井，还有水平井。对于水平井的监测诊断需要一套比监控垂直井设备更复杂、更精确的解决方案。 一、解决方案 某家能源公司发现了这个问题，并改进现有的诊断技术，彻底改变了可用于水平井的诊断技术。利用这项技术，杆式泵送井的井下状况可以在边缘端进行实时计算。此外，还可以计算出液面、泵进气压力、动态杆件应力、泵溢流、产气、齿轮箱扭矩和乳化液产量等参数。 二、 工业树莓派应用情况 这家能源公司对于诊断技术的要求较高： （1）需要用到一个能够实现复杂算法的平台，支持基于高级编程语言进行开发编写 （2）支持云端部署，并对设备群进行定期更新 （3）开发平台必须具有工业适用性、耐温性和可追溯性 传统的PLC无法满足上述需求，因此，能够满足这些复杂需求的虹科工业树莓派RevPi Core 3+模块以及模拟量扩展模块RevPi AIO成为了该公司的首选。 该公司将这两个模块都安装在Edge POC改装箱，集成在VFD或启动柜中，利用工业树莓派中的连接性，快速对变频器、科里奥利计和其他仪器进行编程和诊断，简化了远程油田现场的设置和维护。RevPi AIO扩展模块是这个解决方案的关键因素，其集成24位ADC，可以实现快速且可靠的的数据采样。 基于工业树莓派提供的镜像系统，该公司非常容易地实现软件配置和与云端的连接，每个周期产生的数据都会被发送到云端进行存储和分析。现有的称重传感器、位置传感器、油管和套管压力传感器通过AIO模块与虹科工业树莓派连接，PLC通过Modbus TCP与工业树莓派进行通信，并且工业树莓派可以通过Props软件控制整套控制系统。这种基于虹科工业树莓派设计的解决方案已经为许多生产和运营团队带来了数百万美元的增产，极大地提高了运营效率。 三、 总结 工业树莓派支持根据不同的IO点位需求，通过IO模块扩展的方式实现柔性扩展。除此之外，每一个虹科工业树莓派控制器模块支持连接30个Modbus TCP从站设备，尽可能多地满足应用需求。