数据、控制要求推动了对模块化、可扩展控制架构的需求。
PLC 为现场操作员提供了许多好处，带来效率和优化优势，例如由于可扩展性和易于编程。钻井技术的进步推动了石油和天然气作业从简单的单井平台油田向更复杂的多井平台演进。
如今，许多生产商都在使用水力压裂法以及在一个平台上放置 10 口或更多井的横向钻井技术。一些运营商甚至将他们的作业推进到一个平台上多达 52 口井。
这些进步不仅提高了油井的生产回收率，而且还在非常规领域创造了全新的生产机会。它们还使石油和天然气生产商能够减少运营合理的占地面积。
尽管多孔垫具有所有优点，但它们在尺寸和范围上的大幅增加带来了新的挑战。单个平台上的多口井密度更高，增加了现场所需的设备，并导致更大的数据和控制要求。
已经使用了几十年的传统控制架构正在被推向极限并且可能不再可持续。相反，需要更先进的控制系统来处理现代井场所需的可扩展架构。
因此，运营商和支持他们的设备制造商现在必须修改（如果不是根本改变的话）他们的控制
RTU 技术的演变
几十年来，上游石油和天然气生产商一直依赖远程终端设备 (RTU) 技术进行井场控制。最初，实施 RTU 的成本和对其编程的挑战有限
然而，随着时间的推移，RTU 集成了更多功能，包括 I/O、通信和 IEC-61131 编程。这些功能使石油和天然气运营商能够监控更多数据点、记录历史和警报，并将更复杂的计算添加到 RTU 中。设备制造商和工程公司也开始使用专有微处理器控制器开发井口人工举升控制的专业应用程序。
最终，几乎每个人工举升制造商都开发了自己的 RTU 来控制和优化各自的解决方案。工程公司还开发了他们自己的方法，RTU 应用程序略有不同，而仪器制造商推出了新仪器来测量所需的几乎任何过程点。
然而，最近，与多孔平台操作相关的要求增加了开始超越 RTU 技术的能力。
Devices 被推到了极限
从单孔板到多孔板的演变产生了更大的数据和控制要求。每个孔在多孔台需要人工举升、流量测量、设备控制和液位测量。这会产生比单个 RTU 可以处理的更多的 I/O 和控制需求。因此，石油和天然气生产商被迫购买额外的 RTU，并将应用程序和现场控制分散到多个单元。
石油和天然气生产商已成功在一个井台上实施多个 RTU 控制器，但他们确实这些架构会遇到一些常见问题。其中一些问题包括：
- 更改每个井台的多个配置或程序的管理。
- 现场许多 RTU 的通信管理（例如例如，点对点通信）。
- SCADA 与多个供应商硬件的通信。
- 在 RTU 中不可靠地执行自定义程序。
当需要更大的多孔垫控制时，对 RTU 设备的最终需求就会出现。这可以包括在一个井台上进行 10 口甚至几十口井的作业。垫上更高密度的井也增加了现场所需的设备。例如，许多这些井场都有自己的分离器。
安装管道压缩、蒸汽回收装置 (VRU) 和 VRU 塔也变得更加经济，因为天然气产量很高软垫。租赁自动贸易交接 (LACT) 装置、水输送和化学品注入机也常见于这些井场。
此外，许多石油和天然气生产商正在投资建造称为 E-house 的电气建筑。这些建筑物设有主要公用事业配电、电机控制中心 (MCC)、网络交换机和不间断电源 (UPS)，并且它们通常受环境控制。
所有这些在设备、现场仪表和应用方面的增长只会加剧 RTU 架构的常见问题。
p>
它们还带来了新的服务和支持挑战。多个 RTU 的使用导致了多个应用程序配置和维护它们的程序。它还迫使石油和天然气运营商与多家供应商合作。
此外，拥有来自多家供应商的多台设备还需要工人接受更多培训和经验来支持他们。虽然一些生产商配备了足够的训练有素的人员来处理井控系统的维护，但许多生产商却没有。这些生产商必须依靠制造商支持或合同工程支持来维护他们的控制系统。
转向模块化、可扩展的控制系统
操作员能够从控制室内监控系统性能。RTU 几十年来一直在处理简单的控制要求、简单的现场设备交互和简单的通信方面发挥着作用。但它们已无法满足当今更复杂的操作环境.
许多经历过常见 RTU 问题的石油和天然气生产商已经找到了一种可行的替代解决方案，即模块化和可扩展的可编程逻辑控制器 (PLC)。PLC 技术多年来一直在进行微调与上游石油和天然气生产一样恶劣的工业过程控制环境。
与 RTU 相比，PLC 具有许多优势：
- 模块化：一些 RTU 确实支持模块化硬件。但是在 RTU 中平衡模块要求与应用程序和控制要求要多得多比在 PLC 中更难。此外，RTU 的第三方模块通常不可用，因为 RTU 不是开放式架构，而 PLC 是。现场仪器。还通过模块化配置支持对许多不同网络类型的通信支持。
- 可扩展性：在考虑如何将多孔垫放在一起时，这一点很重要。单井通常会安装在多井现场，直到数月甚至数年后，更多的井和设备才会上线。
在这些情况下，设备制造商希望能够在场外建造设备撬，然后简单地将它们插入并在井场配置它们。他们希望减少现场挖沟、拉线、接线端接、面板和仪器安装的需要，以帮助降低成本。两个程序的可扩展性在这种情况下需要硬件和硬件，而这正是 PLC 技术所提供的。 - 易于编程：从历史上看，PLC 被视为用于自动化和控制的空白画布。只有工程公司或经验丰富的程序员才知道如何从头开始开发 PLC 所需的控制。
但是，现代 PLC 具有预先开发和记录的代码库，几乎可以在很短的时间内快速添加这些代码拖放时尚。一些 PLC 供应商还预先开发了可在现场配置的上游石油和天然气库。石油和天然气生产商只需从 HMI 启用和配置所需数据即可启动 PLC，或将撬装硬件添加到现有系统中。
这可以消除像井一样的人的需求具有专业知识的技术人员在添加硬件时了解编程环境并编写新代码。
此外，程序和配置更改可以在在不关闭过程的情况下在 PLC 中运行。 RTU 传统上无法在不脱机和下载的情况下接受此类更改。这是现代多孔井平台环境中的一个关键区别因素，因为关闭控制系统会导致生产损失。 - 远程 I/O 功能：RTU 传统上没有本地远程 I/O 功能，但 PLC 有。这可以降低安装成本。此外，当设备撬装到站点时，它们可以配备预安装和有线 I/O 和仪器。这些设备的启动非常简单，只需将以太网电缆插入交换机并在控制器中配置 I/O。
改进生命周期管理
利用 PLC 的模块化和可扩展功能的多井平台控制系统可以帮助降低成本并停滞时间。井场生命周期管理可能是运营团队最头疼的问题。油井可以经历许多不同的流动状态，包括自然流动、电子潜油泵（ESP）或螺杆泵（PCP）和抽油杆泵。流量类型和生命周期可能因井而异。
多个 RTU 通常仅用于控制井的各种生命周期。更改 RTU 意味着更改 SCADA 系统的通信驱动程序，因为井中的物理 RTU 是来自新供应商的硬件。配置 RTU 以控制应用程序并在系统中设置该硬件通常是一个艰苦的过程。
基于 PLC 的井台可以显着减轻这一领域的负担，为运营商带来效率和优化优势可能从未想过可能。
通过使用 PLC 提供的模块化和可扩展的 I/O 硬件架构，操作员可以在仪表所在的位置安装 I/O 模块结束该数据到PLC。无论石油或天然气生产商使用何种 I/O 设计方法，控制系统中的硬件都将保持不变，与 SCADA 系统的通信将使用相同的驱动程序，系统将保持在线并控制所有应用程序进行了更新。一直以来，只剩下一个 PLC 程序需要维护。
还有供应商应用程序支持的问题。如前所述，许多供应商针对各种上游生产需求制作自己的应用程序，并且每个供应商通常使用不同类型的 RTU。因此，供应商通常只能支持少数特定应用，而不是所有应用。
PLC 供应商对多孔垫设计的支持每天都在增加。这包括对设备控制、人工举升和流量测量应用的支持。通过丰富的编程环境和各种 I/O 和通信模块可以轻松处理设备自动化。流量计符合 AGA 和 API 标准的流量测量、校准支持和向 SCADA 系统的贸易交接报告也支持该项目。人工举升应用虽然在 PLC 中并不普遍，但也正在迅速发展以支持所有类型的人工举升。
最后，许多石油和天然气生产商对 RTU 应用程序是“黑匣子”表示失望。 ”这意味着系统设计有特定的输入，这些输入只能控制特定的输出。
黑盒方法阻碍了灵活性，因为它不允许石油和天然气生产商改变系统的运行方式。因此，他们要么需要更换供应商来支持他们的需求，要么只是接受他们拥有的技术，因为他们知道它的运行效率不如他们需要。
另一方面，基于 PLC 的系统，可以使用通用工业工具 (IEC-61131) 在现场进行修改，提供更大的灵活性。
拥抱新的 Normal
长期以来，PLC 一直被视为一种比井场控制更适合制造设施的解决方案。但今天的现代井场本质上是小工厂。它们拥有受环境控制的建筑物、公用设施或发电机，以及更高的数据和控制要求。
这使它们非常适合 PLC。利用 PLC 的模块化和可扩展功能的多井平台控制系统可以降低成本和安装时间，提高生产正常运行时间并简化生命周期管理。
Zack Munk 是陆上上游石油和天然气业务开发经理用于罗克韦尔自动化。
