作者:Ron Mozer，EIPaso Field services公司，farmington；
New Mexico；Kevin Finnan，Bristol Babcock公司，watertown，Connecticut
EPFS公司正在完成一项为期3年的工程项目，利用最新的电子测量、无线电数据传输以及监控和数据采集（SCADA）技术，使美国西南部的San Juan，Permian和Anadarko盆地中的6,000个气井和大约6,900英里的气体采集管路实现自动操作。
井场自动化和遥测技术（WATT，Wellsite Automation and Telemetry Technology）工程项目的安装于1994年春季开始，并且，按计划应在今年完成。
[center]图1 以前的测量仪器是典型的在订单636之前的工业惯例[/center]
然而，在实时命令636系统中，要保证该项目的两大主要目标－测量和操作能更好地满足客户的需求并在后636系统商业环境具有竞争力。把先前各自独立的测量、通信和操作功能设备进行组合以降低成本是决定该工程项目成功的关键。
EI Paso Field Services （EPFS，）是EI Paso能源公司（以前的EI Paso 天然气公司）的一个部门。该部门成立于1991年，专门从事气体采集，并且，它是在San Juan、Anadarko和Permian盆地运营的国家最大的气体采集商之一。该公司向生产者提供从气源到干线的宽范围的服务，包括：采集、产品提取、提纯、压缩以及信息服务。
San Juan系统包括：5,500英里的管路、9,200个测量点、超过42,000的现场压缩马力以及590 MMcfd（百万英尺/日）的产品提取装置。Anadarko和Permian系统包括：超过1,600英里的管路、超过800个测量点、9,000的现场压缩马力以及两个纯化装置，其组合能力为290 MMcfd。
WATT工程项目
该项目可迅速响应客户的需求。WATT使链接到采集系统的生产者能够访问附近井场的实时运行状态信息，以及气体测量数据。通过WATT，生产者能够对气体进行调度和示踪、减缓失衡现象，还能够监视气体流量、生产单位的故障和管路的冻结。
该项目通过提供对信息管理、安全和环境因素以及车辆和劳工的优化，增强了气体采集公司运作效率。气体采集公司能够对管路和井口冻结、仪器故障、应急关止阀关闭和液体集结迅速做出反应。
生产者能够对表现不佳的井、池液位警报、放卸阀故障、罐液位警报、脱水器故障以及柱塞故障做出迅速的反应。生产者认为2.5小时之前的信息对于人员调度毫无价值，因此，及时的信息对生产者至关重要。正常情况下WATT系统提供约20分钟以前的信息。
井场测量
在传统的16天图表测量处理的情况下，信息到达生产者手中是在测量月份起始日之后的第45天（图1）。
为满足636系统执行规则和生产者的要求，WATT提供了“每日图表”。使用新的仪器，公司每日都可完成产量报告，并且，允许生产者在一天之内的任何时间，根据仪表进行各种不同的更新（图2）。WATT工程项目使用“电子图表（EC，electronic chart）”、无线电以及太阳能电池/蓄电池供电系统。EC是一个数字气体流量计算机，它包括：集成的DP、压力和温度传感器。
该公司曾考虑过数字设备通过读取当前测量的DP、压力和温度的输入值并将其存储到存储器中可以仿真一个循环回路图，但随着一些能够进行完整的AGA气体流量计算的设备的出现，最后，该公司选择了气体流量计算机来满足EC的要求。该公司选择Bristol Babcock作为EC的供应商，并且，有两种机型正在使用：AccuRate和TeleFlow。
每个EC以1秒或更小的间隔，对DP、压力和温度的输入信号进行采样。以1秒的间隔执行AGA3、AGA5和NX-19计算。以1分钟的间隔执行AGA8。EC还存储追踪日志和历史信息，用于通过下列系统进行显示：
·现场显示器
·膝上型计算机
·SCADA网络
现场显示器是做在EC外壳上的液晶显示器。使用者可对当前的流量条件进行排序，包括当前测量的DP、压力和温度，以及象管子直径和孔板尺寸这样的流量常数。附加的序列包括：每千立方英尺的平均数的7天的流量历史记录；每天的静态压力；以及每小时的DP和压力平均数的12小时历史记录。
膝上型计算机可通过专用的RS 232串口连接到EC。膝上型电脑使用者可访问所有的可配置常数、35天的按小时记录的流量历史记录、15分钟的流量历史记录以及以带状图格式显示的实时的流量图表。还可使用膝上型电脑对EC进行校准和配置，以及对任何当前测量的和历史的常数和变量值进行显示。
在SCADA网络上，使用者能够访问当前测量的DP、压力、温度以及流量，此外，还能够访问警报（蓄电池、超过上限、低于下限）、昨天的从7:00 a.m.到7:00 a.m.的产量，以及DP、压力和温度的15分钟趋势。
图2 该公司现在每天执行产量报告并允许生产者在一天内的任何时间进行各种更新
为了进行广域SCADA通信，该公司选择了900MHz的无线系统。它提供了最佳的运营区覆盖范围和最佳的性能价格比。该公司拥有无线电系统的基本设施，包括：无线电设备、电缆以及天线，并且，该公司还负责提供无线电系统的维修和备件。该公司认为他们自己的无线电系统要比第三方的更加可靠。
所选的无线电设备是Microwave Data Systems（MDS）2310，该设备被批准用于一类（Class I）、二度（Division 2）危险区，并可满足该工程项目的尺寸、功率和可靠性的标准。
尽管有时可在工点获得电源，但是该公司认为还是EC自供电更合算。因此，选择采样蓄电池电源，并用太阳能电池板对其充电。全部公司运营区享用一个高的“日射能量”，即每天接收到的平均日照量。一块小型Solarex太阳能电池板的发电功率为5瓦，能够使EC和无线电设备可靠地运行。实际上，设备的直接电源是Powersoic的7安培-小时蓄电池，并且由太阳能电池板对其连续充电。
集成电源系统和无线电设备是1995年迈出的具有重大意义的一步。在1994年期间，该公司已经安装了超过1,500台EC设备，这些都是基于Bristol Babcock的AccuRate。虽然AccuRate包括内部智能DP/P/T变送器，但是电源系统和无线电设备是独立封装的。在1995年，该公司开始安装Bristol Babcock的TeleFlow计算机。因为TeleFlow将无线电设备和蓄电池包括在了EC的机壳中，因此，该公司节约了相当可观的安装成本。
在上述两种EC中，电源系统是作为集成组件提供的。该公司直接购买并安装无线电设备。计算机已为无线电设备作好了匹配，包括所有的内部电缆和电源连接。
SCADA部件
每个井场有一套集成组件，包括EC、无线电设备和电源系统（图3）。SCADA主计算机位于新墨西哥Farmington的公司总部，并且包括16台带奔腾处理器的个人计算机。每台个人计算机与375个EC设备接口，为EC设备总数的平均值。
图3 每个井场具有与SCAD主机PCs通信的装置，该装置集成了电子图表、无线电设备和电源系统
San Juan盆地处于丘陵地带，在该盆地中，有26个无线电塔覆盖所有的井，每个无线电塔有一个主无线电设备。微波通信将该主无线电设备连接到SCADA主计算机。
在Anadarko和Permian盆地中，该公司安装了较小的SCADA系统。该系统使用单独的一台个人计算机作为SCADA主计算机。
每台SCADA主计算机都使用OpenBSI软件，由该软件执行对EC设备的轮询和通信功能。每小时一次，由OpenBSI调度程序在特定的时间对每个EC进行轮询，该时间对应于EC的无线电设备的唤醒时间。该轮询可请求流量、DP、压力和温度的瞬时值，以及15分钟趋势和昨天的产量。此外，EC将对任何的警报进行报告。
WATT除具有操作系统和测量系统的功能外，还向操作员提供了显示功能。该公司使用Intellution的FIX，该软件可与OpenBSI进行无缝的链接。虽然FIX“SCADA节点”是供操作人员使用的，但是，其他人员可对“观测节点”进行使用，包括市场交易中的人员、管路操作中的人员以及客户中的人员。观测节点是通过网络连接到SCADA节点的个人计算机。
今日的技术
首子母缩略词WATT中的“Technology（技术）”一词值得特别加以注意。发展今日技术是该工程项目的关键。该公司考虑的主要方面包括：
·集成传感器
·适用于危险区的无线电设备
·电源管理
·安装简便
在产品选择方面的驱动力是使设备如何共同达到上述条件的保证。
DP、压力和温度变送器的联合成本很高。该公司发现，带有集成传感器的EC的成本只是由气体流量计算机和单独的DP、压力及温度变送器组成的EC的成本的一半。再乘以6,000个设备，成本的节约是相当可观的。现场测试显示的EC的输入测量性能与智能变送器的性能相当。
此外，集成传感器还简化了维修和备件/替换件的购买。
TeleFlow EC使用一个单一的电子组件，该组件将多变量――DP、压力和温度――变送器与气体流量计算机组合在了一起。机壳中没有了分离的变送器，因而容易拆卸和更换EC。对于备件，该公司库存了完整的EC部件。
该公司所选择的无线电设备的一个主要优点是它们被批准在危险区工作。通常，这类设备不在这种区域的应用之列，而必须安装到外部。这样，就要对分离的附件作额外的花费，还要对额外的电源、布线以及连接作出花费。使用经批准可用于危险区的无线电设备，就不需要分离的附件，并且可用一个单一的集成电源对EC和无线电设备两者进行供电。
由于许多流量计算机都被批准可工作于一类、2度的区域，所以在选择上没有什么判别标准。然而，包括无线电设备和电源系统在内的整个装置确实需要经过批准。TeleFlow EC装置包括MDS无线电设备和电源系统，该装置已获批准可工作于危险区。在无线电设备和太阳能电池板批准之前，就已加快了对整个EC装置的批准处理。
合并到EC中的电源管理软件使得该装置的工作电源要比通常用于无线电设备的电源更小、更简单并且更便宜。该电源是一个5瓦、12伏的太阳能电池板和一个12伏、7安培-小时的铅酸蓄电池。该蓄电池和调整电路包括在EC装置中，而太阳能电池板安装在仪表的2英寸管上。在阴天，该系统额定的自给时间为23天。
该EC软件运行几路循环供电的程序，该程序可使功耗最小。不管带不带无线电设备，多路循环供电策略都可用于TeleFlow EC，以使功耗最小。虽然在运行时，设备在5.4至16VDC下使用约65mA的电流。但是循环供电使平均电流减至约8mA。要是不带无线电设备，系统可在1瓦的太阳能电池板和6伏、7安培-小时的蓄电池的情况下运行。
由于无线电使用的功率比流量计算机的大，所以无线电设备电源管理尤为重要。MDS无线电设备提供了快速启动，这使得对电源的开关变得可行。实际上，该无线电设备在大部分时间都是处于关闭的状态。
对于WATT工项目，EC软件在每小时的“唤醒”周期中对无线电设备进行操作。为了从SCADA主机进行轮询，在一小时的范围内为每个EC分配一个时间窗口。可对一小时中的窗口的位置和在很短时间内的窗口的长度进行配置。虽然SCADA主机能够请求多种信息，包括：当前测量的输入、常数和历史信息，但是，EC总是在轮询的最后一个查询之后，才能首次提供任何已经出现的警报。尽管正常的操作要求每小时一次的轮询，但是，在未受到轮询的情况下，EC将保持35天的信息。
精确的计时对无线电定时至关重要。EC中包括了一个可编程实时日历/时钟，其精度为每天一秒。由于网络规定每个1小时一次的轮询都包括一个时间同步，所以，所有的EC时钟都被精密地同步。
安装。单一封装的结构减少了安装时间和费用。该公司派出两个井场技术队来完成下列工作：
·安装EC、太阳能电池板、天线和电缆
·启动EC，包括配置流量常数
·建立EC的无线电链接。
井场技术队可在30分钟内完成上述任务。包括工点之间的驾车时间在内，一个井场技术队一天可安装多达5个EC单元。最近，该公司在一周内安装了350个EC。
要在管路上迅速地安装无线电节点，需要事先做好准备工作。为此，该公司进行了地图研究和无线电传播试验。San Juan盆地为多丘陵地形。在无线电系统规划中抄近路将意味着遭受墨菲法则的后果。
WATT的操作
EC设备一旦联机在线，就几乎立即向公司和客户提供效益。SCADA系统向宽范围的用户提供信息。
客户签订契约，可通过下述多种手段获得信息：
·无线广域连网，它实质上是在公司和客户之间提供了一条专线
·拨号modem访问，该公司支持Windows 95下的拨号modem访问
·Windows for WorkGroups远程访问服务
·通过因特网地址的加密的信息
为响应客户的需求，该公司将预计进一步扩展客户数据块的容量。
致 谢
本文根据在德克萨斯州达拉斯市的ENTELEC ’96中提交的论文编写。
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