GPS在油田建設(shè)中的應(yīng)用

陳玉寶，白遠(yuǎn)矚

(1.延長油田股份有限公司 科技部，陜西 延安 716000;2.延長油田股份有限公司 子長采油廠，陜西 子長 717300)

GPS在油田建設(shè)中的應(yīng)用

陳玉寶1，白遠(yuǎn)矚2

(1.延長油田股份有限公司 科技部，陜西 延安 716000;2.延長油田股份有限公司 子長采油廠，陜西 子長 717300)

對GPS技術(shù)在油田勘探、開發(fā)、井位測量、井場及道路建設(shè)、油田車輛運(yùn)行管理中的應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹，對GPS技術(shù)在油田生產(chǎn)經(jīng)營管理中的前景進(jìn)行了展望。

GPS;油田勘探開發(fā);井場、道路建設(shè);車輛運(yùn)行管理

全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，簡稱GPS)是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展而建立起來的新一代精密衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，它利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測時和測距，以構(gòu)成全球定位系統(tǒng)，它具有全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時性導(dǎo)航定位和定時功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間。近年來，隨著GPS接收機(jī)性能和數(shù)據(jù)處理技術(shù)逐漸完善，使它在許多相關(guān)學(xué)科和行業(yè)中受到普遍的重視和關(guān)注。GPS系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建立高精度的全國性大地測量控制網(wǎng)、進(jìn)行高精度的海島陸地聯(lián)測及海洋測繪、監(jiān)測地球板塊運(yùn)動狀態(tài)和地殼形變及工程測量等方面，近年來GPS技術(shù)在油田勘探開發(fā)生產(chǎn)和經(jīng)營管理中也展現(xiàn)出了極其廣闊的應(yīng)用前景。

1 GPS技術(shù)在油田勘探、開發(fā)中的應(yīng)用

大多數(shù)油田地理?xiàng)l件復(fù)雜，如果采用傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀測量油井坐標(biāo)和高程，不僅測量工作量大、效率低而且測量精度無法滿足油田勘探開發(fā)的需要，隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，在油田勘探開發(fā)生產(chǎn)中采用GPS靜態(tài)測量技術(shù)，建立獨(dú)立的GPS控制網(wǎng)，具有傳統(tǒng)測量不可比擬的優(yōu)越性。GPS定位網(wǎng)的建立一般包括網(wǎng)形設(shè)計、數(shù)據(jù)采集與處理和精度評價。

GPS網(wǎng)形設(shè)計即對GPS觀測網(wǎng)形結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。它既要考慮網(wǎng)的可靠性又要考慮GPS的工作效率。網(wǎng)的可靠性是GPS網(wǎng)形設(shè)計的首要問題，它必須保證多余觀測和充分的檢核條件，采用傳輸布網(wǎng)方法，各同步觀測圖形之間通過公共點(diǎn)或邊相連接，然后計算各同步環(huán)的閉合差，以檢核GPS網(wǎng)的觀測質(zhì)量。油田勘探開發(fā)井位測量中，GPS靜態(tài)測量基線長度一般小于20km，應(yīng)使全網(wǎng)成閉合網(wǎng)型，在測區(qū)選擇盡可能多的GPS控制點(diǎn)作為約束點(diǎn)，以控制全網(wǎng)的精度。

GPS靜態(tài)測量從數(shù)據(jù)采集到基線處理及網(wǎng)平差，整個過程是一個系統(tǒng)、復(fù)雜的工程，因此要獲得精確的GPS成果，首先必須要有可靠的約束條件，且野外數(shù)據(jù)采集必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求操作，以保證高質(zhì)量的原始觀測數(shù)據(jù)，基線向量處理后，挑選高質(zhì)量的向量參與無約束平差，并對結(jié)果進(jìn)行分析，判別網(wǎng)中是否存在粗差，如發(fā)現(xiàn)含有粗差，及時進(jìn)行處理，以保證網(wǎng)中所有基線向量均可滿足質(zhì)量要求，并在此基礎(chǔ)上選擇不同的方案進(jìn)行三維約束平差，解算各觀測點(diǎn)的 WGS84坐標(biāo)，并將各點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成北京54坐標(biāo)或西安80坐標(biāo)，并對各基線精度、同步環(huán)閉合差、點(diǎn)位中誤差等指標(biāo)進(jìn)行精度分析，然后選擇最優(yōu)的平差結(jié)果。

2 RTK技術(shù)在井位測量中的應(yīng)用

RTK(實(shí)時動態(tài)，real time kinematic)測量技術(shù)，是GPS技術(shù)發(fā)展中一個新的突破，其主要由基準(zhǔn)站和流動站組成，測量時兩個站點(diǎn)上同時接收衛(wèi)星信號，基準(zhǔn)站把其連續(xù)觀察到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)實(shí)時的傳送至流動站，流動站對兩站觀測數(shù)據(jù)實(shí)時進(jìn)行差分處理，解算流動站點(diǎn)的三維坐標(biāo)及精度，當(dāng)坐標(biāo)精度達(dá)到預(yù)設(shè)精度時，測量人員及時進(jìn)行記錄。在觀測條件好的情況下，RTK可在5秒內(nèi)確定出較高精度坐標(biāo)成果，定位精度達(dá)到厘米級，可完全滿足油井井位坐標(biāo)測量的要求。

在進(jìn)行RTK野外觀測前，應(yīng)先搜集、整理測區(qū)已有的GPS點(diǎn)資料，再結(jié)合采油廠提供的井位設(shè)計相關(guān)圖件，完成前期準(zhǔn)備工作。外業(yè)觀測時，首先在選定的已知控制點(diǎn)上布設(shè)基準(zhǔn)站，在GPS接收機(jī)上進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，依次輸入接收機(jī)天線高及已知點(diǎn)坐標(biāo)，檢查接收機(jī)電臺收發(fā)是否正常等。基準(zhǔn)站布設(shè)完成后，在流動站接收機(jī)上選擇與基準(zhǔn)站匹配的頻率，即可開始進(jìn)行測量。正式測量前應(yīng)按RTK測量規(guī)范要求先聯(lián)測1到2個已知控制點(diǎn)，根據(jù)測量坐標(biāo)與已知坐標(biāo)的比較來檢查和評定RTK測量精度，當(dāng)精度滿足要求后開始井位坐標(biāo)的測量。由于RTK測量可達(dá)到厘米級精度要求，由此可完全滿足油田井位測量工作，除此之外RTK技術(shù)還可用于井場道路修建、土方量計算及各種場站建設(shè)的測量。

3 GPS動態(tài)測量在油田道路建設(shè)中的應(yīng)用

GPS測量具有快速、高效的優(yōu)點(diǎn)，在控制測量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓寬。實(shí)時GPS動態(tài)測量在油田道路建設(shè)工程中也可完成多種工作。

用傳統(tǒng)方法進(jìn)行選線測圖，先要建立控制網(wǎng)，然后進(jìn)行碎部測量，繪制成大比例尺地形圖，其工作量非常大，且速度很慢，采用GPS動態(tài)測量，只需要采集碎部點(diǎn)的坐標(biāo)和輸入其屬性信息，在室內(nèi)即可由繪圖軟件成圖，速度非常快，大大降低了測圖的難度，既省時又省力。用GPS動態(tài)測量進(jìn)行線路中線測設(shè)時，在高等級控制點(diǎn)上布設(shè)靜態(tài)GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，各流動站可根據(jù)設(shè)計坐標(biāo)，實(shí)時、快速的找出其對應(yīng)的實(shí)地點(diǎn)位，每個點(diǎn)位均是獨(dú)立的完成的，不會產(chǎn)生累積誤差，測設(shè)精度較傳統(tǒng)方法大大提高，可達(dá)厘米級。另外在線路中線確定后，可利用已有的地形圖數(shù)據(jù)和中線樁點(diǎn)坐標(biāo)，通過繪圖軟件，即可繪出路線縱斷面和各樁點(diǎn)的橫斷面，不需要再進(jìn)行現(xiàn)場縱、橫斷面測量，大大減少了外業(yè)工作，在精度、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用性等方面都有明顯的優(yōu)勢。

4 GPS在油田車輛運(yùn)行管理中的應(yīng)用

隨著油田生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各種車輛不斷增加，車輛調(diào)度、運(yùn)行及管理方面將會面臨一系問題，為了加強(qiáng)車輛管理，提高車輛利用率，確保車輛運(yùn)行安全，采用GPS技術(shù)進(jìn)行車輛運(yùn)行管理，是今后發(fā)展的一個趨勢。

油田GPS車輛運(yùn)行管理系統(tǒng)將GPS定位技術(shù)與移動通信技術(shù)、地理信息技術(shù)(GIS)及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，在GPRS通信基礎(chǔ)上開發(fā)出的一套集遠(yuǎn)程通信、監(jiān)控、調(diào)度于一體的管理系統(tǒng)?；贕PS技術(shù)的油田車輛運(yùn)行管理系統(tǒng)由衛(wèi)星、車載GPS、GPRS網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控中心等部分組成。其工作原理是在運(yùn)行車輛上安裝車載GPS接收機(jī)，接收GPS衛(wèi)星信號，獲取車輛運(yùn)行速度及位置信息。通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將車輛運(yùn)行信息發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心的軟件處理系統(tǒng)對傳送過來的車輛信息實(shí)時進(jìn)行處理并把各車輛的位置顯示在中心的GIS系統(tǒng)中，然后利用GIS系統(tǒng)對車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)運(yùn)行狀況實(shí)時對車輛進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)度。

利用GPS車輛運(yùn)行管理系統(tǒng)可實(shí)時、準(zhǔn)確地確定出車輛的具體位置及瞬時行駛速度，并以此判斷車輛是否按照指定的路線行使，是否按規(guī)定的安全行駛速度行駛，有無可疑現(xiàn)象等，車輛在運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)故障停運(yùn)時，通過GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)可以直觀地顯示出車輛目前停留的位置和停留的時間，管理人員能隨時了解車輛運(yùn)行狀況，最大限度的保障車輛運(yùn)行的安全性，實(shí)效性，可有效解決油田原油外泄的問題;調(diào)度中心還可以根據(jù)各車輛目前的運(yùn)行狀況隨時調(diào)動車輛，用最近的車輛、最短的距離、最少的時間完成任務(wù)，可避免車輛資源的浪費(fèi)，節(jié)約車輛運(yùn)行成本，大大提高工作效率。基于GPS的油田車輛運(yùn)行管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了油田車輛管理的現(xiàn)代化、規(guī)范化，解決了油田車輛的安全監(jiān)管問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

5 結(jié)語與展望

GPS技術(shù)具有全球性、實(shí)時性的導(dǎo)航定位、測速等優(yōu)勢，發(fā)展前景非常廣闊，必將會在各領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用，在油田的勘探、開發(fā)生產(chǎn)和管理中建立GPS綜合服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，可極大的提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，此外，GPS與地理信息技術(shù)(GIS)、遙感技術(shù)(RS)集成的3S技術(shù)可實(shí)現(xiàn)油田地面信息的實(shí)時采集與可視化管理，為油田信息化建設(shè)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。隨著石油行業(yè)信息化的發(fā)展，GPS技術(shù)將會在“數(shù)字油田”建設(shè)中作出更大的貢獻(xiàn)，對增強(qiáng)石油企業(yè)競爭力具有巨大的推進(jìn)作用。

［1］魏漢武.全球定位系統(tǒng)在工程測量中的應(yīng)用［J］.江漢石油職工大學(xué)學(xué)報，2005，18(6).

［2］李天文.GPS原理及應(yīng)用［M］.科技出版社，2003.

［3］楊帆，張予杰.GPS－RTK技術(shù)油田井位測量中的應(yīng)用［J］. 全球定位系統(tǒng)，2005，(2).

［4］姚雅萍.基于GPS技術(shù)的油田車輛監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計［J］.內(nèi)江科技，2006，(3).

TB2

A

1004-602X(2012)02-0084-02

2012-03-18

陳玉寶(1980—)，男，陜西眉縣人，延長油田股份有限公司工程師。

10.3969/J.ISSN.1004－602X.2012.02.084

［責(zé)任編輯 李曉霞］