無(wú)線遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)技術(shù)在油田生產(chǎn)管理的應(yīng)用

李宏朝，蘭文娟，李明勝，楊帆，章友洪，薛國(guó)新

(1. 新疆油田公司 采油一廠 J129作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000；2. 新疆油田公司 重油開(kāi)發(fā)公司，新疆 克拉瑪依 834000)

無(wú)線遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)技術(shù)在油田生產(chǎn)管理的應(yīng)用

李宏朝1，蘭文娟1，李明勝1，楊帆1，章友洪1，薛國(guó)新2

(1. 新疆油田公司 采油一廠 J129作業(yè)區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000；2. 新疆油田公司 重油開(kāi)發(fā)公司，新疆 克拉瑪依 834000)

由于油田油井?dāng)?shù)量多且分布范圍廣，安全生產(chǎn)無(wú)法得到保障，通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)程系統(tǒng)控制技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了油田站區(qū)、油水井設(shè)備、電力設(shè)備、油罐設(shè)施的無(wú)線遙控監(jiān)測(cè)管理和生產(chǎn)數(shù)據(jù)在線傳輸，有效地防止了油田生產(chǎn)事故，提高了油田生產(chǎn)的安全性；并在應(yīng)用過(guò)程中可以根據(jù)油田生產(chǎn)的實(shí)際需要，使遠(yuǎn)程系統(tǒng)控制技術(shù)的應(yīng)用得到延伸與擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)、變壓器、電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與錄取，對(duì)實(shí)現(xiàn)油井低成本管理，提高資料錄取的準(zhǔn)確率和信息化、自動(dòng)化管理具有重要意義。

油田防盜 遠(yuǎn)程監(jiān)控 自動(dòng)化控制

油田生產(chǎn)由油井、計(jì)量站、管匯閥組、轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站、原油外輸系統(tǒng)、油罐以及其他分散設(shè)施組成。由于老油區(qū)產(chǎn)量低，生產(chǎn)成本高，其投入與產(chǎn)出的性價(jià)比低，目前仍然采用人工每日定時(shí)檢查設(shè)備運(yùn)行情況并測(cè)量、統(tǒng)計(jì)采油數(shù)據(jù)。隨著油田壓縮編制及夜間無(wú)人值守，采油現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生意外故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除，直接影響著油田的生產(chǎn)管理和安全。特別是近年來(lái)屢屢發(fā)生的偷竊原油和電力設(shè)施事件，造成油田很大損失。基于以上問(wèn)題，新疆油田公司采油一廠與相關(guān)企業(yè)合作，共同研發(fā)了具有多種測(cè)控功能的SMS-C/Q遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)儀，適用于中、低產(chǎn)老油井使用的監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。目前，已在100多口井上應(yīng)用了油田機(jī)抽設(shè)備動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用GPRS，SMS，Internet公網(wǎng)與ISM射頻無(wú)線數(shù)傳多網(wǎng)聯(lián)合技術(shù)實(shí)施通信，具有通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、安全可靠、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量高、安裝方便、維護(hù)工作量小、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，并具有遠(yuǎn)程傳輸和自動(dòng)化擴(kuò)展功能(包括測(cè)量?jī)?chǔ)油罐液位、測(cè)量?jī)?chǔ)油罐溫度、測(cè)量套管溫度、測(cè)量套管壓力、抽油機(jī)工作狀態(tài)、變壓器相位、電力設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)單井產(chǎn)量)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化管理和安全生產(chǎn)的作用。

1 無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成

無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

如圖1所示，系統(tǒng)主要由油井無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)儀、數(shù)據(jù)采集傳感器和移動(dòng)接收終端及報(bào)警信息管理中心構(gòu)成。GSM/CDMA無(wú)線監(jiān)控管理系統(tǒng)是一套集現(xiàn)代軟件、電子、傳感器、GSM/CDMA移動(dòng)通信、GIS技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的新一代油田設(shè)備無(wú)線監(jiān)控集中管理系統(tǒng)。目前實(shí)現(xiàn)了對(duì)抽油機(jī)電機(jī)、變壓器與動(dòng)力線和油罐液位監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸。

1.1主要功能

該系統(tǒng)的主要功能： 變壓器移動(dòng)、缺相、斷路、斷電、(電壓越限)報(bào)警；遠(yuǎn)程異地查看采油現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)油罐儲(chǔ)量；系統(tǒng)監(jiān)測(cè)儀保護(hù)箱開(kāi)蓋報(bào)警；儲(chǔ)油罐液位下降遠(yuǎn)程報(bào)警(防止盜竊原油)；抽油機(jī)井電動(dòng)機(jī)斷電報(bào)警；數(shù)據(jù)采集通信線路斷路報(bào)警；遠(yuǎn)程異地查看被監(jiān)測(cè)設(shè)備(電機(jī)、壓力、負(fù)荷、產(chǎn)量)運(yùn)行狀態(tài)；遠(yuǎn)程異地查看監(jiān)測(cè)儀通信和工作參數(shù)。

1.2工作原理與方式

該系統(tǒng)由油井無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)儀、數(shù)據(jù)采集傳感器、移動(dòng)接收終端和報(bào)警信息管理中心以及GIS網(wǎng)絡(luò)軟件技術(shù)構(gòu)成，對(duì)抽油機(jī)運(yùn)行設(shè)備、變壓器、動(dòng)力線和油罐液位等數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)測(cè)。采用GSM/SMS通信技術(shù)實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)油田設(shè)備。油井工作狀態(tài)傳感器主要有溫度傳感器、電壓傳感器、電機(jī)電流傳感器、被監(jiān)控開(kāi)關(guān)斷/合傳感器，它們將油井的工作狀態(tài)變換成對(duì)應(yīng)的電壓或電流值送至遠(yuǎn)程智能無(wú)線RTU。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常情況時(shí)，由遠(yuǎn)程智能無(wú)線RTU發(fā)射信號(hào)后，通過(guò)對(duì)射頻信號(hào)放大、解調(diào)，恢復(fù)成數(shù)傳信號(hào)送中心工業(yè)控制計(jì)算機(jī)處理，然后經(jīng)報(bào)警信息管理中心的移動(dòng)接收終端控制計(jì)算機(jī)處理后立即發(fā)出報(bào)警指令；并可以時(shí)時(shí)查看監(jiān)測(cè)儀通信和工作參數(shù)的變化，使報(bào)表、圖表信息、操作記錄、變壓器移動(dòng)、控制箱開(kāi)蓋、缺相、斷路、斷電、油罐液位改變、數(shù)據(jù)采集通信線路斷路報(bào)警，確保報(bào)警信息在第一時(shí)間得到有效處理，最大限度降低因設(shè)備狀態(tài)異常帶來(lái)的損失；也可以將采油站中心控制室通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋或光纖與上一級(jí)的調(diào)度總控制中心相連，實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。該系統(tǒng)留有擴(kuò)展接口，可根據(jù)油井實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)控制情況進(jìn)行增加，完全實(shí)現(xiàn)采油現(xiàn)場(chǎng)管理自動(dòng)化。

1.3數(shù)據(jù)采集傳感器組件

數(shù)據(jù)采集傳感器由壓力傳感器探頭、連接導(dǎo)線、防護(hù)外殼、防護(hù)軟管等組成。壓力傳感器的核心部件是擴(kuò)散硅壓力敏感元件，其原理是在硅基片上采用離子注入并經(jīng)激光修正制成惠斯通電橋，當(dāng)壓力作用于傳感器的隔離膜片上時(shí)，膜片產(chǎn)生位移，通過(guò)膜盒內(nèi)的硅油壓力傳遞到硅基片上，使惠斯通電橋的4只電阻，有2只因拉伸而阻值變小，另外2只因壓縮而阻值變大，橋臂阻值的變化使電橋失去平衡而產(chǎn)生了一個(gè)與壓力成正比的電壓輸出信號(hào)，再經(jīng)處理轉(zhuǎn)換成4～20mA信號(hào)。壓力傳感器采用了高性能的硅壓阻式壓力充油芯體作壓力敏感核心，接入專用集成電路將傳感器毫伏信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流或頻率信號(hào)，并可以直接與計(jì)算機(jī)接口卡、控制儀表、智能儀表或PLC等相連，是擴(kuò)散硅精密機(jī)械加工、溫度補(bǔ)償、模擬信號(hào)處理技術(shù)的結(jié)晶。

該系統(tǒng)適用于石油儲(chǔ)油罐儲(chǔ)量遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及原油防盜管理，替代了人工測(cè)量?jī)?chǔ)量，具有安全防爆、自動(dòng)遠(yuǎn)程上報(bào)警示信息、單井儲(chǔ)油罐原油防竊等功能。降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度、減少了人身安全隱患，杜絕了油罐原油溢漏和防止了儲(chǔ)油罐原油被盜等現(xiàn)象。

2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

2.1SMS-C/Q遠(yuǎn)程系統(tǒng)控制技術(shù)的作用

該系統(tǒng)在新疆油田公司采油一廠J129作業(yè)區(qū)、紅五作業(yè)區(qū)、紅淺作業(yè)區(qū)、J131作業(yè)區(qū)進(jìn)行了275口井的安裝使用，在生產(chǎn)管理上實(shí)現(xiàn)了對(duì)油罐、電動(dòng)機(jī)、變壓器運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警和抽油機(jī)設(shè)備遠(yuǎn)程控制，降低了事故的發(fā)生與擴(kuò)大，提高了油田設(shè)備安全管理效率；通過(guò)對(duì)油水井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，為油田生產(chǎn)措施的分析與方案的制訂提供了真實(shí)資料，實(shí)現(xiàn)了降本增效的目的。

2.2設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的作用

該系統(tǒng)由遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)儀、本安壓力式液位變送器、移動(dòng)接收終端和信息管理中心組成，可進(jìn)行儲(chǔ)油罐液位越(上、下)限、防溢出和加熱泵露出液面報(bào)警。

1) 實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制油井設(shè)備工作狀態(tài)和油水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提高了油田管理效率。

2) 在變壓器、電動(dòng)機(jī)、原油被盜時(shí)，能及時(shí)向監(jiān)控中心發(fā)出報(bào)警信息，降低油田盜竊案件的發(fā)生。

3) 在出現(xiàn)停電、設(shè)備故障等問(wèn)題時(shí)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地報(bào)警，減少了停產(chǎn)時(shí)間，提高油井采油效率。

4) 系統(tǒng)功能可實(shí)現(xiàn)再擴(kuò)展。目前，已對(duì)現(xiàn)場(chǎng)抽油機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了連桿運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、驢頭負(fù)荷監(jiān)測(cè)、抽油機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)等方面的功能擴(kuò)展。

2.3計(jì)算機(jī)信息監(jiān)控報(bào)警管理中心

現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)由各種儀表或傳感器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)主控單元采集處理后，通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)讲捎驼局行目刂剖业募锌刂浦鳈C(jī)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警數(shù)據(jù)反映的情況，通知相關(guān)人員采取處理措施。也可以將中心控制室再通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋或光纖與上一級(jí)的采油工區(qū)/廠部的總控制中心相連，實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，其三級(jí)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 三級(jí)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

2.4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析評(píng)價(jià)

1) 實(shí)時(shí)監(jiān)控抽油機(jī)等設(shè)備的工作狀況，實(shí)現(xiàn)了對(duì)油田油罐、變壓器、電動(dòng)機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2) 實(shí)現(xiàn)了由人防到機(jī)械防到電子防盜的升級(jí)。

3) 實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的安全管理，降低了油田盜竊事件的發(fā)生率。

4) 提升了油田管理效率，減輕了員工勞動(dòng)強(qiáng)度。

5) 通過(guò)系統(tǒng)升級(jí)可在低成本的條件下實(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)管理的自動(dòng)化、信息化。

3 存在的問(wèn)題

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的主要問(wèn)題： 信息傳輸數(shù)據(jù)故障率較多；系統(tǒng)比較單一，數(shù)據(jù)傳輸較少；擴(kuò)展的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和設(shè)備缺乏統(tǒng)一的安裝標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝設(shè)備比較雜亂；實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)控的井站較少，只具備初級(jí)模式，還未形成整體規(guī)模效益。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

整個(gè)系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)無(wú)縫鏈接，客戶端可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)，在線動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制和生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、故障報(bào)警監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表打印；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有油井、計(jì)量站及水井的任意時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù)查詢、功圖比較、電流圖比較和圖表打??；對(duì)井場(chǎng)采油井、注水井、加熱爐等設(shè)備進(jìn)行視頻監(jiān)視與信號(hào)傳輸。

該系統(tǒng)的多疊式網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)也保護(hù)終端用戶的數(shù)據(jù)和整個(gè)系統(tǒng)的安全性與保密性。系統(tǒng)采用三級(jí)結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、中心控制室和調(diào)度總控制中心，包括采油設(shè)備數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、油水井設(shè)備數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等三項(xiàng)工業(yè)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)(預(yù)留自動(dòng)計(jì)量單元硬件與軟件接口)，各個(gè)子系統(tǒng)均為模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)后續(xù)生產(chǎn)管理的需要進(jìn)行增減，形成一套完整的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是一項(xiàng)多結(jié)構(gòu)組織、多因素結(jié)合、綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程。使用情況表明： 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、設(shè)備選型合理、操作簡(jiǎn)單、維修方便可靠，將對(duì)企業(yè)提高現(xiàn)代化管理水平，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率及節(jié)能降耗發(fā)揮積極作用。同時(shí)對(duì)其他的過(guò)程參數(shù)的自動(dòng)化監(jiān)控也有一定的參考價(jià)值，為油田管理帶來(lái)極大的方便和可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。通過(guò)在油田的多年實(shí)施驗(yàn)證了該系統(tǒng)功能的實(shí)用性與技術(shù)的可行性，從而為油田企業(yè)實(shí)現(xiàn)整個(gè)信息化和數(shù)字化管理奠定基礎(chǔ)。

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稿件收到日期： 2013-07-29。

李宏朝(1964—)，男，現(xiàn)就職于新疆油田公司采油一廠，任采油工程師。

TP274.2

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1007-7324(2013)06-0077-03