油田單井?dāng)?shù)字化建設(shè)方案與智能化發(fā)展方向探討

敬興龍,馬曉軍,談建平,尹海(. 新疆華隆油田科技股份有限公司，新疆 克拉瑪依 834000；. 中國石油天然氣股份有限公司 新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

油田單井?dāng)?shù)字化建設(shè)方案與智能化發(fā)展方向探討

敬興龍1,馬曉軍1,談建平1,尹海2
(1. 新疆華隆油田科技股份有限公司，新疆 克拉瑪依 834000；2. 中國石油天然氣股份有限公司 新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

介紹了數(shù)字油田發(fā)展?fàn)顩r，以某井區(qū)為例，結(jié)合該區(qū)現(xiàn)場情況以及自動化生產(chǎn)管理的需要，提出了一種油田數(shù)字化單井生產(chǎn)管理系統(tǒng)的構(gòu)建方案，綜合運(yùn)用RTU數(shù)據(jù)采集遙測系統(tǒng)、無線網(wǎng)橋及光纖通信技術(shù)、IPVS虛擬服務(wù)器、工業(yè)組態(tài)技術(shù)及Web數(shù)據(jù)發(fā)布等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了單井的數(shù)據(jù)采集存儲、現(xiàn)場監(jiān)控、故障報警、Web數(shù)據(jù)發(fā)布等核心功能。另外，參考國內(nèi)外智能油田的發(fā)展規(guī)劃及部分研究成果，探討了油田智能化單井的發(fā)展方向。

數(shù)字化單井 智能油田 遠(yuǎn)程測控終端系統(tǒng) 虛擬服務(wù)器

油田數(shù)字化建設(shè)近年來在國內(nèi)取得了迅猛的發(fā)展，新疆油田作為國內(nèi)數(shù)字油田建設(shè)的先行者目前已基本完成油田數(shù)字化建設(shè)，正朝著智能化油田發(fā)展。單井生產(chǎn)管理是油氣生產(chǎn)管理系統(tǒng)的最前端，在數(shù)字化建設(shè)和智能化建設(shè)方面都起著至關(guān)重要的作用?？死斠烙吞锒鄶?shù)井區(qū)都存在含硫量高、點(diǎn)多面廣人手少、農(nóng)田散落分布的特點(diǎn)，從而導(dǎo)致值班人員井區(qū)巡檢不完全、故障處理及生產(chǎn)調(diào)整不及時、電機(jī)燒毀、人員中毒等問題產(chǎn)生，直接影響油田生產(chǎn)，而數(shù)字化單井的建設(shè)能很好地解決這些難題。車排子井區(qū)是新疆油田數(shù)字化建設(shè)示范區(qū)，文中介紹了一套針對該區(qū)24口單井的數(shù)字化建設(shè)方案。

1 系統(tǒng)概述

數(shù)字化單井生產(chǎn)管理系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)RTU(Remote Terminal Unit)、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控子系統(tǒng)IPVS(IP Video Surveillance)、光纖及無線網(wǎng)橋數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、組態(tài)及Web網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)布等組成。系統(tǒng)構(gòu)建遵循“實(shí)用、開放、穩(wěn)定、可擴(kuò)展、易維護(hù)”的原則。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

井區(qū)共計24口采油井、3個撬裝站。單井最大距離不超過2.5 km，所需遠(yuǎn)傳井區(qū)之間(車60至車2)最大距離18 km。抽油機(jī)井場安裝RTU，完成井口數(shù)據(jù)采集、抽油機(jī)啟?？刂?；同時完成監(jiān)控中心指令接收，并按照監(jiān)控中心指令回傳采集的數(shù)據(jù)與執(zhí)行啟停抽油機(jī)的指令。2號撬裝站安裝無線網(wǎng)橋中心端設(shè)備中轉(zhuǎn)所轄抽油機(jī)數(shù)據(jù)通信，同時配置數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)(SCADA)前端通信處理器完成對油井井場數(shù)據(jù)巡檢指令的下達(dá)、井場RTU發(fā)送數(shù)據(jù)的接收、油井啟?？刂浦噶畹南逻_(dá)與執(zhí)行效果顯示以及單井產(chǎn)量計量指令的發(fā)送等。

圖1 數(shù)字化單井生產(chǎn)管理系統(tǒng)架構(gòu)示意

1.1數(shù)據(jù)采集遙測系統(tǒng)

井場數(shù)據(jù)采集與控制核心為現(xiàn)場儀表及RTU機(jī)箱?，F(xiàn)場儀表采集固定載荷、角位移、壓力、溫度、H2S體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)；RTU機(jī)箱主要包括RTU模塊、無線網(wǎng)橋、電機(jī)監(jiān)控模塊等。與常用的可編程控制器(PLC)相比，RTU具有更加優(yōu)良的通信能力和更大的存儲容量，集成程度高、穩(wěn)定可靠，適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的計算功能，可以方便使用于油井遙測、計量間、注水間自動化等項目。近年來RTU產(chǎn)品在石油天然氣、水利、電力調(diào)度、市政調(diào)度等行業(yè)SCADA系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。該項目數(shù)據(jù)采集遙測系統(tǒng)RTU模塊具有以下特點(diǎn)：

1) 內(nèi)部優(yōu)先執(zhí)行中心指令(如對表、啟停抽油機(jī)、下載程序等)，可連續(xù)偵聽并根據(jù)指令發(fā)送數(shù)據(jù)，反復(fù)采集功圖、油壓、電機(jī)電流/功率等參數(shù)。

2) 歷史數(shù)據(jù)容量大，可以存儲1000組示功圖數(shù)據(jù)(單獨(dú)采集功圖時)。

3) 將CPU、模擬量輸入、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、通信口等高度集成，保證RTU模塊穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

4) 集成電路與元器件全部選擇工業(yè)級產(chǎn)品，滿足-40～85 ℃使用。

5) 采集示功圖時可以實(shí)現(xiàn)更寬的沖次范圍： 0.05～20.00次/min，并且可以滿足上下沖程不勻的示功圖采集。

1.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)

通過光纖及無線網(wǎng)橋通信傳輸結(jié)合IPVS可實(shí)時監(jiān)控每口單井生產(chǎn)狀況。每口單井安裝1臺固定式攝像機(jī)監(jiān)視單井工作狀態(tài)；3個撬裝站附近安裝3臺一體化云臺攝像機(jī)，云臺連續(xù)360 ℃旋轉(zhuǎn)最大可俯視整個井區(qū)，可實(shí)現(xiàn)變速功能?，F(xiàn)場錄像保存時長為1星期，具有視頻查詢、回放、導(dǎo)出功能。現(xiàn)場與中控室之間可實(shí)現(xiàn)雙向語音通話和無人值守時的自動巡航等。

1.3網(wǎng)絡(luò)通信

單井部分通信采用光纖連接，井區(qū)之間數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳采用無線網(wǎng)橋，無線網(wǎng)橋采用1套點(diǎn)對點(diǎn)，2套點(diǎn)對多點(diǎn)設(shè)備。無線設(shè)備的技術(shù)實(shí)現(xiàn)是由IEEE802.l1，IEEE802.ld生成樹協(xié)議等國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議定義的，選擇無線局域網(wǎng)技術(shù)在較近的距離內(nèi)可提供54 Mbit/s的連接速率，同時提供更多的信道選擇。各撬裝站距離較短對無線數(shù)據(jù)的傳輸影響小，可以滿足現(xiàn)場實(shí)際需求。無線網(wǎng)橋BreezeAccessVL(5.8 G)另配5.8 G/12 dBi全向天線、天線射頻電纜、天線接頭等裝置。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意

1.4監(jiān)控中心

配置數(shù)據(jù)服務(wù)器、操作站、打印機(jī)、不間斷電源(UPS)、Kingview6.53組態(tài)王軟件、數(shù)據(jù)讀取驅(qū)動軟件、巡檢控制專用軟件等實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)絡(luò)瀏覽、工況監(jiān)測與故障報警、各類生產(chǎn)報表打印、數(shù)據(jù)安全管理、運(yùn)行參數(shù)曲線報告等。

1.5Web網(wǎng)絡(luò)發(fā)布與數(shù)據(jù)瀏覽

監(jiān)控中心已實(shí)現(xiàn)的巡檢等功能結(jié)合已建立的網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。采用B/S結(jié)構(gòu)，用戶申請賬號通過認(rèn)證(CA證書)后系統(tǒng)自動分配用戶賬號，按照不同的權(quán)限參與生產(chǎn)管理工作?？梢栽谧鳂I(yè)區(qū)與更遠(yuǎn)的廠部等實(shí)現(xiàn)以下幾方面的擴(kuò)展功能： 油井生產(chǎn)狀況巡檢、井位圖巡檢；實(shí)時功圖巡檢；歷史功圖查詢與歷史功圖對比查詢；單井生產(chǎn)參數(shù)趨勢曲線查詢；開停機(jī)時間匯總，開井時段查詢；功圖計產(chǎn)數(shù)據(jù)查詢、匯總與報表；功圖異常變化匯總、報警。

2 單井智能化

新疆油田2008年率先在全國建成“數(shù)字油田”后，又在全球范圍內(nèi)提出“智能油田”的概念并大力實(shí)施。“智能油田”的特點(diǎn)： 信息動態(tài)化、自動操作、數(shù)據(jù)分析深入、信息應(yīng)用主動?！爸悄苡吞铩迸c“數(shù)字油田”具有一致的建設(shè)目標(biāo)，“智能油田”是“數(shù)字油田”的高級階段。分析未來地面生產(chǎn)管理系統(tǒng)的智能化發(fā)展，主要應(yīng)集中在以下幾方面：

1) 高精度的智能儀表和基于ARM技術(shù)的移動數(shù)據(jù)終端(目前國外如Honeywell公司已有相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品)，解決數(shù)據(jù)采集的真實(shí)準(zhǔn)確和及時性問題。

2) 結(jié)合云計算及大數(shù)據(jù)技術(shù)，研發(fā)更先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)進(jìn)而構(gòu)建專家知識庫，核心功能包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、故障預(yù)警。

3) 智能化決策對生產(chǎn)問題自動生成解決方案。借助成熟的專家系統(tǒng)、BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、Petri網(wǎng)等成熟算法，根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和應(yīng)對措施，建立智能控制系統(tǒng)，并且根據(jù)系統(tǒng)反饋，對系統(tǒng)進(jìn)行自動校正和學(xué)習(xí)，提高了系統(tǒng)的控制精準(zhǔn)度和準(zhǔn)確性。

3 結(jié)束語

該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的核心功能包括井區(qū)自動巡檢以及重點(diǎn)井連續(xù)監(jiān)測；采集油井參數(shù)，包括示功圖、沖次、主管壓力、套壓、井口油溫等；遠(yuǎn)程控制，自動間抽及定時啟抽；遠(yuǎn)程工況監(jiān)測，包括抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、電機(jī)工作狀況、遙測系統(tǒng)工作狀況等；視頻監(jiān)控和記錄；故障報警，遙測系統(tǒng)通信不成功，主機(jī)故障，儀表故障，抽油機(jī)停機(jī)，電機(jī)空轉(zhuǎn)，抽油桿斷桿，泵效低，漏失，碰泵，供液不足，油井井口壓力變化異常等；報表生成及打印等。系統(tǒng)涵蓋了單井?dāng)?shù)字化的主要內(nèi)容，功能全面，很好地解決了單井自動化生產(chǎn)問題，隨著智能化建設(shè)的推進(jìn)必將使油田單井生產(chǎn)管理更加安全高效。

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DiscussiononSchemeofConstructionofDigitalOil-wellandDevelopmentDirectionofIntelligentOil-well

Jing Xinglong1, Ma Xiaojun1, Tan Jianping1, Yin Hai2

(1.Xinjiang Hualong Oilfield Technology Co. Ltd., Karamay, 834000, China；

2. CNPC Xinjiang Oilfield Branch, Karamay ,834000, China)

s: The development status of digital oilfield is described. Combining the site conditions of the area and the need of automation production management, a scheme for oilfield digitized oil-well production management system is designed, and with integrated use of RTU data acquisition and telemetry systems, wireless bridge and the fiber-optic communications technology, IP virtual server, configuration and web data dissemination technology, an oil-well data acquisition and storage, on-site monitoring, fault alarm and other core functions are realized. The development direction of intelligent oil-well is discussed with reference to domestic and foreign intelligent oilfield development planning and some research results.

digital oil-well; intelligent oilfield; remote monitoring terminal unit; virtual server

稿件收到日期：2013-04-15，修改稿收到日期2013-06-28。

敬興龍(1987—)，男，四川射洪人，2010年畢業(yè)于西南石油大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)，主要從事油田自動化生產(chǎn)設(shè)備及系統(tǒng)化工程的技術(shù)研究工作，任助理工程師。

TP274

B

1007-7324(2013)05-0049-03