基于Android平臺的功圖計量分析系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

戶虎，常鵬剛，尉紅剛，梁勝利，高鵬，夏志學(xué)

(1. 中國石油華北油田分公司 采油工程研究院，河北任丘 062552；2. 中國石油華北油田分公司 二連分公司，內(nèi)蒙古錫林浩特 026000)

基于Android平臺的功圖計量分析系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

戶虎1，常鵬剛1，尉紅剛1，梁勝利2，高鵬1，夏志學(xué)1

(1. 中國石油華北油田分公司 采油工程研究院，河北任丘 062552；2. 中國石油華北油田分公司 二連分公司，內(nèi)蒙古錫林浩特 026000)

抽油機(jī)井目前的管理模式存在兩方面的問題： 對于已安裝智慧油田組件的抽油機(jī)井，工作人員在井場無法獲得服務(wù)器端的數(shù)據(jù)分析處理結(jié)果；對于無網(wǎng)絡(luò)覆蓋的邊遠(yuǎn)抽油機(jī)井，無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)字化管控。研發(fā)了基于Android系統(tǒng)的功圖計量結(jié)果移動查詢與分析系統(tǒng)和井場數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了移動終端對作業(yè)區(qū)服務(wù)器處理結(jié)果的安全訪問，而且實現(xiàn)了移動終端在井場的數(shù)據(jù)自主采集與分析處理?，F(xiàn)場應(yīng)用表明： 提升了工作效率，縮減了抽油機(jī)井管理成本，并且井場數(shù)據(jù)采集的功圖計量產(chǎn)量平均相對誤差僅為5.1%，低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，滿足了工業(yè)應(yīng)用要求。

智能終端Android系統(tǒng) 功圖計量 移動查詢 分析診斷

華北油田擁有抽油機(jī)井約5000口，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)字化管控的抽油機(jī)井占到了80%以上。在這些抽油機(jī)井的日常管理中，為保證油井正常生產(chǎn)，需要實時獲取和分析油井的工作狀況，必要時對油井工作制度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。伴隨著智慧油田建設(shè)步伐，目前針對抽油機(jī)井的管理模式還存在以下兩方面問題： 抽油機(jī)井大部分采用井場控制柜方式調(diào)控，而工況診斷分析則依靠數(shù)據(jù)采集遠(yuǎn)傳到服務(wù)端進(jìn)行處理，在井場缺少實時診斷油井工況數(shù)據(jù)的手段，造成井場維護(hù)困難和作業(yè)繁瑣；對于部分作業(yè)區(qū)內(nèi)無網(wǎng)絡(luò)覆蓋的邊遠(yuǎn)抽油機(jī)井，由于無法進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)字化管控，當(dāng)油井液量發(fā)生變化時，只能人為被動地依靠經(jīng)驗調(diào)整抽油機(jī)井的工作制度，其合理性缺乏理論依據(jù)。

針對以上主要問題，通過在井場進(jìn)行研究分析和室內(nèi)優(yōu)化設(shè)計，一方面研發(fā)了基于智能終端的移動查詢與分析系統(tǒng)，實現(xiàn)了抽油機(jī)井生產(chǎn)狀態(tài)的遠(yuǎn)程移動管控；另一方面開發(fā)了基于井場的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，有效解決了井區(qū)內(nèi)無網(wǎng)絡(luò)覆蓋的邊遠(yuǎn)抽油機(jī)井的數(shù)據(jù)采集與診斷問題，簡化了操作流程，降低了現(xiàn)場運(yùn)維成本，提升了井場抽油機(jī)的管理水平。

1 移動查詢與分析系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)及原理

移動查詢與分析系統(tǒng)采用三層架構(gòu)設(shè)計模式： 第一層為數(shù)據(jù)層，對應(yīng)的是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；第二層為基礎(chǔ)服務(wù)層，對應(yīng)的是Web服務(wù)器；第三層為應(yīng)用客戶端，對應(yīng)的是部署在智能終端設(shè)備上的APP應(yīng)用。其基本架構(gòu)如圖1所示，基本工作原理： 傳感器采集數(shù)據(jù)并通過工控RTU設(shè)備遠(yuǎn)傳到作業(yè)區(qū)服務(wù)器，在作業(yè)區(qū)服務(wù)器端實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的診斷分析和保存，移動終端設(shè)備通過Web服務(wù)器訪問并查詢作業(yè)區(qū)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。

圖1 移動查詢與分析系統(tǒng)基本架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)功能

通過搭建的Android移動智能終端平臺，共開發(fā)了實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)分析處理和結(jié)果反饋4個功能部分和16項子模塊，包括抽油機(jī)井工作狀態(tài)監(jiān)控，油井產(chǎn)量計算、查詢、統(tǒng)計、井下泵工況診斷，油井故障信息報警和系統(tǒng)管理，功能模塊如圖2所示。

圖2中，液量波動數(shù)據(jù)查詢模塊中查詢油井液量波動數(shù)據(jù)的基本操作流程： 點(diǎn)擊主界面中“液量波動”圖標(biāo)，即可彈出工區(qū)所有抽油機(jī)井的井號數(shù)據(jù)列表，點(diǎn)擊某一口抽油機(jī)井的井號，即彈出該口抽油機(jī)井的液量波動分析結(jié)果。其余查詢模塊操作流程皆類似。

圖2 基于B/S架構(gòu)的移動與 查詢分析系統(tǒng)功能模塊

1.3 安全組網(wǎng)方案

系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，要求智能終端設(shè)備具有訪問部分內(nèi)網(wǎng)資源的數(shù)據(jù)通道，為此采用通過身份認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密技術(shù)以確保數(shù)據(jù)傳輸安全。利用公網(wǎng)的GPRS3G4G或WLAN信號，實現(xiàn)移動終端設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)接入，然后通過網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供的服務(wù)器將無線信號轉(zhuǎn)換成有線信號，在此提出兩種方案： 一是該有線信號依據(jù)具體的IP地址發(fā)出訪問內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器的請求，系統(tǒng)加密機(jī)對該請求進(jìn)行安全性驗證，通過驗證之后，移動終端即可訪問內(nèi)網(wǎng)的部分資源，訪問流程如圖3所示。二是該有線信號依據(jù)具體的IP地址發(fā)出訪問虛擬服務(wù)器的請求，第1臺系統(tǒng)加密機(jī)對該請求進(jìn)行安全性驗證，通過驗證之后，移動終端即可訪問虛擬服務(wù)器的資源。然后虛擬服務(wù)器向內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器發(fā)出訪問請求，第2臺系統(tǒng)加密機(jī)對該請求進(jìn)行唯一性驗證，通過驗證之后，即可將內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器的部分資源反饋給虛擬服務(wù)器。

圖3 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互的組網(wǎng)方案之一

2 井場數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)及原理

井場數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由智能終端設(shè)備、數(shù)據(jù)接收設(shè)備和載荷位移傳感器三部分組成。工作原理： 智能終端設(shè)備按照低功耗的ANT通信協(xié)議，經(jīng)由數(shù)據(jù)接收設(shè)備向載荷位移傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，載荷位移傳感器接收到指令之后，開始采集數(shù)據(jù)，采集完成之后，將數(shù)據(jù)反饋給智能終端設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。依賴智能終端設(shè)備的運(yùn)算處理能力在井場就可實現(xiàn)功圖采集、功圖算產(chǎn)、平衡分析、工況診斷和參數(shù)調(diào)整等工作，數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的應(yīng)用架構(gòu)如圖4所示。

圖4 井場數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)架構(gòu)示意

2.2 系統(tǒng)應(yīng)用實例

基于Android平臺的井場數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)測試流程相對簡單，總共有以下四個步驟： 1) 安裝載荷位移傳感器，并將遵循ANT協(xié)議的通信U盤與個人智能終端設(shè)備連接；2) 打開個人智能終端設(shè)備，啟動井場數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)；3) 點(diǎn)擊設(shè)備連接按鈕，將個人智能終端設(shè)備與載荷位移傳感器相連；4) 填寫相關(guān)信息，并點(diǎn)擊開始采集按鈕，采集完成之后，自動跳轉(zhuǎn)到測試結(jié)果頁面。

該系統(tǒng)在油田采油一廠多口抽油機(jī)井進(jìn)行了實際應(yīng)用測試，系統(tǒng)繪制的單井功圖曲線如圖5所示。自生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫查詢到的單井日產(chǎn)數(shù)據(jù)和井場數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)功圖算產(chǎn)得到的單井?dāng)?shù)據(jù)見表1所列，統(tǒng)計8口井的平均相對誤差為5.1%。

圖5 井場數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)現(xiàn)場測試結(jié)果

井 號實際產(chǎn)量/(t·d-1)計算產(chǎn)量/(t·d-1)相對誤差,%110X井2.802.713.2113井4.504.333.8122X井3.803.644.2127X井8.678.096.7139X井4.715.2511.5142井3.904.033.3145X井6.606.894.3163X井7.798.083.7

3 現(xiàn)場應(yīng)用評價

在該油田采油一廠某工區(qū)有100多人直接或間接從事抽油機(jī)維護(hù)，安裝采用基于Android智能移動終端的查詢與分析系統(tǒng)后，減少維護(hù)人員30多人，節(jié)約維護(hù)成本約50萬元。

對于之前還未安裝智慧油田組件的抽油機(jī)井，基于Android平臺的井場數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的應(yīng)用也有效解決了該類抽油機(jī)井的功圖采集和工況診斷問題。

4 結(jié)束語

該油田在作業(yè)工區(qū)應(yīng)用基于Android平臺的井場數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的實踐證明： 功圖計算產(chǎn)量平均相對誤差僅為5.1%，小于10%的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；能夠節(jié)省抽油機(jī)井30%左右的井場維護(hù)費(fèi)用；可以大幅減少井場抽油機(jī)運(yùn)行維護(hù)人員。

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Development and Application of Android Platform Based Power Diagram Econometric Analyzing System

HuHu1，ChangPenggang1，YuHonggang1，LiangShengli2，GaoPeng1，XiaZhixue1

(1.OilProductionEngineeringInstituteofHuabeiOilfieldCo.Ltd.，Renqiu， 062552，China;2.ErlianBranchofHuabeiOilfieldCo.Ltd.，XilinHot， 026000，China)

Thereareproblemstomanagementmodesintwoaspectsforcurrentrodpumpedwell.Oneisstaffcan’tobtainprocessedresultfromserveratwell-siteforpumpingwellsinstalledwithwisdom-oilfieldcomponents.Theotheroneisnon-networkcoveragepumpingwellsinremoteareacan’trealizeremotedigitalcontrol.BasedonAndroidplatform，amobilepowerdiagrameconometricanalyzingandqueryingsystemaswellasawell-sitedataacquiringandanalyzingsystemisdeveloped.Itnotonlyrealizessafeaccesstoserverprocessingresultsforworkarea，butalsorealizesautomaticdatacollectingandanalyzingwithmobileterminal.Theon-siteapplicationindicatesworkefficiencyisimprovedwithmanagementcostreduction.Averagerelativeerrorisonly5.1%forcalculatedproductionresultswhichislessthanthatofindustrystandards.Therequirementofindustrialapplicationsismet.

intelligentterminal;Androidsystem;powerdiagrammeasurement;mobilequery;analysisanddiagnosis

戶虎(1986—)，男，2014年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京)油氣井工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)工作于中國石油華北油田分公司采油工程研究院，從事抽油機(jī)井優(yōu)化設(shè)計方面的研究工作，任助理工程師。

TE938;TE

A

1007-7324(2016)06-0034-03

稿件收到日期： 2016-09-03。