基于物聯(lián)網(wǎng)的井場信息管理系統(tǒng)

江璟科

[摘 要]為了建立數(shù)字化油田，實現(xiàn)對采油井井場進行時時管理，企業(yè)需要建立一套井場信息采集管理系統(tǒng)。本文在介紹井場數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)硬件組成的基礎(chǔ)上，對井場數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)進行詳細論述。該系統(tǒng)的建立，實現(xiàn)了井場各個環(huán)節(jié)的緊密連接，同時也為油井智能化與數(shù)字化生產(chǎn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)字化；井場信息管理系統(tǒng)

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.16.025

[中圖分類號]F270.7 [文獻標(biāo)識碼]A [文章編號] 1673-0194（2017）16-00-02

0 引 言

大慶油田的采油井很多都是位于人煙稀少的曠野中，所采用的管理方式主要是人工巡查，即由巡檢人員每天親自到現(xiàn)場對抽油機的運轉(zhuǎn)情況進行實際查看，并獲取井場及設(shè)備信息，記錄采油井井場情況和相關(guān)設(shè)備的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。隨著科技的不斷進步，無線傳感器、云計算、通信網(wǎng)絡(luò)、RFID等技術(shù)都得到了飛速發(fā)展，這間接促使數(shù)字化油田在采油井場上得到了規(guī)?；瘧?yīng)用，數(shù)字化油田的建立與普及是現(xiàn)代科技和油田發(fā)展的必然趨勢。采油井井場是數(shù)字化油田應(yīng)用場所和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集的源頭，因此，建立一套井場信息采集管理系統(tǒng)對數(shù)字化油田的構(gòu)建和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集具有重要的作用。

1 井場信息管理系統(tǒng)硬件的組成

要想實現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和傳輸，構(gòu)建數(shù)字化油田、井場數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是不可缺少的，通常情況下，井場數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要是對采油井井口參數(shù)、抽油機工作狀態(tài)參數(shù)、現(xiàn)場視頻圖像、示功圖測量數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)等相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行采集后并傳輸?shù)街笓]中心，這能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進行遠程分析和處理?；谖锫?lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成，分別為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和指揮中心數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

1.1 井場油井?dāng)?shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集主要是由安裝在抽油機上的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機、無線傳感器、壓力變送器、溫度變送器等構(gòu)成。抽油機井口參數(shù)采集點分布如圖1所示。

圖1顯示的部分是數(shù)字油田的感知層，由各種變送器和傳感器構(gòu)成。井口數(shù)據(jù)采集和控制用的是北京安控科技的Super E系列RTU，該設(shè)備集成了2路RS485和8路AI，起到了通用協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用，硬件上可以接入4 mA～20 mA、RS485等大部分類型的信號；軟件支持各種標(biāo)準(zhǔn)、自定義通訊協(xié)議。數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一后，上傳速度快且準(zhǔn)確，既提高了通信效率，又統(tǒng)一了與上位機的數(shù)據(jù)接口，便于上位機軟件的開發(fā)調(diào)試和維護。

（1）實現(xiàn)參數(shù)。實現(xiàn)參數(shù)包括電機綜合參數(shù)（電流、電壓、電量、有功功率、無功功率、功率因素）、井口參數(shù)（油壓、套壓）、抽油機參數(shù)（示功圖、沖程、沖次）。

（2）儀表配置。儀表配置包括RTU（含語音提示裝置）、電量采集模塊（含遠程啟停裝置）、載荷傳感器、位移傳感器以及壓力變送器。

1.2 井場視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控系統(tǒng)共分為兩部分，即前端設(shè)備和后臺設(shè)備。前端設(shè)備是指安裝在工區(qū)各主要路口及站庫的所有監(jiān)控設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、報警設(shè)備及配套設(shè)備等，由攝像系統(tǒng)和報警探測器組成。后臺設(shè)備是指安裝在油田采油調(diào)度監(jiān)控中心的監(jiān)控終端、服務(wù)器、磁盤陣列、UPS、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

1.3 井場數(shù)據(jù)傳輸

無線局域網(wǎng)技術(shù)是數(shù)字化油田數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，關(guān)系到無線網(wǎng)絡(luò)的承載能力和安全性?，F(xiàn)有技術(shù)中，GPRS技術(shù)和CDMA 1X技術(shù)只能提供幾十 k的數(shù)據(jù)傳輸速率，無法滿足視頻信息的有效傳輸；3 G技術(shù)雖然能夠提供幾兆的數(shù)據(jù)帶寬，但一方面慶新油田區(qū)域3 G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相對滯后，無線寬帶信號尚未覆蓋；另一方面3 G技術(shù)主要面對的是公眾用戶，無法有效實現(xiàn)公私網(wǎng)絡(luò)的隔離，數(shù)據(jù)需要經(jīng)過省級或地市級核心網(wǎng)絡(luò)的分離后，經(jīng)公網(wǎng)再接入油田企業(yè)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩詿o法得到保障。無線寬帶城域網(wǎng)技術(shù)中，Wimax技術(shù)由于使用頻率與TD-SCDMA技術(shù)沖突，已被我國明令禁止，因此Mcwill技術(shù)是慶新油田信息化解決單井信息傳輸?shù)淖罴堰x擇。

慶新油田在采油一工區(qū)和二工區(qū)各新建通信鐵塔1座，配套建設(shè)塔下機房及基礎(chǔ)，同時新建McWill無線寬帶基站2套，通過光纖接入油田企業(yè)網(wǎng)，無線信號將覆蓋整個慶新油田。慶新油田野外油水井的采集和視頻信息，將通過無線寬帶通信模塊以IP方式上傳至監(jiān)控中心，在工程施工過程中首先保證了網(wǎng)絡(luò)能長距離、高帶寬的回傳，且性能穩(wěn)定，還可以實現(xiàn)對設(shè)備集中管理，便于維護。

2 井場數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)

井場數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊、油水井運行管理模塊、遠程控制模塊、設(shè)備管理模塊、告警管理模塊5大功能。

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

（1）視頻采集對應(yīng)關(guān)系：當(dāng)采集設(shè)備IP出現(xiàn)變動時，通過其進行數(shù)據(jù)修正。

（2）油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：記錄油井的數(shù)字化屬性，如采油方式是否采集油套壓，是否有視頻監(jiān)控等；同時，其也管理與油井計算相關(guān)的參數(shù)，如，下泵深度、液體動力粘度、液體密度等，需要進行完善方可確保系統(tǒng)正常運行。

2.2 油水井運行管理

油水井運行管理包括：管理油水井運行的實時數(shù)據(jù)和采集數(shù)據(jù)、管理實時數(shù)據(jù)歷史、管理日數(shù)據(jù)歷史、管理運行數(shù)據(jù)、油井量油值管理、功圖打印。其中，油井量油值管理記錄最新的油井量油值，便于在報表中進行日產(chǎn)量提?。还D打印是從一個月中選定功圖類型，并打印。

2.3 遠程控制

（1）油井遠程啟停。擁有啟停權(quán)限的用戶，可以通過視頻對油井設(shè)備進行遠程遙控，完成井的啟動和停止等操作；對于沒有視頻設(shè)備的油井，為保證生產(chǎn)安全，只給予相關(guān)人員遠程停井權(quán)限，其可通過遠程單井或多井頁面實現(xiàn)遠程停井。

（2）摻水量控制。摻水量控制包括水井摻水量控制與環(huán)摻水量控制兩部分。

2.4 設(shè)備管理

（1）油井設(shè)備管理。第一，管理油井的各設(shè)備組織單元，包括抽油機、抽油泵、電機、配重塊等明細信息。第二，通過組合各組織單元，同時記錄油井的油桿、油管信息，完成油井的設(shè)備組裝；根據(jù)設(shè)備安裝期限和維護期限，進行設(shè)備檢修提示。

（2）配注間設(shè)備管理。用戶管理配注間的各設(shè)備組織單元，包括柱塞泵和電機等明細信息；通過組合各組織單元，完成配注間各設(shè)備的配備管理；根據(jù)設(shè)備安裝期限和維護期限，進行設(shè)備檢修提示。

2.5 告警管理

（1）閾值管理。用戶能夠?qū)λ泄^(qū)的油井、水井、環(huán)、站庫的閥值進行添加、編輯和刪除。系統(tǒng)通過自動讀取用戶設(shè)置的閾值，檢索相應(yīng)的采集數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)采集數(shù)據(jù)異常時，給出告警提示；為防止遺漏告警項，系統(tǒng)采用翻頁的方式進行閾值的逐一添加。

（2）歷史查詢。對油井、水井、計量間、配注間等生產(chǎn)單元告警歷史的查詢與相應(yīng)的流處理。

（3）流處理。對每一個告警的處理流程進行查詢，包括接警、銷警、歸檔、查看歷史等。如果不通過告警流處理，則采用直接銷警的方式。

這些內(nèi)容介紹了慶新油田井場信息管理系統(tǒng)的相關(guān)功能和部分設(shè)計思路，該系統(tǒng)完全符合物聯(lián)網(wǎng)的定義和物聯(lián)網(wǎng)的三層結(jié)構(gòu)，從技術(shù)上對物聯(lián)網(wǎng)包含的6大核心應(yīng)用技術(shù)，即共性支撐技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、傳感器技術(shù)、WSN無線傳感網(wǎng)技術(shù)等，提供了有力的支撐，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字化油田建設(shè)中的典型應(yīng)用。

3 結(jié) 語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的井場數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實現(xiàn)了井場監(jiān)測監(jiān)控信息采集、傳輸、轉(zhuǎn)換、遠程監(jiān)控，通過物聯(lián)網(wǎng)不僅可以實現(xiàn)井場跨地域的協(xié)同工作，還可以緊密連接油井生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，并實現(xiàn)油井及油田生產(chǎn)與技術(shù)的整合，進一步實現(xiàn)油井的智能化和油田數(shù)字化的生產(chǎn)經(jīng)營管理。

主要參考文獻

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