適用于小產(chǎn)量井的低成本無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1.目的

近年來(lái)，中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦（以下簡(jiǎn)稱氣礦）通過(guò)信息化手段提高氣田數(shù)字化、自動(dòng)化水平，促進(jìn)組織架構(gòu)變革、流程優(yōu)化和降本增效。通過(guò)實(shí)施信息化、物聯(lián)網(wǎng)等項(xiàng)目，生產(chǎn)場(chǎng)站數(shù)字化覆蓋率已達(dá)93%，但由于傳統(tǒng)數(shù)字化建設(shè)方案在經(jīng)濟(jì)效益、建設(shè)周期等方面所存在的不足，延緩了氣礦數(shù)字化氣田建設(shè)推進(jìn)的步伐，“中心站+無(wú)人值守井”管理模式及“油公司”模式數(shù)字化轉(zhuǎn)型難以落地。因此亟待摸索出一套適用于小產(chǎn)量井、偏遠(yuǎn)閥室、偏遠(yuǎn)計(jì)量點(diǎn)且經(jīng)濟(jì)可靠的數(shù)字化建設(shè)新模式，以全面提升氣礦的數(shù)字化管理水平。

2.方法

采用傳統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)方案，除了遠(yuǎn)程終端單元（RTU）之外，還需要建設(shè)配套的有線通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、安防系統(tǒng)以及電纜敷設(shè)、機(jī)柜間建設(shè)等，平均單井建設(shè)費(fèi)用在20萬(wàn)元以上，建設(shè)周期為2～3個(gè)月，年運(yùn)行費(fèi)用介于2萬(wàn)～4萬(wàn)元，存在著建設(shè)及運(yùn)行成本高、建設(shè)周期長(zhǎng)、配套建設(shè)復(fù)雜等問(wèn)題，不適用于小產(chǎn)量井的數(shù)字化建設(shè)。針對(duì)上述建設(shè)方案的局限性，氣礦對(duì)小產(chǎn)量井?dāng)?shù)字化需求進(jìn)行了深入分析，針對(duì)小產(chǎn)量井傳輸數(shù)據(jù)量小、數(shù)據(jù)采集頻率低的特點(diǎn)，形成了一套基于低功耗無(wú)線技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。有別于傳統(tǒng)有線及無(wú)線數(shù)據(jù)采集方案，新系統(tǒng)創(chuàng)新采用了LoRa+NB-IoT異構(gòu)組網(wǎng)的方式，充分結(jié)合了兩項(xiàng)無(wú)線傳輸技術(shù)低成本、低功耗、遠(yuǎn)距離的優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)支持LoRa協(xié)議的無(wú)線傳感器對(duì)氣井關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并發(fā)送到無(wú)線基站，再由無(wú)線基站處理并通過(guò)NB-IoT協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)到運(yùn)營(yíng)商云服務(wù)器，最終經(jīng)中國(guó)石油西南油氣田公司NB無(wú)線數(shù)據(jù)接收平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)到生產(chǎn)網(wǎng)并在SCADA組態(tài)展示（圖1）。新系統(tǒng)將業(yè)務(wù)需求與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分結(jié)合，具有易部署、超低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)，采用鋰電池供電能運(yùn)行1年以上，建設(shè)周期縮短了70%以上，運(yùn)行成本降低了70%以上。

圖1 整體框架示意圖

3.應(yīng)用效果

氣礦結(jié)合場(chǎng)站實(shí)際生產(chǎn)情況，積極開(kāi)展新系統(tǒng)的推廣應(yīng)用工作，目前已經(jīng)通過(guò)該系統(tǒng)完成了15座小產(chǎn)量無(wú)人值守井的油套壓、33個(gè)偏遠(yuǎn)交接計(jì)量用戶用氣量的采集傳輸（圖2），較傳統(tǒng)信息化建設(shè)方式節(jié)約成本近500萬(wàn)元。該系統(tǒng)解決了小產(chǎn)量井?dāng)?shù)字化建設(shè)成本高這一瓶頸問(wèn)題，有效地減少了員工到現(xiàn)場(chǎng)錄取數(shù)據(jù)工作量，助力氣礦數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。其所具有的低功耗、低成本、易部署等優(yōu)點(diǎn)，為油氣行業(yè)數(shù)字化建設(shè)提供了一條全新的途徑，在場(chǎng)站數(shù)據(jù)完善、管道及施工作業(yè)數(shù)據(jù)采集方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用照片