李宏朝，蘭文娟，李明勝，楊帆，章友洪，薛國新

(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 重油開發(fā)公司，新疆 克拉瑪依 834000)

無線遠傳監(jiān)測技術(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)無法得到保障，通過對遠程系統(tǒng)控制技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，實現(xiàn)了油田站區(qū)、油水井設(shè)備、電力設(shè)備、油罐設(shè)施的無線遙控監(jiān)測管理和生產(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)用過程中可以根據(jù)油田生產(chǎn)的實際需要，使遠程系統(tǒng)控制技術(shù)的應(yīng)用得到延伸與擴展，實現(xiàn)了油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)、變壓器、電動機負(fù)荷的動態(tài)變化的數(shù)據(jù)監(jiān)測與錄取，對實現(xiàn)油井低成本管理，提高資料錄取的準(zhǔn)確率和信息化、自動化管理具有重要意義。

油田防盜 遠程監(jiān)控 自動化控制

油田生產(chǎn)由油井、計量站、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)出的性價比低，目前仍然采用人工每日定時檢查設(shè)備運行情況并測量、統(tǒng)計采油數(shù)據(jù)。隨著油田壓縮編制及夜間無人值守，采油現(xiàn)場發(fā)生意外故障不能及時發(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)了具有多種測控功能的SMS-C/Q遠程監(jiān)測儀，適用于中、低產(chǎn)老油井使用的監(jiān)測管理系統(tǒng)。目前，已在100多口井上應(yīng)用了油田機抽設(shè)備動態(tài)遠程監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用GPRS，SMS，Internet公網(wǎng)與ISM射頻無線數(shù)傳多網(wǎng)聯(lián)合技術(shù)實施通信，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、維護工作量小、運行費用低等特點，并具有遠程傳輸和自動化擴展功能(包括測量儲油罐液位、測量儲油罐溫度、測量套管溫度、測量套管壓力、抽油機工作狀態(tài)、變壓器相位、電力設(shè)施運行狀態(tài)和統(tǒng)計單井產(chǎn)量)，實現(xiàn)了自動化管理和安全生產(chǎn)的作用。

1 無線遠程監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成

無線遠程監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 無線遠程監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

如圖1所示，系統(tǒng)主要由油井無線遠程監(jiān)測儀、數(shù)據(jù)采集傳感器和移動接收終端及報警信息管理中心構(gòu)成。GSM/CDMA無線監(jiān)控管理系統(tǒng)是一套集現(xiàn)代軟件、電子、傳感器、GSM/CDMA移動通信、GIS技術(shù)以及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的新一代油田設(shè)備無線監(jiān)控集中管理系統(tǒng)。目前實現(xiàn)了對抽油機電機、變壓器與動力線和油罐液位監(jiān)測和數(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、缺相、斷路、斷電、(電壓越限)報警；遠程異地查看采油現(xiàn)場儲油罐儲量；系統(tǒng)監(jiān)測儀保護箱開蓋報警；儲油罐液位下降遠程報警(防止盜竊原油)；抽油機井電動機斷電報警；數(shù)據(jù)采集通信線路斷路報警；遠程異地查看被監(jiān)測設(shè)備(電機、壓力、負(fù)荷、產(chǎn)量)運行狀態(tài)；遠程異地查看監(jiān)測儀通信和工作參數(shù)。

1.2工作原理與方式

該系統(tǒng)由油井無線遠程監(jiān)測儀、數(shù)據(jù)采集傳感器、移動接收終端和報警信息管理中心以及GIS網(wǎng)絡(luò)軟件技術(shù)構(gòu)成，對抽油機運行設(shè)備、變壓器、動力線和油罐液位等數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)測。采用GSM/SMS通信技術(shù)實施遠程監(jiān)測油田設(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、電機電流傳感器、被監(jiān)控開關(guān)斷/合傳感器，它們將油井的工作狀態(tài)變換成對應(yīng)的電壓或電流值送至遠程智能無線RTU。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常情況時，由遠程智能無線RTU發(fā)射信號后，通過對射頻信號放大、解調(diào)，恢復(fù)成數(shù)傳信號送中心工業(yè)控制計算機處理，然后經(jīng)報警信息管理中心的移動接收終端控制計算機處理后立即發(fā)出報警指令；并可以時時查看監(jiān)測儀通信和工作參數(shù)的變化，使報表、圖表信息、操作記錄、變壓器移動、控制箱開蓋、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警，確保報警信息在第一時間得到有效處理，最大限度降低因設(shè)備狀態(tài)異常帶來的損失；也可以將采油站中心控制室通過無線網(wǎng)橋或光纖與上一級的調(diào)度總控制中心相連，實現(xiàn)整體系統(tǒng)的自動化控制。該系統(tǒng)留有擴展接口，可根據(jù)油井實際現(xiàn)場控制情況進行增加，完全實現(xiàn)采油現(xiàn)場管理自動化。

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、防護外殼、防護軟管等組成。壓力傳感器的核心部件是擴散硅壓力敏感元件，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，膜片產(chǎn)生位移，通過膜盒內(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)生了一個與壓力成正比的電壓輸出信號，再經(jīng)處理轉(zhuǎn)換成4～20mA信號。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轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流或頻率信號，并可以直接與計算機接口卡、控制儀表、智能儀表或PLC等相連，是擴散硅精密機械加工、溫度補償、模擬信號處理技術(shù)的結(jié)晶。

該系統(tǒng)適用于石油儲油罐儲量遠程監(jiān)測及原油防盜管理，替代了人工測量儲量，具有安全防爆、自動遠程上報警示信息、單井儲油罐原油防竊等功能。降低了職工勞動強度、減少了人身安全隱患，杜絕了油罐原油溢漏和防止了儲油罐原油被盜等現(xiàn)象。

2 遠程控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能與現(xiàn)場應(yīng)用效果評價

2.1SMS-C/Q遠程系統(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)進行了275口井的安裝使用，在生產(chǎn)管理上實現(xiàn)了對油罐、電動機、變壓器運行的遠程監(jiān)控報警和抽油機設(shè)備遠程控制，降低了事故的發(fā)生與擴大，提高了油田設(shè)備安全管理效率；通過對油水井?dāng)?shù)據(jù)的實時傳輸，為油田生產(chǎn)措施的分析與方案的制訂提供了真實資料，實現(xiàn)了降本增效的目的。

2.2設(shè)備運行監(jiān)控系統(tǒng)的作用

該系統(tǒng)由遠程監(jiān)測儀、本安壓力式液位變送器、移動接收終端和信息管理中心組成，可進行儲油罐液位越(上、下)限、防溢出和加熱泵露出液面報警。

1) 實時自動監(jiān)測和控制油井設(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、電動機、原油被盜時，能及時向監(jiān)控中心發(fā)出報警信息，降低油田盜竊案件的發(fā)生。

3) 在出現(xiàn)停電、設(shè)備故障等問題時，能夠及時準(zhǔn)確地報警，減少了停產(chǎn)時間，提高油井采油效率。

4) 系統(tǒng)功能可實現(xiàn)再擴展。目前，已對現(xiàn)場抽油機設(shè)備實現(xiàn)了連桿運轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)測、驢頭負(fù)荷監(jiān)測、抽油機轉(zhuǎn)速監(jiān)測等方面的功能擴展。

2.3計算機信息監(jiān)控報警管理中心

現(xiàn)場生產(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，然后經(jīng)過主控單元采集處理后，通過無線傳輸?shù)讲捎驼局行目刂剖业募锌刂浦鳈C，并根據(jù)現(xiàn)場報警數(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無線網(wǎng)橋或光纖與上一級的采油工區(qū)/廠部的總控制中心相連，實現(xiàn)整體系統(tǒng)的自動化控制，其三級結(jié)構(gòu)遠程監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 三級結(jié)構(gòu)遠程監(jiān)控系統(tǒng)

2.4現(xiàn)場應(yīng)用效果分析評價

1) 實時監(jiān)控抽油機等設(shè)備的工作狀況，實現(xiàn)了對油田油罐、變壓器、電動機的遠程監(jiān)控。

2) 實現(xiàn)了由人防到機械防到電子防盜的升級。

3) 實現(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，減輕了員工勞動強度。

5) 通過系統(tǒng)升級可在低成本的條件下實現(xiàn)油田生產(chǎn)管理的自動化、信息化。

3 存在的問題

現(xiàn)場應(yīng)用中的主要問題： 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；擴展的遠程控制系統(tǒng)和設(shè)備缺乏統(tǒng)一的安裝標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場安裝設(shè)備比較雜亂；實現(xiàn)遠程系統(tǒng)監(jiān)控的井站較少，只具備初級模式，還未形成整體規(guī)模效益。

4 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

整個系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)無縫鏈接，客戶端可通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器對系統(tǒng)進行訪問，在線動態(tài)實現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的實時控制和生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)的實時采集、故障報警監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計和報表打印；實時監(jiān)測所有油井、計量站及水井的任意時間段的歷史數(shù)據(jù)查詢、功圖比較、電流圖比較和圖表打??；對井場采油井、注水井、加熱爐等設(shè)備進行視頻監(jiān)視與信號傳輸。

該系統(tǒng)的多疊式網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)也保護終端用戶的數(shù)據(jù)和整個系統(tǒng)的安全性與保密性。系統(tǒng)采用三級結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場設(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)采集及遠程監(jiān)控系統(tǒng)、油水井設(shè)備數(shù)據(jù)采集及遠程監(jiān)控系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)等三項工業(yè)監(jiān)測子系統(tǒng)(預(yù)留自動計量單元硬件與軟件接口)，各個子系統(tǒng)均為模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)后續(xù)生產(chǎn)管理的需要進行增減，形成一套完整的自動化控制系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

遠程控制系統(tǒng)是一項多結(jié)構(gòu)組織、多因素結(jié)合、綜合性很強的系統(tǒng)工程。使用情況表明： 該系統(tǒng)設(shè)計合理、運行穩(wěn)定可靠、設(shè)備選型合理、操作簡單、維修方便可靠，將對企業(yè)提高現(xiàn)代化管理水平，降低勞動強度，提高工作效率及節(jié)能降耗發(fā)揮積極作用。同時對其他的過程參數(shù)的自動化監(jiān)控也有一定的參考價值，為油田管理帶來極大的方便和可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。通過在油田的多年實施驗證了該系統(tǒng)功能的實用性與技術(shù)的可行性，從而為油田企業(yè)實現(xiàn)整個信息化和數(shù)字化管理奠定基礎(chǔ)。

[1] 王 善斌.KINGVIEW6.01使用手冊[M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[2] 郝蘊.Visual C++6.0開發(fā)與實例[M].北京： 電子工業(yè)出版社，1999.

[3] 蘇金明，阮沈勇.MATLAB6.1實用指南(上、下冊)[M].北京： 電子工業(yè)出版社，2002.

[4] 韓志剛，蔣愛平，王洪橋.自適應(yīng)辨識預(yù)報和控制[M].哈爾濱： 黑龍江教育出版社，1995.

[5] 李秋揚，徐茂霞，王曉東，等.極化電位測量與遠傳技術(shù)在東黃輸油老線的應(yīng)用[J].油氣儲運，2011(12)： 44-46.

[6] 師軒麗，張國軍.GPRS在數(shù)據(jù)遠傳工程中的應(yīng)用[J].中國科技博覽，2009(04)： 220-221.

[7] 張齊鳴，劉松林，孫天淦，等.GPRS油井無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].斷塊油氣田，2006(05)： 79-81.

[8] 龔元明，蕭德云，胡郁樂.抽油機智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].石油機械，2001(01)： 29-30.

[9] 馬赟，沈曉燕.油井遠程在線計量技術(shù)在新疆油田試驗區(qū)的應(yīng)用[J].中國石油和化工，2010(08)： 68-70.

[10] 盧鴻飛.油井實時監(jiān)測與報警系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)[J].儀器儀表學(xué)報，2009： 87-90.

[11] 古延輝，姚竹亭.遠程油井監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].工業(yè)控制計算機，2007(09)： 24-25.

[12] 王海濤.GSM/GPRS傳輸技術(shù)在原油分站計量上的應(yīng)用[J].科技信息(學(xué)術(shù)版)，2007(16)： 149-150.

[13] 李迎偉，黎洪生，李青.基于局域網(wǎng)與GSM傳輸技術(shù)實現(xiàn)油田分站計量[J].微計算機信息，2005(24)： 124-126.

[14] 王仁書，白焰，趙堅鈞，等.無線監(jiān)測系統(tǒng)在電站順序控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].化工自動化及儀表，2012，39(02)： 162-166.

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

B

1007-7324(2013)06-0077-03