彭桂華

(大慶油田 第三采油廠工程技術(shù)大隊(duì)，黑龍江 大慶 163113)

?

基于McWiLL的油水井及計(jì)量間監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

彭桂華

(大慶油田 第三采油廠工程技術(shù)大隊(duì)，黑龍江 大慶 163113)

摘要：根據(jù)大慶油田第三采油廠生產(chǎn)實(shí)際和管理現(xiàn)狀，提出了利用McWiLL技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)油水井、計(jì)量間生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)和控制的設(shè)計(jì)方案。首先比較了現(xiàn)有的油田信息傳輸技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)三廠實(shí)際工況，選擇了McWiLL技術(shù)；給出了基于McWiLL技術(shù)的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，主要由采集控制層、數(shù)據(jù)傳輸層、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與管理層三部分組成；分別對(duì)油水井?dāng)?shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、計(jì)量間數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與管理系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；最后對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：McWiLL技術(shù)油水井計(jì)量間遠(yuǎn)程監(jiān)控

在油田生產(chǎn)過(guò)程中，采集相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)參數(shù)及對(duì)油水井進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，對(duì)于油水井的安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。大慶油田第三采油廠在油田開(kāi)發(fā)中積累了大量的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，但油田生產(chǎn)數(shù)字化程度較低。油田進(jìn)入開(kāi)采后期，由于井?dāng)?shù)多，管理問(wèn)題不斷出現(xiàn)，人工巡檢不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，尤其在夜間和天氣惡劣情況下，這種現(xiàn)象更加突出。同時(shí)油井設(shè)施被盜現(xiàn)象也嚴(yán)重影響了油井正常生產(chǎn)，僅靠人工管理已不適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)形勢(shì)的需要。為了保證油氣生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各類采集數(shù)據(jù)的及時(shí)上傳和各種控制指令的準(zhǔn)確下達(dá)，監(jiān)控視頻和語(yǔ)音通信的順暢傳輸，擁有一套穩(wěn)定可靠、方便靈活的通信支撐系統(tǒng)顯得尤為重要。

筆者根據(jù)大慶油田第三采油廠生產(chǎn)實(shí)際和管理現(xiàn)狀，提出了利用McWiLL技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)油水井、計(jì)量間生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)和控制的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

1無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)整體方案設(shè)計(jì)

大慶油田第三采油廠提出了數(shù)字化建設(shè)的目標(biāo)，在3 a內(nèi)實(shí)現(xiàn)全廠6 738口井的數(shù)字化監(jiān)控，其中機(jī)采井3762口、注水井1514口、注入井1462口、計(jì)量間287座、中轉(zhuǎn)站30座、注水站22座、污水站33座、注入站40座、配制站3座、聯(lián)合站8座。該廠有線網(wǎng)絡(luò)已覆蓋全廠的廠、礦、隊(duì)(轉(zhuǎn)油站、聯(lián)合站)，因而通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)各類站所生產(chǎn)要害崗位的監(jiān)控，但對(duì)于油水井、注入井、注水井、計(jì)量間等場(chǎng)所，地點(diǎn)分散，利用有線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)投資大、施工困難、周期長(zhǎng)、靈活性差。因此，對(duì)注水井、計(jì)量間等場(chǎng)所的數(shù)據(jù)采集需采用無(wú)線傳輸方式。

目前，在油田廣泛應(yīng)用的無(wú)線通信技術(shù)主要有無(wú)線網(wǎng)橋、GPRS及McWiLL等。下面主要針對(duì)該油田選用的McWiLL無(wú)線傳輸技術(shù)進(jìn)行闡述。

1.1McWiLL通信方式

McWiLL寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)是一種安全可靠的視頻、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音傳輸方式，可以與其他通信技術(shù)一起，共同加強(qiáng)油田的信息化建設(shè)，構(gòu)建數(shù)字化油田。

McWiLL寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)由基站、終端設(shè)備和網(wǎng)元管理系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

圖1　McWiLL寬帶無(wú)線接入系統(tǒng)組成

整個(gè)系統(tǒng)分為三個(gè)部分：

1) 通信模塊。McWiLL通信MEM模塊和數(shù)據(jù)采集設(shè)備(RTU)與PLC相連接，完成數(shù)據(jù)的采集和控制。

2) 基站部分。把終端MEM模塊傳送上來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

3) 核心網(wǎng)部分。包括McWiLL網(wǎng)絡(luò)的管理單元SAC以及各種應(yīng)用服務(wù)器。數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器或者視頻攝像頭傳送到McWiLL終端，終端通過(guò)無(wú)線的方式傳送到基站，基站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理，送到對(duì)應(yīng)的服務(wù)器上，從而完成了整個(gè)數(shù)據(jù)的傳送。

1.2無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)整體方案設(shè)計(jì)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)主要部署在油水井和計(jì)量間，采用McWiLL技術(shù)實(shí)現(xiàn)全廠區(qū)域覆蓋，如圖2所示。

圖2　無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋示意

McWiLL無(wú)線通信終端MEM模塊提供兩種接口： 標(biāo)準(zhǔn)RS-232C接口和標(biāo)準(zhǔn)RJ-45網(wǎng)口；支持網(wǎng)口和串口同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；提供峰值上下行速率分別為1Mbit/s的數(shù)據(jù)服務(wù)；作為二層設(shè)備，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議，可自動(dòng)獲取IP地址，自動(dòng)建鏈；內(nèi)置AT指令集，可用串口線或網(wǎng)口進(jìn)行配置。

2基于McWiLL的油水井及計(jì)量間監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

油水井是油田作業(yè)區(qū)中數(shù)量最多、分布最為零散的工作單元。McWiLL無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在油水井生產(chǎn)中的應(yīng)用，克服了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)睦щy，大幅提高了油水井生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化水平，幫助一線工人及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障，減少了油水井的停機(jī)時(shí)間，是油田穩(wěn)產(chǎn)提高企業(yè)效益和工作效率的有效手段。

2.1油水井?dāng)?shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

油水井?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)是通過(guò)在井場(chǎng)安裝自動(dòng)化儀表、傳感器等設(shè)備，對(duì)電壓、電流、溫度、壓力、流量、液位、界面、含水、示功圖、紅外報(bào)警等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并把采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨惭b在每口井旁的RTU中，由RTU傳輸?shù)浇K端模塊MEN中，再通過(guò)McWiLL無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸把數(shù)據(jù)上傳到基站，在基站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理，然后上傳到監(jiān)控中心，為油井實(shí)時(shí)監(jiān)控提供及時(shí)、準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

在機(jī)采井?dāng)?shù)據(jù)采集中，在井口安裝壓力傳感器、溫度傳感器等傳感設(shè)備，通過(guò)傳感器采集到井口的油壓、套壓、溫度等參數(shù)；再在抽油機(jī)的驢頭和配電箱安裝相應(yīng)的傳感器，來(lái)測(cè)量抽油機(jī)示功圖、沖程、沖次等參數(shù)以及電機(jī)的電壓和電流等參數(shù)，這些參數(shù)都輸入到RTU和終端MEN模塊中，通過(guò)McWiLL無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)輸入到監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心專業(yè)人員可及時(shí)判斷出抽油機(jī)井運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，產(chǎn)液量多少，井口溫度、壓力是否正常。同時(shí)還配置遠(yuǎn)程啟停裝置，在監(jiān)控室就能實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井的遠(yuǎn)程啟?？刂?。

注水井?dāng)?shù)據(jù)采集和抽油機(jī)井的數(shù)據(jù)采集： 在水井井口處安裝壓力、流量傳感器，完成對(duì)水井油壓、套壓、注入量等數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)配置遠(yuǎn)程配注裝置，通過(guò)McWiLL無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，完成注水井遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)注水量控制。

2.2計(jì)量間數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1) 計(jì)量間采集。在摻水、熱洗、回油管線的相應(yīng)位置安裝壓力、溫度傳感器，采集總摻水溫度和壓力、總熱洗水溫度和壓力、總回油溫度和壓力等參數(shù)。同時(shí)在各集油環(huán)上部署摻水控制設(shè)備，通過(guò)遠(yuǎn)程控制摻水量完成摻水溫度的調(diào)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量，擬對(duì)現(xiàn)有計(jì)量站逐步進(jìn)行改造，使用該廠新引進(jìn)的多井式連續(xù)自動(dòng)計(jì)量工藝，實(shí)現(xiàn)氣、液量、含水的連續(xù)在線計(jì)量。該工藝以旋流分離技術(shù)為基礎(chǔ)，配套計(jì)量?jī)x表，微機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸系統(tǒng)；以電動(dòng)多通閥為手段，實(shí)現(xiàn)計(jì)量間自動(dòng)選井連續(xù)計(jì)量的控制，如圖3所示。

圖3　多井連續(xù)計(jì)量分配器結(jié)構(gòu)示意

2) 現(xiàn)場(chǎng)PLC對(duì)流量、壓力信號(hào)進(jìn)行采集、運(yùn)算，對(duì)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)行連續(xù)控制，自動(dòng)倒流程，根據(jù)井?dāng)?shù)在24h內(nèi)平均分配時(shí)間，對(duì)油井依次循環(huán)量油。對(duì)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，嚴(yán)重超限時(shí)自動(dòng)將油井倒出計(jì)量流程，自動(dòng)倒入生產(chǎn)流程。PLC的RS-485接口或以太網(wǎng)接口將整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)通過(guò)MEM終端模塊傳至中轉(zhuǎn)站再至廠信息中心相應(yīng)數(shù)據(jù)服務(wù)器。

2.3生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

在網(wǎng)絡(luò)中，McWiLL基站與礦區(qū)監(jiān)控平臺(tái)通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)連接，監(jiān)控人員通過(guò)McWiLL終端可以訪問(wèn)油田生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)；視頻監(jiān)控平臺(tái)也可為現(xiàn)有的視頻服務(wù)平臺(tái)提供視頻圖像的轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)等服務(wù)。利用該系統(tǒng)，在采油隊(duì)、采油礦等各級(jí)生產(chǎn)管理部門可以完成生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)采集、生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)控制和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。主要包括： 數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制、異常預(yù)警、設(shè)備運(yùn)行電子巡檢、視頻監(jiān)控等內(nèi)容。

生產(chǎn)中,以井場(chǎng)、計(jì)量間等油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)為數(shù)據(jù)采集源點(diǎn)，各種傳感器為采集裝置，采集數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)McWiLL技術(shù)輸入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)把數(shù)據(jù)提交到相應(yīng)的管理數(shù)據(jù)庫(kù)中，按照科學(xué)的過(guò)程建立數(shù)據(jù)模型，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、加工。通過(guò)生產(chǎn)指揮界面顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，以生動(dòng)的流程、曲線、報(bào)表等形式反映生產(chǎn)參數(shù)，形成生產(chǎn)實(shí)時(shí)診斷，給決策者提供生產(chǎn)的綜合決策，生產(chǎn)管理部門把決策信息反饋到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)而完成地面操作等工作。

在油水井的的視頻監(jiān)控中，為了確保油田生產(chǎn)的正常進(jìn)行，杜絕違法犯罪情況的發(fā)生，在偏遠(yuǎn)地區(qū)的井場(chǎng)還安裝監(jiān)控桿和監(jiān)控箱，放置攝像頭、編解碼器等視頻前端設(shè)備，配合后臺(tái)視頻服務(wù)器以及視頻控制軟件，完成對(duì)井場(chǎng)的視頻監(jiān)控。所使用的視頻監(jiān)控，圖像格式一般為CIF模式，圖像帶寬需要滿足512K或768K，上行帶寬1M左右?？梢圆捎靡惑w化無(wú)線攝像機(jī)或監(jiān)控?cái)z像機(jī)+視頻壓縮編碼器+McWiLL兩種終端之一。攝像機(jī)和視頻編碼器之間可通過(guò)同軸線纜連接，視頻編碼器和McWiLL終端之間可通過(guò)網(wǎng)線連接，McWiLL終端把采集的信號(hào)通過(guò)串口傳給McWiLL基站，基站通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)以太口連接到IP網(wǎng)。通過(guò)視頻服務(wù)器可以對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，并可控制攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)方向及焦距等。

監(jiān)控室的生產(chǎn)監(jiān)控是以計(jì)算機(jī)或電視墻作為視覺(jué)媒體，以曲線、數(shù)字、圖形、圖標(biāo)等方式顯示各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在監(jiān)控室的畫面上可以實(shí)時(shí)了解每一口井產(chǎn)液量、油壓、套壓和用電量，油井停電、停機(jī)、回壓及電流等異常情況，對(duì)異常情況進(jìn)行診斷和預(yù)警；并派專人去現(xiàn)場(chǎng)處理故障。針對(duì)抽油機(jī)井的缺相、三相電流不平衡、曲柄銷脫落時(shí)自動(dòng)停機(jī)等問(wèn)題，安裝了遠(yuǎn)程啟停控制，通過(guò)在監(jiān)控室發(fā)出指令，指令通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)McWiLL的傳輸，到達(dá)指定井位進(jìn)行控制。McWiLL無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，使上述功能得以實(shí)現(xiàn)，解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾y題。

3運(yùn)行效果分析

1) 減少停井時(shí)間，提高了機(jī)采井運(yùn)行時(shí)率。巡檢系統(tǒng)反饋多種生產(chǎn)異常情況與發(fā)生時(shí)刻同步，平均測(cè)算，比正常人工檢查提前3.2h發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，按巡檢系統(tǒng)記錄的統(tǒng)計(jì)，抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)率提高0.29%，機(jī)采井年增加運(yùn)轉(zhuǎn)2.5×104h。

2) 明確量化考核依據(jù)，提高了生產(chǎn)管理水平。系統(tǒng)投用后，記錄了上井處理問(wèn)題進(jìn)度及工作質(zhì)量，使工作量化有據(jù)可查，提高了工人的主動(dòng)性和責(zé)任感；采油隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)可隨時(shí)掌握全隊(duì)生產(chǎn)情況，提高了生產(chǎn)協(xié)調(diào)能力；為廠、礦管理人員指導(dǎo)生產(chǎn)提供迅速準(zhǔn)確的生產(chǎn)信息。

3) 實(shí)行集中監(jiān)測(cè)，提高了生產(chǎn)保障能力。利用巡檢系統(tǒng)的集中監(jiān)測(cè)功能，實(shí)施了區(qū)域摻水的調(diào)控方案。通過(guò)電流曲線特征的變化規(guī)律，掌握了科學(xué)調(diào)整熱洗周期的方法，同時(shí)對(duì)熱洗質(zhì)量、周期執(zhí)行情況起到監(jiān)測(cè)作用。

4) 科學(xué)指導(dǎo)生產(chǎn)，為油田持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)提供技術(shù)保證。

4結(jié)論

結(jié)合大慶油田第三采油廠建設(shè)數(shù)字化油田實(shí)際需求，針對(duì)油水井、計(jì)量間分布不集中的特點(diǎn)，提出了建立一種基于McWiLL的油水井及計(jì)量間數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)傳、監(jiān)控管理的平臺(tái)，設(shè)計(jì)自動(dòng)化信息采集系統(tǒng)。通過(guò)McWiLL網(wǎng)絡(luò)傳送生產(chǎn)數(shù)據(jù)到廠信息中心實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，使生產(chǎn)管理的各個(gè)部門能夠及時(shí)掌握油水井、計(jì)量間生產(chǎn)狀態(tài)并指揮生產(chǎn)，縮短油田故障處理時(shí)間，合理利用資源，提高開(kāi)井時(shí)率，增加原油產(chǎn)量，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉進(jìn)軍.油氣井生產(chǎn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)概述[J].中國(guó)信息界,2012(02)： 48-49.

[2]潘居臣,李鳳民.油氣井生產(chǎn)自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的構(gòu)建[J].電信技術(shù),2008(07)： 72-74.

[3]李元實(shí),王智,鮑明,等.基于無(wú)線聲陣列傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)多目標(biāo)跟蹤平臺(tái)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2012(01)： 146-154.

[4]邱順利,祁兵.McWiLL寬帶無(wú)線配電通信終端的設(shè)計(jì)[J].電力系統(tǒng)通信,2011(07)： 29-32.

[5]宋漢華,朱迅,馬兵,等.McWiLL寬帶無(wú)線技術(shù)在蘇里格氣田單井無(wú)線監(jiān)控中的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2010(05)： 116-119.

[6]李駪,姜秀英，張善明.油田信息自動(dòng)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化與儀表,2011(06)： 57-60.

[7]史貴義.SCDMA McWiLL無(wú)線寬帶接入系統(tǒng)[J].油氣田地面工程,2010(07)： 55.

[8]李曉海,南新元.GPRS無(wú)線通信在油井集中監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].化工自動(dòng)化及儀表,2012,39(01)： 130-132.

[9]王振中,張衛(wèi)華,李俊杰,等.油庫(kù)油氣回收遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)[J].化工自動(dòng)化及儀表,2014,41(04)： 445-447,468.

中圖分類號(hào)：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-7324(2015)03-0076-03

作者簡(jiǎn)介：彭桂華(1965—)，女，廣東化州人，現(xiàn)就職于大慶油田第三采油廠，研究方向?yàn)樽钥叵到y(tǒng)及應(yīng)用。

稿件收到日期： 2014-03-12。