譚海峰 萬想 金雯

摘要：通信系統(tǒng)對企業(yè)的生產(chǎn)指揮調(diào)度有著重要的影響。對于石油企業(yè)來說，每個油田都有自己的通信網(wǎng)絡(luò)，可以為油田的生產(chǎn)建設(shè)提供良好的通信服務(wù)。然而，隨著產(chǎn)能建設(shè)的不斷發(fā)展，新開發(fā)區(qū)塊分散且距離較遠，給整個通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸帶來了較大的困難，影響了企業(yè)的生產(chǎn)指揮調(diào)度。因此，本文對長慶油田第二采油廠邊遠井?dāng)?shù)字化建設(shè)進行了研究，分析了邊遠井?dāng)?shù)字化建設(shè)的方案及調(diào)試情況，旨在為石油企業(yè)的數(shù)字化發(fā)展提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：長慶油田;邊遠井;數(shù)字化建設(shè)

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）10-0065-03

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，寬帶無線通信技術(shù)和IP電話技術(shù)已經(jīng)成熟，在油田邊遠井組網(wǎng)中我們可以充分利用這兩種技術(shù)。邊遠井網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的思路是使用4G無線路由器，并在4G無線路由器上插上電話卡，可將井場主RTU數(shù)據(jù)透過網(wǎng)絡(luò)遠傳到企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，上傳到油氣平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳功能。該網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)計算機的聯(lián)網(wǎng)，它與采油廠局域網(wǎng)直接相連，完成數(shù)據(jù)信息共享的功能。

1 邊遠井?dāng)?shù)字化建設(shè)概述

長慶油田井場采油轉(zhuǎn)運到各場站的方式主要有兩種，一是通過鋪設(shè)輸油管線將井場原油利用壓差傳輸?shù)礁鹘邮照军c，這類井場多建設(shè)較早，已經(jīng)穩(wěn)定運行了一段時間;二是先將原油儲存在井場的儲油罐內(nèi)，再通過油罐車將儲油罐內(nèi)原油拉至卸油臺進行卸油，這類井場多見于探井和邊遠地區(qū)井場，其特點是管道建設(shè)進度滯后于井場建設(shè)，抽油機常使用柴油機供電運行，隨著數(shù)字化建設(shè)進行，逐步取消柴油機，改為大電帶動電機采油。

從數(shù)字化建設(shè)的角度來看，邊遠井?dāng)?shù)字化建設(shè)主要實現(xiàn)兩方面要求：一是油井功圖數(shù)據(jù)采集，進而計算產(chǎn)液量，分析井下泵工況，指導(dǎo)油井生產(chǎn)運行;二是對現(xiàn)場儲油罐液位、動液面等數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，加強對邊遠井現(xiàn)場的管理。

為實現(xiàn)上述目的，在長慶油田采油二廠項目組的指導(dǎo)下，選取嶺南作業(yè)區(qū)悅47井場和莊259井場進行試驗，實現(xiàn)功圖數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場監(jiān)控的目的。

2 邊遠井?dāng)?shù)字化建設(shè)實施方案

2.1 功能設(shè)計要求

邊遠井?dāng)?shù)字化建設(shè)要堅持“低成本”要求，和常規(guī)井場數(shù)字化建設(shè)存在明顯不同，邊遠井一般有專人值守，一般無大電，且多是單井。在油田公司現(xiàn)行SCADA系統(tǒng)下，邊遠井和常規(guī)井場數(shù)字化建設(shè)存在的不同主要體現(xiàn)在以下幾點：

2.1.1數(shù)據(jù)采集目標(biāo)

邊遠井?dāng)?shù)據(jù)采集主要包括油井功圖數(shù)據(jù)采集，油井運行狀況信息采集，除此之外還需要添加儲油罐液位、動液面、蓄電池電壓及容量信息采集。常規(guī)井場數(shù)字化建設(shè)主要采集油井功圖數(shù)據(jù)，油井運行工況信息，還可以采集電機運行電參數(shù)。從數(shù)據(jù)采集目標(biāo)看，兩者存在差別。

2.1.2供電系統(tǒng)設(shè)計

常規(guī)井場供電系統(tǒng)設(shè)計由其使用設(shè)備決定，一般井場提供大電，可支持各類設(shè)備供電，其供電系統(tǒng)核心電壓為交流220V。邊遠井井場無大電，采用蓄電池作為供電系統(tǒng)核心，搭載風(fēng)光互補控制器，風(fēng)機，太陽能板構(gòu)建完整供電系統(tǒng)，設(shè)備選型需考慮蓄電池提供電壓和容量限制。

2.1.3數(shù)據(jù)遠傳設(shè)計

常規(guī)井場數(shù)字化建設(shè)多使用網(wǎng)橋或光纜實現(xiàn)井場數(shù)據(jù)遠傳。邊遠井場無大電，使用大功率網(wǎng)橋傳輸不現(xiàn)實，多未接入光纜，且光纜傳輸需要的光纖收發(fā)器大多需要交流220V電，故無法滿足要求。邊遠井場數(shù)據(jù)遠傳使用4G無線路由器實現(xiàn)，在4G無線路由器上插上電話卡，可將井場主RTU數(shù)據(jù)透過網(wǎng)絡(luò)遠傳到長慶內(nèi)網(wǎng)，上傳到油氣院平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳功能。

2.1.4 現(xiàn)場實時監(jiān)測設(shè)計

常規(guī)井場數(shù)字化使用云臺攝像機或槍機拍攝現(xiàn)場視頻，通過網(wǎng)絡(luò)交換機傳輸回監(jiān)控平臺。邊遠井考慮到網(wǎng)絡(luò)傳輸無法使用網(wǎng)橋或光纜，無法實時傳輸視頻，因此使用可拍照攝像機實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳，可在上位機開發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)井場視頻定時拍照和保存功能。

2.2 設(shè)備選型

整個邊遠井建設(shè)最關(guān)鍵的部分就是設(shè)備選型，設(shè)備選型的結(jié)果將直接影響到整個項目的成敗。綜合考慮供電系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，遠傳系統(tǒng)和攝像機拍照系統(tǒng)等因素，最終確定各設(shè)備廠家及產(chǎn)品型號。

2.2.1 供電系統(tǒng)設(shè)備選型

供電系統(tǒng)設(shè)備選型是整個系統(tǒng)設(shè)計的前提條件，主要考慮供電電壓級別和耗電功率兩個因素。設(shè)計之初考慮使用蓄電池、風(fēng)機、太陽能板和風(fēng)光互補控制器搭建整個供電系統(tǒng)。

從蓄電池的角度來看，電壓等級主要有DC12V、DC24V、DC36V。考慮到現(xiàn)場使用的RTU、攝像機、遠傳裝置等的供電電壓需求，主要包括DC12V和DC24V，因此首先將DC36V供電系統(tǒng)淘汰。因此有兩套方案可選，方案一是選擇DC12V蓄電池搭建供電系統(tǒng)，搭配DC12V轉(zhuǎn)DC24V升壓變壓器實現(xiàn)DC24V電源供電;方案二是選擇DC24V蓄電池搭建供電系統(tǒng)，搭配DC24V轉(zhuǎn)DC12V降壓變壓器實現(xiàn)DC12V電源供電。

這兩種方案各有優(yōu)缺點，從以下角度進行比較：（1）蓄電池體積：從同等蓄電池容量的角度看，DC12V蓄電池的體積要比DC24V蓄電池體積大一倍。（2）太陽能板體積：因為風(fēng)光互補控制器不具備電壓調(diào)節(jié)能力，則DC12V供電系統(tǒng)的太陽能板體積要比DC24V太陽能板體積小一半。（3）系統(tǒng)安全角度：蓄電池電壓等級越低一般認(rèn)為安全性能越好。在這一點上DC12V要優(yōu)于DC24V。

綜合上述因素，使用DC12V電壓等級搭建邊遠井供電系統(tǒng)，選配DC12V變DC24V變壓器實現(xiàn)部分設(shè)備供電。蓄電池選擇鉛蓄電池，單塊蓄電池容量為100AH，每個井場埋設(shè)兩塊電池，并聯(lián)方式連接，總?cè)萘繛?00AH?？紤]工作電流均值為2A時，考慮極端天氣因素，僅靠蓄電池供電，可保證連續(xù)供電至少100小時，約為4-5天，符合系統(tǒng)設(shè)計要求。風(fēng)光互補控制器主要有三個作用，一是將風(fēng)能和太陽能存儲到蓄電池里;二是將蓄電池、風(fēng)能、太陽能對外輸出穩(wěn)定的12V電壓，為外部設(shè)備供電;三是起到調(diào)節(jié)風(fēng)能、太陽能給蓄電池供電的能力，避免過沖和過放，保障供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行。常用風(fēng)光互補控制器控制系統(tǒng)圖如下：

2.2.2 數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)備選型

整套數(shù)據(jù)采集裝置選用安控設(shè)備，包括主RTU和井口RTU，主RTU型號為L201，井口RTU型號為L308。

選用安控設(shè)備主要原因是性能穩(wěn)定，調(diào)試簡便。L308和L201之間通過天線通訊，通信速率為2.4GHz。L308中有模擬量端子，可用于接模擬量儀表，如儲油罐液位，或動液面采集。L201通過網(wǎng)線向外部發(fā)送數(shù)據(jù)，可接宏電4G無線路由器模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳。

在井口安裝井口采集箱，給井口采集箱供電DC24V。L308下載程序版本為“L308_S907_S910_ZIGBEE_V3.10.bin”，在配置軟件里配置地址，通道，調(diào)整沖程與實際相符即可。L201下載程序版本為“L211_SCADA_ZIGBEE_V3.31.bin”，本版本L201程序支持485儀表數(shù)據(jù)采集，增加類似安控PLC采集塊功能，可實現(xiàn)485儀表數(shù)據(jù)遠傳，在實際使用中可用于采集風(fēng)光互補控制器的蓄電池電壓等數(shù)據(jù)。

2.2.3 遠傳裝置設(shè)備選型

遠傳裝置采用宏電H7920或H7921模塊，搭配電信專網(wǎng)卡實現(xiàn)L201數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)接入長慶內(nèi)部局域網(wǎng)。現(xiàn)場實踐證明H7920和H7921兩種模塊都可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)接入。宏電模塊如下圖所示：

2.2.4 攝像機裝置設(shè)備選型

邊遠井場所用攝像機和常規(guī)井場不同。不同于常規(guī)井場夜晚有大燈照射，具備較高亮度環(huán)境，供電電壓無法滿足大功率供電要求，數(shù)據(jù)傳輸不要求實時視頻傳輸，通訊方式上無法采用光纖傳輸?shù)?。根?jù)項目具體要求，選擇尚新航電子出品的SXH485-L1串口攝像頭，產(chǎn)品實物及尺寸如下圖所示。

SXH485-L1系列串口攝像頭是一款具有視頻采集和圖像壓縮功能的攝像機，具有200萬像素CMOS攝像頭，最大分辨率可達到1600×1200，它是一個內(nèi)含有拍攝控制、捕捉、圖像數(shù)據(jù)采集、圖像JPEG壓縮、SD卡存儲、串口通信等功能的齊全的工業(yè)用圖像采集設(shè)備。采用標(biāo)準(zhǔn)的JPEG圖像壓縮算法，本產(chǎn)品的圖像輸出格式與常用計算機完全兼容。同時，本產(chǎn)品帶有紅外照明功能，能夠?qū)崿F(xiàn)自動照度補償、在黑暗的光線下仍有較好的圖片質(zhì)量。按照工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，輸入電壓可以支持（6V～12V）直流電源?？稍?40～85攝氏度度范圍內(nèi)正常工作。

3 邊遠井?dāng)?shù)字化建設(shè)調(diào)試說明

3.1 上位機軟件選型與調(diào)試

上位機組態(tài)軟件選型主要從功能，費用，后期維護等角度考慮。功能上主要實現(xiàn)邊遠井?dāng)?shù)據(jù)采集顯示功能，包括功圖采集與顯示，功圖上傳到油氣院平臺，儲油罐液位、動液面數(shù)據(jù)采集與顯示。費用上考慮由于是測試階段，盡量節(jié)約軟件費用，可實現(xiàn)相應(yīng)功能即可。后期維護角度考慮主要是維護方便，操作簡便。

當(dāng)前長慶油田所用的上位機軟件主要包括力控和亞控兩種，基于完整的SCADA系統(tǒng)，二者均可以實現(xiàn)服務(wù)器到客戶端的數(shù)據(jù)采集與傳輸模式，它們作為一套成熟的系統(tǒng)，功能強大，造價貴，維護復(fù)雜。基于上述考慮選擇過渡階段版的力控組態(tài)軟件。

3.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸解決方案

選用安控井口RTU和主RTU實現(xiàn)工圖采集并轉(zhuǎn)網(wǎng)口輸出。井口采集使用安控L308模塊，通過無線方式將工圖數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃201上，在L201上通過網(wǎng)口連接到宏電H7920或H7921上。

宏電7920模塊和宏電7921模塊的區(qū)別在于是否有VPN功能，對本項目來說，如果有專網(wǎng)卡，那么VPN專網(wǎng)功能借助于運營商提供的專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，就可以不用模塊本身再帶有VPN功能了，因此選擇宏電7920模塊還是7921模塊都可以實現(xiàn)要求功能。

3.3 油氣院客戶端安裝

在邊遠井客戶端的D盤可實現(xiàn)ERG文件采集，將采集回來的ERG文件通過油氣院客戶端軟件上傳到油氣院平臺，實現(xiàn)單井產(chǎn)液量的計量。油氣院量油軟件運行畫面如下圖所示：通過油氣院軟件客戶端，將erg功圖文件上傳到廠油氣院平臺，實現(xiàn)油井功圖上線計量產(chǎn)液量，工況分析。

3.4 圖片采集與傳輸

使用485轉(zhuǎn)232模塊加上串口線，將攝像機和筆記本電腦連接起來。打開攝像頭調(diào)試軟件。首先選擇串口號，將其選擇為電腦為USB串口線虛擬的串口。本次調(diào)試時電腦給串口線虛擬的串口是COM1口。接著點擊“打開串口”，此時打開串口按鈕變?yōu)榛疑?。接著點擊攝像頭波特率設(shè)置里面的查詢按鈕。使用查詢按鈕可以自動查詢到當(dāng)前串口攝像機的地址和波特率。此時在攝像頭波特率設(shè)置里顯示波特率和地址為當(dāng)前攝像機的參數(shù)。與此同時串口參數(shù)里的波特率和地址也自動變?yōu)楫?dāng)前串口攝像機的地址和波特率。

如果需要更改攝像機的波特率和地址，則在下圖波特率和地址處填寫當(dāng)前的波特率和地址，然后點擊保存前面的框，在新里面輸入要更改的地址，然后點擊設(shè)置即可，更改成功后在下方將有提示“地址更改成功”。

4 結(jié)束語

寬帶無線接入技術(shù)的應(yīng)用不僅可以完成數(shù)據(jù)通信的功能，同時也可以在這個網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實現(xiàn)話音通信以及視頻會議或視頻監(jiān)控，真正滿足油田邊遠生產(chǎn)指揮調(diào)度、傳輸勘探開發(fā)數(shù)據(jù)的需求，為油田信息化創(chuàng)造了條件。通過對長慶油田第二采油廠邊遠井站控系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)研究，使其更有效應(yīng)用于井站一體化模式，在該模式下更加高效平穩(wěn)運行。長慶油田邊遠井站控系統(tǒng)的建設(shè)，在推進智能化前端建設(shè)中起到了極大的作用。同時，站控系統(tǒng)作為井站數(shù)據(jù)一體化的重要組成部分，需要進行不斷更新和優(yōu)化以滿足生產(chǎn)發(fā)展實際，更需要持續(xù)提升系統(tǒng)性能，使系統(tǒng)更好地服務(wù)于氣田生產(chǎn)。

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【通聯(lián)編輯：梁書】