石油天然氣行業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控案例

系統(tǒng)需求

隨著油田的發(fā)展及工業(yè)自動化水平的提高，一種服務于油田采油的新技術(shù)展現(xiàn)在了眼前，那就是利用現(xiàn)代通信技術(shù)所開發(fā)的無線數(shù)傳電臺和現(xiàn)代計算機所組成的系統(tǒng)對采油設備、采油數(shù)據(jù)的遠距離監(jiān)控與采集。

油田的一個采油場由多口油井、計量間、管匯閥組，轉(zhuǎn)油站，聯(lián)合站、原油外輸系統(tǒng)、油罐以及油田的其它分散設施組成，那么整個采油場的各種設施的工作狀態(tài)及采出油品的數(shù)據(jù)（主要有溫度、壓力、流量等）就直接關(guān)系到油田生產(chǎn)的穩(wěn)定及原油質(zhì)量。目前大多由人工每日定時檢查設備運行情況并測量、統(tǒng)計采油數(shù)據(jù)。由于油井數(shù)量多且分布范圍由幾十至上百平方公里，這種方式必然使工人勞動強度加重，并且影響了設備監(jiān)控與采油數(shù)據(jù)的實時性，甚至準確性。所以油場的自動化、信息化就顯得極為突出。

隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，石油天然氣行業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)也得到了很大發(fā)展。

以計算機、無線數(shù)傳電臺為基礎的油田監(jiān)測和控制系統(tǒng)可大大提高油田生產(chǎn)效率，降低綜合成本，實現(xiàn)油田生產(chǎn)、管理的自動化、信息化。為了達到這個目標，必須開發(fā)一個可靠的以微型計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)為基礎的油田監(jiān)測和操作系統(tǒng)；開發(fā)新而廉價的油田作業(yè)監(jiān)測方法；開發(fā)一個易為用戶存取的數(shù)據(jù)庫和記錄系統(tǒng)。

系統(tǒng)構(gòu)成

石油天然氣行業(yè)工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)應用具有以下特點：

* 一般跨越地域大，因此要求電臺支持長距離傳輸；

* 井站的無人值守遠動控制決定了電臺要具備抵抗惡劣的天氣環(huán)境的能力；

* 整個系統(tǒng)龐大，監(jiān)測井站數(shù)量多，要求無線通信系統(tǒng)速率要高，輪詢響應速度快；

* 同時因為石油天然氣行業(yè)為國家的能源基礎，其所采用工控系統(tǒng)都是最先進可靠的設備，所以做為整個系統(tǒng)關(guān)鍵保證的無線通信鏈路也必須要可靠穩(wěn)定且性能優(yōu)異才能保證整個工控系統(tǒng)的最佳運行。

無線數(shù)傳電臺在石油天然氣行業(yè)的典型應用是在油井和氣井的三遙（遙測、遙信、遙控）和自動計量方面——井站數(shù)據(jù)通過無線數(shù)傳電臺傳送到采油隊控制中心，采油隊再通過專用廣域通信網(wǎng)或無線網(wǎng)絡與上一級的采油廠或石油公司的總控制中心連通。

下圖所示為一典型的無線數(shù)傳電臺在石油天然氣行業(yè)工業(yè)控制方面的應用。

① 油田監(jiān)控中心：計算機、GD數(shù)傳電臺、天線、系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫 ② 井隊監(jiān)控中心：計算機、GD數(shù)傳電臺、天線、監(jiān)控軟件 ③ 遠端井口：數(shù)據(jù)采集裝置、GD數(shù)傳電臺、天線

圖2 井口微型計算機系統(tǒng)組成圖

油田中心監(jiān)控計算機是一種穩(wěn)定、可靠的計算機，通常放置在一個符合國家電子制造聯(lián)合會要求的保護性箱體內(nèi)配有一個斷電后可供電達8小時的不間斷電源。

中心監(jiān)控計算機系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)測油田作業(yè)，將每口井的數(shù)據(jù)以便于存取的方式儲存起來，能使用戶通過常規(guī)電話調(diào)制解調(diào)器得到每口井的"準實時"數(shù)據(jù)，還可根據(jù)普通預測方法或單井的明確經(jīng)驗開發(fā)專門軟件，以便對每口井的數(shù)據(jù)進行分析。這些分析工作可提供關(guān)于現(xiàn)有作業(yè)有效性的資料，并確定那些剛開始產(chǎn)生后可能出現(xiàn)的問題。反過來，這些資料可用來增加生產(chǎn)效率和制訂修井作業(yè)計劃。中心作業(yè)計算機的其它功能還包括為編制例行的月產(chǎn)量報表提供數(shù)據(jù)。

2．井隊監(jiān)控計算機與中心監(jiān)控計算機相同，一般以采油隊為單位配置，通過與井口微型計算機之間的數(shù)據(jù)通信，以輪循的方式對所屬油井進行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集。

井隊監(jiān)控計算機系統(tǒng)主要用于儲存和顯示記錄的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)按油井匯存并制成一定的表格，以便能快速檢查油井系統(tǒng)的運行情況。同時，對給定油井的每個傳感器的歷史數(shù)據(jù)進行詳細的復查。由井口微型計算機確定和報告的報警條件按特定格式儲存，向操作人員發(fā)出警報并需要得到認可。井隊監(jiān)控計算機一般將每口井的數(shù)據(jù)儲存3個星期，以便操作人員進行實時存取。中心監(jiān)控計算機通過常規(guī)電話調(diào)制解調(diào)器每天從井隊監(jiān)控計算機那里進行幾次數(shù)據(jù)檢索。單井資料在計算機中要保留約30天時間。然后，將每口井的所有有關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到軟盤上長期儲存。

3. 井場微型計算機

井口微型計算機是一種穩(wěn)定、可靠的計算機，它體積小巧，配備每一口油井。該計算機是一種以通用微處理器為基礎的經(jīng)過特殊設計的單板機。目前，它具有只讀存儲器（ROM）和靜態(tài)隨機存取存儲器（RAM）。該機裝有一個插入式數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)器板（起A/D轉(zhuǎn)換器的作用），將傳感器輸入的模擬值轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。該單板機還包括一個實時時鐘、一個232接口以及一個供油田便攜式終端（選擇件）使用的插口。井口微型計算機系統(tǒng)負責采集每口油井的數(shù)據(jù)并將其發(fā)送至井隊監(jiān)控計算機

井口監(jiān)控計算機系統(tǒng)包括一臺無線數(shù)傳電臺，一個提供13.8伏的電源。該系統(tǒng)還備有終端卸扣和接頭，供采用有線系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的傳感器用。

4. 通信

油田作業(yè)計算機和井場計算機之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)輸是由微波無線電系統(tǒng)完成的。中繼站是可選件，如果采用，則將它建于地勢較高的地方，并采用高增益天線。中繼站一般位于多個遠程井口微型計算機附近，并采用廉價的非增益天線。

中心監(jiān)控計算機和井隊監(jiān)控計算機之間的通信，則依據(jù)通信的距離及環(huán)境采用無線或有線方式。有線方式通過撥號調(diào)制解調(diào)器和商用電話線進行的；無線方式則利用各自連接的無線數(shù)傳電臺進行數(shù)據(jù)傳輸。

5. 傳感器

依據(jù)所采集的不同參數(shù)，選擇相應的傳感器。包括溫度、壓力、流量、位移、電壓、電流、功率等。

系統(tǒng)軟件

為滿足加快存取速度和減少存儲量要求而設計的幾個獨立程序包構(gòu)成了生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件。主要的部分有油田中心監(jiān)控計算機的操作系統(tǒng)、井口微型計算機掃描和通信程序和在油田中心生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中編制報表、分析數(shù)據(jù)和通信用的軟件。

1. 操作系統(tǒng)

該系統(tǒng)的特點可分為兩類：實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理：

（1） 實時監(jiān)測

① 自動收集和認可從遠程井口微型計算機傳輸來的數(shù)據(jù)，每口井具有其自己的識別特征；

② 自動檢查錯誤，如果需要還可重新傳輸；

③ 在收到任何級別的警報時，可自動進行電話撥號；

④ 調(diào)制解調(diào)器電話通信處理程序通過安全密碼可進入計算機系統(tǒng)，通過第二級安全密碼可得 到單個用戶油井資料。

（2） 數(shù)據(jù)庫管理

① 傳感器和報警數(shù)據(jù)按時間、日期和油井存儲。

② 根據(jù)報警數(shù)據(jù)的緊急程度和認可情況排定報警數(shù)據(jù)的優(yōu)先次序。每口井的報警資料單獨存 儲。

③ 存儲歷史數(shù)據(jù)，并使這些數(shù)據(jù)在線保留時間約1個月。

④ 通過一個特別菜單和選定的傳感器組使遠程井口微型計算機初始化。指定無線電中繼站（如果 設有中繼站的話）；計劃數(shù)據(jù)收集時間和間隔；計劃數(shù)據(jù)記錄時間和間隔；密碼賦值；設定報警優(yōu)先等級和報警記錄的電話號碼。

現(xiàn)場操作人員和用戶通過一系列菜單和屏幕顯示與系統(tǒng)對話。不僅能得到歷史數(shù)據(jù)，而且還可得到現(xiàn)時數(shù)據(jù)。

2. 井口微型計算機操作系統(tǒng)

其特征包括獨立的可編程序數(shù)據(jù)收集和傳輸間隔，當達到預選傳感器報警閾限時，立即進行數(shù)據(jù)傳輸。也包括傳輸錯誤檢測，如果第一次信息未被油田計算機認可的話，則進行自動重輸。在有了一個暢通的無線電信道之后，才開始無線電傳輸。該軟件具有一個"報警時鐘"喚醒功能，因此，井場計算機在大部分時間內(nèi)處于一種不工作、電力消耗較小的狀態(tài)。這種工作方式對于太陽能供電系統(tǒng)來說尤為重要。

3. 用戶人機聯(lián)作

系統(tǒng)的設計可使現(xiàn)場操作人員和處于遠方的礦場經(jīng)營者能通過一系列菜單顯示得到存儲在油田總部的數(shù)據(jù)。

應用案例

油區(qū)案例A

某油區(qū)油井無法實現(xiàn)正常的井口資料錄取及井下泵況的測試，影響油井的動態(tài)分析和日常管理，同時各井結(jié)蠟嚴重，抽油機無保護措施，無實時監(jiān)測、控制設備及手段，對各井的工作狀況實時參數(shù)不了解，故障井診斷周期長。

采用以微機、無線數(shù)傳電臺為基礎生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)后，能在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠工作，自動采集井口油套壓、溫度等數(shù)據(jù)資料及與泵況息息相關(guān)的示功圖、電流圖，對計量站實現(xiàn)自動倒井，采集壓力、溫度、瞬時流量、產(chǎn)量等數(shù)據(jù)。所有井口與計量站數(shù)據(jù)通過無線數(shù)傳電臺傳輸。監(jiān)測到異常情況（如電流電壓越限，光桿卡死時過負荷、壓力過高過低等）系統(tǒng)會自動實行相應保護。且可在中控室下達相應指令遠程控制抽油機的起停，讀取井口與計量站的數(shù)據(jù)資料，實現(xiàn)真正的無人值守，大大降低生產(chǎn)成本。可以使管理部 門直接了解各抽油井的工作狀態(tài)，縮短了資料的傳遞周期性，減少了人工報表的一系列弊端如差錯、假資料等，使所有現(xiàn)場數(shù)據(jù)共享范圍擴大。為廠領導及工藝、地質(zhì)、生產(chǎn)部門提供詳細、及時、具體的生產(chǎn)第一手數(shù)據(jù)，以優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)，達到高效、節(jié)能、增產(chǎn)的目的。整個系統(tǒng)存儲的大量數(shù)據(jù)可供日后進行綜合分析使用，為提高油田的管理層次提供有力的支持。該系統(tǒng)確保安全生產(chǎn)、減少事故損失、減輕了人員勞動強度，有著明顯的經(jīng)濟效應和社會效應。

油區(qū)案例B

夏季陽光直射下的地表溫度可達攝氏80度，冬季則達攝氏零下40度，風沙侵害，環(huán)境惡劣，直接造成井口數(shù)據(jù)采集的困難與數(shù)據(jù)更新周期的延長，從而使油區(qū)的管理停頓在較低的水平，生產(chǎn)成本居高不下，不利于企業(yè)的國際化發(fā)展與競爭。

采用以微機、無線數(shù)傳電臺為基礎的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)后，由中心控制室、中間站、現(xiàn)場智能終端及與之相連的各型傳感器組成，實現(xiàn)了油井、水井、計配站及其它生產(chǎn)管理信息的快速獲取、應急響應、集中處理和反饋控制，屬于集監(jiān)測、控制、管理一體化的采油生產(chǎn)自動化綜合性信息網(wǎng)絡系統(tǒng)。井口采集的數(shù)據(jù)有：功圖、電流圖及電流、電壓、溫度、油壓、套壓、載荷等，水井采集的數(shù)據(jù)有：瞬時流量、累積流量、注水壓力。計量站采集的數(shù)據(jù)有：集油管匯壓力、水套爐壓力、煙道溫度、出站溫度、分離器壓力、分離器溫度、分離器液位等；控制功能有：抽油井啟停控制、空抽控制、故障保護，計量站自動倒油井、自動計量。

該套生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)受了嚴寒、酷暑及其它惡劣自然環(huán)境的考驗，結(jié)果表明系統(tǒng)安全、實用、可靠。系統(tǒng)技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)合理、功能齊全，能夠滿足采油生產(chǎn)的需要，有利于提高油田生產(chǎn)的安全性，有利于優(yōu)化生產(chǎn)，有利于生產(chǎn)管理的科學化，對老油田的節(jié)能降耗、挖潛增效具有重要的指導意義。