石油天然氣行業生產監控案例

系統需求

隨著油田的發展及工業自動化水平的提高，一種服務于油田采油的新技術展現在了眼前，那就是利用現代通信技術所開發的無線數傳電臺和現代計算機所組成的系統對采油設備、采油數據的遠距離監控與采集。

油田的一個采油場由多口油井、計量間、管匯閥組，轉油站，聯合站、原油外輸系統、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及采出油品的數據（主要有溫度、壓力、流量等）就直接關系到油田生產的穩定及原油質量。目前大多由人工每日定時檢查設備運行情況并測量、統計采油數據。由于油井數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，并且影響了設備監控與采油數據的實時性，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、通信技術的發展，石油天然氣行業生產監控系統也得到了很大發展。

以計算機、無線數傳電臺為基礎的油田監測和控制系統可大大提高油田生產效率，降低綜合成本，實現油田生產、管理的自動化、信息化。為了達到這個目標，必須開發一個可靠的以微型計算機技術、現代通信技術為基礎的油田監測和操作系統；開發新而廉價的油田作業監測方法；開發一個易為用戶存取的數據庫和記錄系統。

系統構成

石油天然氣行業工業監控系統應用具有以下特點：

* 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境的能力；

* 整個系統龐大，監測井站數量多，要求無線通信系統速率要高，輪詢響應速度快；

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

無線數傳電臺在石油天然氣行業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——井站數據通過無線數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或無線網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傳電臺在石油天然氣行業工業控制方面的應用。

① 油田監控中心：計算機、GD數傳電臺、天線、系統軟件、數據庫 ② 井隊監控中心：計算機、GD數傳電臺、天線、監控軟件 ③ 遠端井口：數據采集裝置、GD數傳電臺、天線

圖2 井口微型計算機系統組成圖

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

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

2．井隊監控計算機與中心監控計算機相同，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據通信，以輪循的方式對所屬油井進行監控與數據采集。

井隊監控計算機系統主要用于儲存和顯示記錄的數據。數據按油井匯存并制成一定的表格，以便能快速檢查油井系統的運行情況。同時，對給定油井的每個傳感器的歷史數據進行詳細的復查。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，向操作人員發出警報并需要得到認可。井隊監控計算機一般將每口井的數據儲存3個星期，以便操作人員進行實時存取。中心監控計算機通過常規電話調制解調器每天從井隊監控計算機那里進行幾次數據檢索。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數據轉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過特殊設計的單板機。目前，它具有只讀存儲器（ROM）和靜態隨機存取存儲器（RAM）。該機裝有一個插入式數據調節器板（起A/D轉換器的作用），將傳感器輸入的模擬值轉變成數字信號。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負責采集每口油井的數據并將其發送至井隊監控計算機

井口監控計算機系統包括一臺無線數傳電臺，一個提供13.8伏的電源。該系統還備有終端卸扣和接頭，供采用有線系統傳輸數據的傳感器用。

4. 通信

油田作業計算機和井場計算機之間的數據轉輸是由微波無線電系統完成的。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。

中心監控計算機和井隊監控計算機之間的通信，則依據通信的距離及環境采用無線或有線方式。有線方式通過撥號調制解調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傳電臺進行數據傳輸。

5. 傳感器

依據所采集的不同參數，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成了生產監控系統的軟件。主要的部分有油田中心監控計算機的操作系統、井口微型計算機掃描和通信程序和在油田中心生產監控系統中編制報表、分析數據和通信用的軟件。

1. 操作系統

該系統的特點可分為兩類：實時監控和數據管理：

（1） 實時監測

① 自動收集和認可從遠程井口微型計算機傳輸來的數據，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 調制解調器電話通信處理程序通過安全密碼可進入計算機系統，通過第二級安全密碼可得 到單個用戶油井資料。

（2） 數據庫管理

① 傳感器和報警數據按時間、日期和油井存儲。

② 根據報警數據的緊急程度和認可情況排定報警數據的優先次序。每口井的報警資料單獨存 儲。

③ 存儲歷史數據，并使這些數據在線保留時間約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）；計劃數據收集時間和間隔；計劃數據記錄時間和間隔；密碼賦值；設定報警優先等級和報警記錄的電話號碼。

現場操作人員和用戶通過一系列菜單和屏幕顯示與系統對話。不僅能得到歷史數據，而且還可得到現時數據。

2. 井口微型計算機操作系統

其特征包括獨立的可編程序數據收集和傳輸間隔，當達到預選傳感器報警閾限時，立即進行數據傳輸。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處于一種不工作、電力消耗較小的狀態。這種工作方式對于太陽能供電系統來說尤為重要。

3. 用戶人機聯作

系統的設計可使現場操作人員和處于遠方的礦場經營者能通過一系列菜單顯示得到存儲在油田總部的數據。

應用案例

油區案例A

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

采用以微機、無線數傳電臺為基礎生產監控系統后，能在惡劣環境下穩定可靠工作，自動采集井口油套壓、溫度等數據資料及與泵況息息相關的示功圖、電流圖，對計量站實現自動倒井，采集壓力、溫度、瞬時流量、產量等數據。所有井口與計量站數據通過無線數傳電臺傳輸。監測到異常情況（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據資料，實現真正的無人值守，大大降低生產成本。可以使管理部 門直接了解各抽油井的工作狀態，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，使所有現場數據共享范圍擴大。為廠領導及工藝、地質、生產部門提供詳細、及時、具體的生產第一手數據，以優化生產參數，達到高效、節能、增產的目的。整個系統存儲的大量數據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。該系統確保安全生產、減少事故損失、減輕了人員勞動強度，有著明顯的經濟效應和社會效應。

油區案例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，環境惡劣，直接造成井口數據采集的困難與數據更新周期的延長，從而使油區的管理停頓在較低的水平，生產成本居高不下，不利于企業的國際化發展與競爭。

采用以微機、無線數傳電臺為基礎的生產監控系統后，由中心控制室、中間站、現場智能終端及與之相連的各型傳感器組成，實現了油井、水井、計配站及其它生產管理信息的快速獲取、應急響應、集中處理和反饋控制，屬于集監測、控制、管理一體化的采油生產自動化綜合性信息網絡系統。井口采集的數據有：功圖、電流圖及電流、電壓、溫度、油壓、套壓、載荷等，水井采集的數據有：瞬時流量、累積流量、注水壓力。計量站采集的數據有：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。

該套生產監控系統經受了嚴寒、酷暑及其它惡劣自然環境的考驗，結果表明系統安全、實用、可靠。系統技術先進、結構合理、功能齊全，能夠滿足采油生產的需要，有利于提高油田生產的安全性，有利于優化生產，有利于生產管理的科學化，對老油田的節能降耗、挖潛增效具有重要的指導意義。