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)

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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)對油水井、計(jì)量間生產(chǎn)過程運(yùn)行參數(shù)檢測和控制的設(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)場監(jiān)控與管理層三部分組成；分別對油水井?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)過程中，采集相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)參數(shù)及對油水井進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，對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發(fā)中積累了大量的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，但油田生產(chǎn)數(shù)字化程度較低。油田進(jìn)入開采后期，由于井?dāng)?shù)多，管理問題不斷出現(xiàn)，人工巡檢不能及時發(fā)現(xiàn)問題，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)形勢的需要。為了保證油氣生產(chǎn)現(xiàn)場各類采集數(shù)據(jù)的及時上傳和各種控制指令的準(zhǔn)確下達(dá)，監(jiān)控視頻和語音通信的順暢傳輸，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)對油水井、計(jì)量間生產(chǎn)過程運(yùn)行參數(shù)檢測和控制的設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

1無線傳輸網(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)，因而通過有線網(wǎng)絡(luò)可方便地實(shí)現(xiàn)對各類站所生產(chǎn)要害崗位的監(jiān)控，但對于油水井、注入井、注水井、計(jì)量間等場所，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、靈活性差。因此，對注水井、計(jì)量間等場所的數(shù)據(jù)采集需采用無線傳輸方式。

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

1.1McWiLL通信方式

McWiLL寬帶無線接入系統(tǒng)是一種安全可靠的視頻、數(shù)據(jù)、語音傳輸方式，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寬帶無線接入系統(tǒng)組成

整個系統(tǒng)分為三個部分：

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)通過傳感器或者視頻攝像頭傳送到McWiLL終端，終端通過無線的方式傳送到基站，基站對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理，送到對應(yīng)的服務(wù)器上，從而完成了整個數(shù)據(jù)的傳送。

1.2無線傳輸網(wǎng)絡(luò)整體方案設(shè)計(jì)

無線網(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　無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋示意

McWiLL無線通信終端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，可自動獲取IP地址，自動建鏈；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)行的自動化水平，幫助一線工人及時發(fā)現(xiàn)和排除故障，減少了油水井的停機(jī)時間，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)是通過在井場安裝自動化儀表、傳感器等設(shè)備，對電壓、電流、溫度、壓力、流量、液位、界面、含水、示功圖、紅外報警等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集，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McWiLL無線網(wǎng)絡(luò)傳輸把數(shù)據(jù)上傳到基站，在基站對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理，然后上傳到監(jiān)控中心，為油井實(shí)時監(jiān)控提供及時、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，來測量抽油機(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McWiLL無線網(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?？刂啤?/p>

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，完成對水井油壓、套壓、注入量等數(shù)據(jù)的采集，同時配置遠(yuǎn)程配注裝置，通過McWiLL無線網(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)。同時在各集油環(huán)上部署摻水控制設(shè)備，通過遠(yuǎn)程控制摻水量完成摻水溫度的調(diào)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)自動計(jì)量，擬對現(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)量儀表，微機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸系統(tǒng)；以電動多通閥為手段，實(shí)現(xiàn)計(jì)量間自動選井連續(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PLC對流量、壓力信號進(jìn)行采集、運(yùn)算，對電動旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)行連續(xù)控制，自動倒流程，根據(jù)井?dāng)?shù)在24h內(nèi)平均分配時間，對油井依次循環(huán)量油。對壓力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，嚴(yán)重超限時自動將油井倒出計(jì)量流程，自動倒入生產(chǎn)流程。PLC的RS-485接口或以太網(wǎng)接口將整個生產(chǎn)過程參數(shù)通過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)控平臺通過IP網(wǎng)絡(luò)連接，監(jiān)控人員通過McWiLL終端可以訪問油田生產(chǎn)自動化系統(tǒng)平臺；視頻監(jiān)控平臺也可為現(xiàn)有的視頻服務(wù)平臺提供視頻圖像的轉(zhuǎn)發(fā)存儲等服務(wù)。利用該系統(tǒng)，在采油隊(duì)、采油礦等各級生產(chǎn)管理部門可以完成生產(chǎn)信息實(shí)時采集、生產(chǎn)設(shè)備自動控制和生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控。主要包括： 數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)測、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、計(jì)量間等油田生產(chǎn)現(xiàn)場為數(shù)據(jù)采集源點(diǎn)，各種傳感器為采集裝置，采集數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)McWiLL技術(shù)輸入實(shí)時數(shù)據(jù)采集平臺，由實(shí)時數(shù)據(jù)采集平臺把數(shù)據(jù)提交到相應(yīng)的管理數(shù)據(jù)庫中，按照科學(xué)的過程建立數(shù)據(jù)模型，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、加工。通過生產(chǎn)指揮界面顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，以生動的流程、曲線、報表等形式反映生產(chǎn)參數(shù)，形成生產(chǎn)實(shí)時診斷，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，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，配合后臺視頻服務(wù)器以及視頻控制軟件，完成對井場的視頻監(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。可以采用一體化無線攝像機(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同軸線纜連接，視頻編碼器和McWiLL終端之間可通過網(wǎng)線連接，McWiLL終端把采集的信號通過串口傳給McWiLL基站，基站通過標(biāo)準(zhǔn)以太口連接到IP網(wǎng)。通過視頻服務(wù)器可以對采集的圖像進(jìn)行處理、存儲，并可控制攝像頭轉(zhuǎn)動方向及焦距等。

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，對異常情況進(jìn)行診斷和預(yù)警；并派專人去現(xiàn)場處理故障。針對抽油機(jī)井的缺相、三相電流不平衡、曲柄銷脫落時自動停機(jī)等問題，安裝了遠(yuǎn)程啟?？刂疲ㄟ^在監(jiān)控室發(fā)出指令，指令通過無線網(wǎng)絡(luò)McWiLL的傳輸，到達(dá)指定井位進(jìn)行控制。McWiLL無線網(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) 減少停井時間，提高了機(jī)采井運(yùn)行時率。巡檢系統(tǒng)反饋多種生產(chǎn)異常情況與發(fā)生時刻同步，平均測算，比正常人工檢查提前3.2h發(fā)現(xiàn)問題，按巡檢系統(tǒng)記錄的統(tǒng)計(jì)，抽油機(jī)運(yùn)行時率提高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，提高了工人的主動性和責(zé)任感；采油隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)可隨時掌握全隊(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，提高了生產(chǎn)保障能力。利用巡檢系統(tǒng)的集中監(jiān)測功能，實(shí)施了區(qū)域摻水的調(diào)控方案。通過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，同時對熱洗質(zhì)量、周期執(zhí)行情況起到監(jiān)測作用。

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，設(shè)計(jì)自動化信息采集系統(tǒng)。通過McWiLL網(wǎng)絡(luò)傳送生產(chǎn)數(shù)據(jù)到廠信息中心實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，使生產(chǎn)管理的各個部門能夠及時掌握油水井、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間，合理利用資源，提高開井時率，增加原油產(chǎn)量，提高工作效率。

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中圖分類號：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)03-0076-03

作者簡介：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。