基于GIS的油井實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張富利 謝光華 張恩莉 陳文

摘要：油井的管理和維護(hù)是油田的重點(diǎn)工作，每口油井的位置、狀態(tài)等信息都是油井管理者關(guān)心的內(nèi)容。由于油井信息與空間分布有關(guān)，是一種空間信息，當(dāng)前油井管理系統(tǒng)只實(shí)現(xiàn)對(duì)油井的非空間數(shù)據(jù)管理，無法直觀地了解油井地理位置、生產(chǎn)實(shí)時(shí)狀態(tài)等信息。在結(jié)合目前油井?dāng)?shù)據(jù)采集技術(shù)以及GIS技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)油井生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測、耗電量監(jiān)測等問題，提出了油井實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。

關(guān)鍵詞：油井；GIS；監(jiān)控系統(tǒng)；工頻通信

1 概述

地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)是近些年迅速發(fā)展起來的一門空間信息分析技術(shù)，在資源與環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域中，它發(fā)揮著技術(shù)先導(dǎo)的作用。GIS技術(shù)不僅可以有效地管理具有空間屬性的各種資源環(huán)境信息，而且可以有效地對(duì)資源環(huán)境狀況及生產(chǎn)活動(dòng)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測和分析比較，也可將數(shù)據(jù)收集、空間分析和決策過程綜合為一個(gè)共同的信息流，明顯地提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，為解決資源環(huán)境問題及保障可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

GIS在石油行業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，在石油物探領(lǐng)域，應(yīng)用GIS技術(shù)可以幫助科研人員科學(xué)部署地震側(cè)線、進(jìn)行高效準(zhǔn)確的圖件編輯以及進(jìn)行物探資料的空間疊加分析等。在油田生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)中，應(yīng)用GIS技術(shù)可以幫助科研人員實(shí)現(xiàn)對(duì)井位部署、產(chǎn)量分布及油井動(dòng)態(tài)信息的可視化管理。通過GIS系統(tǒng)，將所有油井以符號(hào)的形式標(biāo)注在油田地圖上，不同產(chǎn)量的區(qū)域用不同的顏色標(biāo)注，統(tǒng)計(jì)人員結(jié)合地理位置表述可以對(duì)油井分布區(qū)域、井下作業(yè)、生產(chǎn)能力及產(chǎn)量、停關(guān)井情況等數(shù)據(jù)有直觀了解判斷，并且可以通過地圖縮放改變顯示內(nèi)容，進(jìn)一步定向查詢?cè)敿?xì)信息。例如查詢某一單井的井位坐標(biāo)、產(chǎn)液量等詳細(xì)數(shù)據(jù)。

隨著GIS技術(shù)的日益成熟，應(yīng)用GIS技術(shù)設(shè)計(jì)一套基于目前數(shù)據(jù)采集技術(shù)的油井生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件，將油井的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的油井信息管理，對(duì)于油井信息的科學(xué)管理，提高油井管理水平是十分必要的。

2 油井?dāng)?shù)據(jù)采集方式簡介

目前，根據(jù)國內(nèi)油井分布特點(diǎn)，在油井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集方面除了人工巡檢的方式外，還有其他數(shù)據(jù)傳輸方式實(shí)現(xiàn)對(duì)油井的監(jiān)測管理。這些數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)包括：基于移動(dòng)通信網(wǎng)的GSM短信（SMS）/GPRS/CDMA無線通信方式、基于配電網(wǎng)電力線路的雙向工頻通信方式以及其他通信方式等。這些技術(shù)已被應(yīng)用于抽油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中。

其中一些數(shù)據(jù)傳輸方式的基本概念和特點(diǎn)如下：

GPRS無線通信方式：一種分組交換系統(tǒng)，有實(shí)時(shí)在線，按量計(jì)費(fèi)，快捷登錄、高速傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。這種方式傳輸數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性好，傳輸速率高，不受地形或地域的限制。

雙向工頻通信方式：這種方式依賴于電力線網(wǎng)絡(luò)的中低壓載波，無需專門布線，可實(shí)現(xiàn)跨變壓器臺(tái)區(qū)的長距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。應(yīng)用于對(duì)各類電氣信號(hào)的采集，包括電壓、電流等參數(shù)的采集。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)目前油井?dāng)?shù)據(jù)采集技術(shù)，本文在已應(yīng)用雙向工頻通信方式采集到的油井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合GIS技術(shù)以及油井開發(fā)數(shù)據(jù)，針對(duì)基于GIS的油井監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。

3.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理在服務(wù)器端，使用ArcSDE進(jìn)行空間數(shù)據(jù)管理，油井屬性數(shù)據(jù)使用ADO.NET進(jìn)行訪問。空間數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和油井位置數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)包括油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，油井控制軟件位于服務(wù)器端，每口油井的狀態(tài)信息由服務(wù)器端實(shí)時(shí)檢測并更新到數(shù)據(jù)庫相應(yīng)字段，油井監(jiān)控軟件位于客戶端，通過ADO.NET動(dòng)態(tài)讀取油井狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)油井進(jìn)行可視化顯示，并向服務(wù)器端控制軟件發(fā)送消息驅(qū)動(dòng)其修改油井工作狀態(tài)。

3.2 系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

油井監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能。依據(jù)油井空間坐標(biāo)信息生成油井井位圖，油井井位圖以平面圖形式顯示道路、中轉(zhuǎn)站、隊(duì)界、礦界等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。井位圖可實(shí)現(xiàn)放大、縮小，距離測量，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改等GIS常用功能。

2）油井空間位置查詢和屬性查詢功能。自動(dòng)定位油井空間位置，點(diǎn)擊油井能實(shí)時(shí)顯示其工作狀態(tài)和其相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

3）油井狀態(tài)符號(hào)化顯示。采用不同顏色來區(qū)別顯示抽油機(jī)工作狀態(tài)，包括：抽油機(jī)運(yùn)行、抽油機(jī)停機(jī)、缺相、三相不平衡等狀態(tài)。系統(tǒng)采用四種不同顏色對(duì)油井進(jìn)行符號(hào)化顯示，直觀地展示了油井實(shí)時(shí)的工作狀態(tài)信息。

4）油井狀態(tài)管理功能?？蛻舳斯芾砣藛T通過系統(tǒng)向服務(wù)器端控制軟件發(fā)送相關(guān)控制命令，驅(qū)動(dòng)其修改服務(wù)器端油井狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)油井狀態(tài)信息的確認(rèn)。

5）油井生產(chǎn)信息統(tǒng)計(jì)分析功能：實(shí)現(xiàn)單井生產(chǎn)運(yùn)行記錄統(tǒng)計(jì)、用電量統(tǒng)計(jì)、停井原因統(tǒng)計(jì)等功能。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理主要根據(jù)油井空間坐標(biāo)信息生成油井井位圖。采用ArcMap地圖制作軟件來制作油井井位圖信息。在arcmap中新建地圖文檔，加載油井、轉(zhuǎn)油站、道路、隊(duì)界等圖層，在圖層列表面板中右鍵點(diǎn)擊相關(guān)圖層，在出現(xiàn)的對(duì)話框中，選擇符號(hào)（Symbology）選項(xiàng)頁，可對(duì)圖層屬性進(jìn)行設(shè)置，包括圖層顯示符號(hào)、顯示顏色等。由于有些油井坐標(biāo)信息存儲(chǔ)于excel表格中，可以選擇tools菜單欄下面的Add XY Data功能按鈕來導(dǎo)入存有油井坐標(biāo)信息的excel文件。

4.2 油井空間信息與屬性信息查詢

油井空間信息管理主要通過ArcMap地圖制作軟件來對(duì)油井空間屬性信息進(jìn)行管理。對(duì)空間屬性信息的查詢可通過ADO.NET連接數(shù)據(jù)庫，通過輸入或者在下拉列表中選擇井號(hào)，自動(dòng)將查詢到的油井居中顯示。居中顯示功能通過ArcEngine的Mapcontrol控件的CenterAt方法實(shí)現(xiàn)。

油井屬性查詢主要借助ArcEngine提供的IIdentity接口的Identity方法查詢得到，通過選擇屬性查詢工具點(diǎn)擊某口油井，在彈出的對(duì)話框中顯示該油井的詳細(xì)數(shù)據(jù)信息。

4.3 油井生產(chǎn)狀態(tài)管理

油井的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)存儲(chǔ)于服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫中，客戶端監(jiān)測軟件通過網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器端發(fā)送獲取數(shù)據(jù)命令，服務(wù)器端接收命令并返回油井實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用C#編程語言，結(jié)合ArcEngine實(shí)現(xiàn)了油井關(guān)停機(jī)管理、油井生產(chǎn)狀態(tài)管理（包括：缺相、三相不平衡等）等功能。油井管理人員通過向服務(wù)器端應(yīng)用軟件發(fā)送具體關(guān)停井原因代碼，驅(qū)動(dòng)其修改服務(wù)器端油井狀態(tài)數(shù)據(jù)庫信息，如：修改油井關(guān)井狀態(tài)、油井缺相狀態(tài)等，可實(shí)現(xiàn)油井的關(guān)停井原因確認(rèn)、油井運(yùn)行狀態(tài)確認(rèn)等。油井運(yùn)行狀態(tài)如圖所示。

4.4油井生產(chǎn)信息統(tǒng)計(jì)分析

通過采用ADO.NET連接服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫，采用C#編寫相關(guān)程序獲取數(shù)據(jù)庫中相關(guān)數(shù)據(jù)表，對(duì)油井生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)、油井用電量、停井原因信息等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。針對(duì)油井生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)可按小隊(duì)、井等查詢方式，統(tǒng)計(jì)出按日、月、年的開關(guān)井時(shí)間；針對(duì)油井電量信息可按線路、小隊(duì)、單井等方式，統(tǒng)計(jì)出按日、旬、月、年的用電量數(shù)據(jù)及昨日對(duì)比數(shù)據(jù)；針對(duì)停井原因信息可按小隊(duì)、井等查詢方式，統(tǒng)計(jì)出按日、月、年的停井原因率，通過相應(yīng)算法查詢具體原因所占百分比。

5 結(jié)束語

依據(jù)工頻通信技術(shù)建立基于GIS的油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油井空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的集中管理，提高數(shù)據(jù)的一致性和安全性，而且還可以提供地圖的可視化交互檢索和空間分析功能，增強(qiáng)數(shù)據(jù)表達(dá)的直觀性，實(shí)現(xiàn)抽油井地理位置的直觀顯示，抽油井工況的連續(xù)監(jiān)測，以及對(duì)每口油井生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)、耗電量數(shù)據(jù)等信息的隨時(shí)監(jiān)測。系統(tǒng)的應(yīng)用可以初步形成信息化、科學(xué)化的油井管理模式。

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（作者單位：中國石油西南油氣田勘探開發(fā)研究院）