油田單井罐液位檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

摘要：地處偏遠(yuǎn)地區(qū)、沙漠、海洋等地區(qū)的油田單井罐的液位測(cè)量是在油田生產(chǎn)過程中，迫切需要解決的問題。本方案針對(duì)油田單井罐，采用非接觸式數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行液位檢測(cè)，通過無(wú)線通信技術(shù)傳輸、組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)單井罐液位檢測(cè)智能化，為全面實(shí)現(xiàn)油氣田生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)控制奠定基礎(chǔ)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：油田;單井罐;液位;檢測(cè);報(bào)警;無(wú)線通信

1概述

近年來，許多高新技術(shù)、新方法和新型儀表如計(jì)算機(jī)、微電子等高新技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到油罐的計(jì)量領(lǐng)域，使油田單井罐液位檢測(cè)進(jìn)入到一個(gè)多功能、高精度的新階段。但在油田原油生產(chǎn)中真正得到應(yīng)用的為數(shù)不多，這主要是由于原油檢測(cè)條件惡劣，罐內(nèi)油水界面隨時(shí)間、溫度變化二變化，尤其是產(chǎn)量不穩(wěn)定的單井，液面上升規(guī)律動(dòng)態(tài)變化大，經(jīng)常會(huì)發(fā)生冒罐、漏油等生產(chǎn)事故，造成不必要的生產(chǎn)損失。為了提高儲(chǔ)單井罐的生產(chǎn)效率，了解儲(chǔ)單井罐中油層的高度，就必須準(zhǔn)確的測(cè)量出原油的上界面，以便安全地輸入原油，防止溢出;同時(shí)也必須準(zhǔn)確地測(cè)量出原油的下界面，以便放出不含油的水。因此，設(shè)計(jì)和開發(fā)一種非接觸式的、移動(dòng)式的、遠(yuǎn)程全自動(dòng)儲(chǔ)油罐的多界面監(jiān)測(cè)、報(bào)警裝置，并進(jìn)行自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)、分析、顯示和打印就尤為必要。

2項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和擬解決的問題

2.1一種具有液位檢測(cè)報(bào)警功能的油田單井罐

單井罐液位檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)采用非接觸移動(dòng)式電容法的檢測(cè)，參數(shù)的測(cè)定及計(jì)算?？傮w設(shè)計(jì)框圖如下：

電容傳感器：完成單井罐液位非接觸式數(shù)據(jù)檢測(cè);

信號(hào)采集電路：把傳感器檢測(cè)到的微弱信號(hào)進(jìn)行初步處理;

信號(hào)變換電路：把采集的數(shù)據(jù)信號(hào)變換為適合于主處理器存儲(chǔ)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式;

主控制器：完成液位信號(hào)檢測(cè)、傳輸、控制;

驅(qū)動(dòng)控制電路：完成單井罐相關(guān)部件的報(bào)警、液位保護(hù)處理等;

無(wú)線數(shù)據(jù)通信電路：包括無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。通過無(wú)線通信和網(wǎng)絡(luò)模塊把需要發(fā)送和接收到的控制信息進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。多個(gè)的單井罐可以實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)控制。

供電電路：完成整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)電路的電路供電。根據(jù)具體需要可提供電池供電和太陽(yáng)能補(bǔ)充供電模式。并且能夠進(jìn)行自動(dòng)切換。

2.2液位檢測(cè)設(shè)備安裝圖

液位檢測(cè)報(bào)警工作過程及參數(shù)的測(cè)定?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備構(gòu)成示意圖如下：

3單井罐報(bào)警控制中的無(wú)線通信技術(shù)

大大小小的油田單井罐成百上千，相距幾十米到幾百公里。傳統(tǒng)的報(bào)警數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單井罐本地，采用人工方式采集這些數(shù)據(jù)，效率低，不能準(zhǔn)確及時(shí)，并對(duì)工作人員的安全構(gòu)成極大威脅。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了應(yīng)用GPRS，GSM，數(shù)字電臺(tái)采集這些數(shù)據(jù)的方法。但是經(jīng)過一些油田的使用發(fā)現(xiàn)也存在許多問題。首先是這些設(shè)備造價(jià)昂貴，維護(hù)和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高。ZIGBEE無(wú)線通信技術(shù)和LoRa網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用可以使這些問題得到很好的解決，實(shí)現(xiàn)了高效率、智能化，并且為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)環(huán)境下油田單井罐物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)奠定了硬件基礎(chǔ)。

3.1單井罐液位報(bào)警控制中無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用的必要性

（1），基于單井罐地理環(huán)境多為偏遠(yuǎn)地區(qū)或?yàn)楹Ｉ?、湖泊，沙漠等限制無(wú)法使用有線傳輸，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)成為首選;

（2）基于單井罐地理分布特點(diǎn)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋;

（3） 建設(shè)傳統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)商無(wú)線專網(wǎng)成本非常昂貴;

（4） 數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩孕枨?

（5） 實(shí)現(xiàn)單井罐液位監(jiān)控遠(yuǎn)程化，為油氣井生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)監(jiān)控奠定基礎(chǔ)。

3.2無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)技術(shù)方案

根據(jù)單井罐的分布規(guī)律系統(tǒng)采用ZIGBEE 技術(shù)和LoRa網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)。由于單井罐一般是成群分布，在井場(chǎng)內(nèi)部和井群內(nèi)部由ZIGBEE 終端節(jié)點(diǎn)，路由節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)無(wú)線網(wǎng)。整個(gè)井群的數(shù)據(jù)再經(jīng)LoRa網(wǎng)絡(luò)傳回相距交遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)中心或使用單位經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)處理，對(duì)油井進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。

該系統(tǒng)方案在單井罐罐口安裝具有無(wú)線收發(fā)功能的液位數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)等信息模塊。

數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸技術(shù)采用LoRa低功耗技術(shù)，LoRa是一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸技術(shù)，采用直序擴(kuò)頻方式，抗干擾性強(qiáng)，接收靈敏度高;我司的lora模塊鏈路預(yù)算優(yōu)，單個(gè)節(jié)點(diǎn)可以覆蓋幾十公里范圍，同時(shí)滿足低功耗需求;具備安全、豐富的功能。

本方案設(shè)計(jì)可通過無(wú)線通信進(jìn)行可識(shí)別井號(hào)、采集數(shù)據(jù)具有時(shí)間信息的液位檢測(cè)。檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)無(wú)需人工到現(xiàn)場(chǎng)打開單井罐，實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)人值守。單井罐維修時(shí)可在罐外無(wú)線讀取液位數(shù)據(jù)，測(cè)試安全方便，大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，有效提高巡井質(zhì)量，可促使巡檢人員在規(guī)定的時(shí)間、確定的油井和水井位置取得實(shí)際、有用、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的液位檢測(cè)值，有利于確保基礎(chǔ)分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為油田生產(chǎn)過程制定出有針對(duì)性的合理的調(diào)控措施，為增產(chǎn)措施提供依據(jù)，促進(jìn)油田的生產(chǎn)。

4系統(tǒng)方案特點(diǎn)

（1）采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)集成化程度高;

（2） Zigbee、LoRa無(wú)線通信技術(shù)成熟;

（3）Zigbee通信不需要任何費(fèi)用、節(jié)省控制成本;

（4）LoRa無(wú)線傳輸采用AES加密技術(shù)，能夠有效保證數(shù)據(jù)在通信過程中的安全，即便數(shù)據(jù)被截獲也難以破解;

（5）FEC前向糾錯(cuò)技術(shù)是一種非常重要的防干擾算法，能極大地減少通信中的誤碼率;

（6）工作模式：透明傳輸數(shù)據(jù)、定點(diǎn)傳輸、廣播與數(shù)據(jù)監(jiān)聽。

5結(jié)語(yǔ)

本文給出了一種基于無(wú)線通信技術(shù)的具有液位檢測(cè)報(bào)警功能的油田單井罐液位檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)方案，具有保溫功能，能夠縮短油氣分離時(shí)間，并設(shè)置液位檢測(cè)報(bào)警裝置?；诒驹O(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的單井罐液位檢測(cè)報(bào)警裝置，可提高油氣單井罐安全性能，實(shí)現(xiàn)了非接觸數(shù)據(jù)檢測(cè)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸控制，為油氣井生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控奠定基礎(chǔ)，系統(tǒng)應(yīng)用市場(chǎng)前景良好。

參考文獻(xiàn)

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作者介紹：

韓麗英（1966.5.19—）;女;吉林省樺甸;漢;大學(xué);教授;通信;電子信息;吉林省長(zhǎng)春市長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院。