基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)傳壓力變送器在大牛地氣田的試驗(yàn)效果評價(jià)

王子雨 徐嘉 崔夢迪 潘俊宏

1. 中國石化華北油氣分公司采氣一廠 河南 鄭州 450000；

2. 中國石油長慶油田分公司采油十二廠 陜西 西安 710021

1 試驗(yàn)背景

大牛地氣田地處陜蒙交界鄂爾多斯盆地北部，位于毛烏素沙地東部，地形主要為沙地和沙丘。氣田開發(fā)始于2003年，其中75%以上的氣井投產(chǎn)時(shí)間超過10年。建產(chǎn)初期，由于信息化基礎(chǔ)設(shè)施的局限性及成本控制，氣井井口壓力及溫度等參數(shù)均采用機(jī)械壓力表、玻璃溫度計(jì)等測量儀器進(jìn)行采集，通過原始的人工抄錄方式進(jìn)行錄取，數(shù)據(jù)錄入工作的效率低且缺乏連續(xù)性，同時(shí)由于井位分布分散，巡檢工作耗費(fèi)的成本不斷增加，亟須對氣井?dāng)?shù)據(jù)的錄取方式進(jìn)行信息化改革。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things, NB-IoT）技術(shù)構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，只消耗約180kHz的帶寬，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)低成本平滑升級[1]。目前NB遠(yuǎn)傳技術(shù)已與多個(gè)行業(yè)的儀器儀表設(shè)備相結(jié)合，并形成了較為成熟的遠(yuǎn)傳智能壓力、溫度變送器產(chǎn)品，且由于變送器低功耗的設(shè)備特性，可通過自身攜帶電池供電，正常的數(shù)據(jù)傳輸功能下，電池壽命可達(dá)3-5年，基本滿足了大牛地氣田井口數(shù)據(jù)信息化改造的硬件設(shè)備要求。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋情況評估試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取大牛地氣田采氣管理一區(qū)為信息化改造試驗(yàn)區(qū)塊，對試驗(yàn)區(qū)塊內(nèi)所有單井井場的NB信號進(jìn)行測試普查，根據(jù)測試結(jié)果對試驗(yàn)區(qū)推廣使用NB遠(yuǎn)傳儀表的信號覆蓋基礎(chǔ)情況進(jìn)行評估。

2.2 井口數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳單井試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場NB信號覆蓋情況，選取NB信號質(zhì)量良好以上的單井，同時(shí)優(yōu)選NB遠(yuǎn)傳壓力、溫度變送器，進(jìn)行井口數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳單井應(yīng)用效果評價(jià)試驗(yàn)。壓力、溫度遠(yuǎn)傳變送器應(yīng)滿足以下應(yīng)用要求：①壓力、溫度量程范圍包含井口所能達(dá)到的極限情況；②過程接口可根據(jù)井口采氣樹取壓考克類型進(jìn)行定制；③遠(yuǎn)傳變送器自帶電源，電源電壓應(yīng)在安全電壓要求范圍內(nèi)；④測量適用環(huán)境為天然氣與地層水混合流體；⑤傳輸網(wǎng)絡(luò)為NBIoT，且數(shù)據(jù)傳輸最小周期應(yīng)小于60min，并能隨時(shí)滿足加密傳輸?shù)臄?shù)據(jù)監(jiān)測需求。

根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用需求，優(yōu)選福建上潤精密儀器有限公司的362系列智能遠(yuǎn)傳壓力、溫度一體化變送器進(jìn)行單井?dāng)?shù)據(jù)遠(yuǎn)傳試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)情況及效果評價(jià)

3.1 試驗(yàn)區(qū)NB網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋情況測試結(jié)果

使用D5200型智能NB網(wǎng)絡(luò)測試儀對大牛地氣田試驗(yàn)區(qū)塊276口單井井場的電信公司NB網(wǎng)絡(luò)信號進(jìn)行實(shí)地測量和記錄，結(jié)果顯示：269口單井井場的電信NB信號駐網(wǎng)成功，信號覆蓋率達(dá)到97.4%；信號質(zhì)量達(dá)到良好以上的井?dāng)?shù)為223口，占總井?dāng)?shù)的80.8%。

3.2 單井試驗(yàn)情況及效果評價(jià)

（1）單井試驗(yàn)情況。根據(jù)NB網(wǎng)絡(luò)信號測試結(jié)果，優(yōu)選信號質(zhì)量為優(yōu)的D1-1-112井進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳單井試驗(yàn)。該井于2020年1月14日完成井口遠(yuǎn)傳溫度、壓力一體化變送器儀表的安裝及參數(shù)的設(shè)定和調(diào)試，開啟了井口油管壓力、溫度的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳功能，至目前運(yùn)行時(shí)間超過165天，累計(jì)成功傳輸井口壓力、溫度數(shù)據(jù)4339條，整體運(yùn)行平穩(wěn)，在較短的數(shù)據(jù)傳輸周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)了井口壓力、溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳。

（2）環(huán)境適用性評價(jià)。單井井口數(shù)據(jù)NB遠(yuǎn)傳試驗(yàn)過程中，整體的環(huán)境適用性良好。在經(jīng)過1-3月冬季極寒溫度條件下，正常的運(yùn)行時(shí)率達(dá)到90%以上，其中非正常運(yùn)行情況存在于：1月20日至2月10日之間的部分日期最低溫度下降到-20℃以下，試驗(yàn)儀表為保證長期的電池使用壽命，開啟了電池保護(hù)功能，即暫時(shí)關(guān)閉了能耗較大的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能，僅保留現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)功能，待最低氣溫恢復(fù)至-20℃以上后，可通過平臺遠(yuǎn)程開啟儀表的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能，同時(shí)儀表能將遠(yuǎn)傳功能關(guān)閉期間存儲(chǔ)的參數(shù)數(shù)據(jù)補(bǔ)發(fā)至云平臺，保證了數(shù)據(jù)錄取的連續(xù)性。

（3）經(jīng)濟(jì)效果評價(jià)。通過實(shí)現(xiàn)井口壓力、溫度數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，減少了巡檢需求，降低了人工巡井成本。以試驗(yàn)井D1-1-112井為例，按照前期3天1次的單井巡井周期需求計(jì)算，安裝井口溫壓遠(yuǎn)傳儀表后，試驗(yàn)井每周期可減少巡井車輛12km的巡井里程（巡井車平均百公里油耗為15L，92#汽油0.82元/L），折合成1天的油耗成本約為0.5元，同時(shí)加上定期巡檢的人工成本120元/天，升級為NB遠(yuǎn)傳儀表進(jìn)行井口數(shù)據(jù)錄取，單口井每日節(jié)省成本120.5元。按照每塊NB遠(yuǎn)傳儀表2000元的市場價(jià)格，單口井需安裝油壓、套壓兩塊儀表，即初期投資費(fèi)用4000元，僅需34天即可收回初期投資成本。

4 結(jié)束語

（1）通過對大牛地氣田信息化改造試驗(yàn)區(qū)單井井場的NB網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋情況進(jìn)行測試普查，信號覆蓋率達(dá)到97.4%，且信號質(zhì)量達(dá)到良好以上的井?dāng)?shù)達(dá)到80.8%。可以在試驗(yàn)區(qū)推廣應(yīng)用基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）技術(shù)的遠(yuǎn)傳壓力變送器進(jìn)行氣井?dāng)?shù)據(jù)錄取方式信息化改造[2]。

（2）通過井口壓力、溫度數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的單井試驗(yàn)效果評價(jià)，當(dāng)前市場上已經(jīng)形成了較為成熟的遠(yuǎn)傳智能壓力、溫度變送器儀表及配套平臺產(chǎn)品，且儀表的現(xiàn)場環(huán)境適用性及平臺的功能多樣性均可以較好地滿足試驗(yàn)區(qū)塊數(shù)據(jù)錄取信息化改造的應(yīng)用需求。

（3）通過對井口數(shù)據(jù)錄取方式進(jìn)行NB遠(yuǎn)傳儀表的信息化改造后，在提高數(shù)據(jù)錄取效率和質(zhì)量的同時(shí)，能夠較大的縮減人工巡檢成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。