長(zhǎng)慶油田邊遠(yuǎn)井?dāng)?shù)字化建設(shè)研究

譚海峰 萬(wàn)想 金雯

摘要：通信系統(tǒng)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)指揮調(diào)度有著重要的影響。對(duì)于石油企業(yè)來(lái)說(shuō)，每個(gè)油田都有自己的通信網(wǎng)絡(luò)，可以為油田的生產(chǎn)建設(shè)提供良好的通信服務(wù)。然而，隨著產(chǎn)能建設(shè)的不斷發(fā)展，新開(kāi)發(fā)區(qū)塊分散且距離較遠(yuǎn)，給整個(gè)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸帶來(lái)了較大的困難，影響了企業(yè)的生產(chǎn)指揮調(diào)度。因此，本文對(duì)長(zhǎng)慶油田第二采油廠邊遠(yuǎn)井?dāng)?shù)字化建設(shè)進(jìn)行了研究，分析了邊遠(yuǎn)井?dāng)?shù)字化建設(shè)的方案及調(diào)試情況，旨在為石油企業(yè)的數(shù)字化發(fā)展提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)慶油田;邊遠(yuǎn)井;數(shù)字化建設(shè)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）10-0065-03

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，寬帶無(wú)線通信技術(shù)和IP電話技術(shù)已經(jīng)成熟，在油田邊遠(yuǎn)井組網(wǎng)中我們可以充分利用這兩種技術(shù)。邊遠(yuǎn)井網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的思路是使用4G無(wú)線路由器，并在4G無(wú)線路由器上插上電話卡，可將井場(chǎng)主RTU數(shù)據(jù)透過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳到企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，上傳到油氣平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能。該網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，它與采油廠局域網(wǎng)直接相連，完成數(shù)據(jù)信息共享的功能。

1 邊遠(yuǎn)井?dāng)?shù)字化建設(shè)概述

長(zhǎng)慶油田井場(chǎng)采油轉(zhuǎn)運(yùn)到各場(chǎng)站的方式主要有兩種，一是通過(guò)鋪設(shè)輸油管線將井場(chǎng)原油利用壓差傳輸?shù)礁鹘邮照军c(diǎn)，這類井場(chǎng)多建設(shè)較早，已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了一段時(shí)間;二是先將原油儲(chǔ)存在井場(chǎng)的儲(chǔ)油罐內(nèi)，再通過(guò)油罐車(chē)將儲(chǔ)油罐內(nèi)原油拉至卸油臺(tái)進(jìn)行卸油，這類井場(chǎng)多見(jiàn)于探井和邊遠(yuǎn)地區(qū)井場(chǎng)，其特點(diǎn)是管道建設(shè)進(jìn)度滯后于井場(chǎng)建設(shè)，抽油機(jī)常使用柴油機(jī)供電運(yùn)行，隨著數(shù)字化建設(shè)進(jìn)行，逐步取消柴油機(jī)，改為大電帶動(dòng)電機(jī)采油。

從數(shù)字化建設(shè)的角度來(lái)看，邊遠(yuǎn)井?dāng)?shù)字化建設(shè)主要實(shí)現(xiàn)兩方面要求：一是油井功圖數(shù)據(jù)采集，進(jìn)而計(jì)算產(chǎn)液量，分析井下泵工況，指導(dǎo)油井生產(chǎn)運(yùn)行;二是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)油罐液位、動(dòng)液面等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，加強(qiáng)對(duì)邊遠(yuǎn)井現(xiàn)場(chǎng)的管理。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，在長(zhǎng)慶油田采油二廠項(xiàng)目組的指導(dǎo)下，選取嶺南作業(yè)區(qū)悅47井場(chǎng)和莊259井場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)功圖數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的目的。

2 邊遠(yuǎn)井?dāng)?shù)字化建設(shè)實(shí)施方案

2.1 功能設(shè)計(jì)要求

邊遠(yuǎn)井?dāng)?shù)字化建設(shè)要堅(jiān)持“低成本”要求，和常規(guī)井場(chǎng)數(shù)字化建設(shè)存在明顯不同，邊遠(yuǎn)井一般有專人值守，一般無(wú)大電，且多是單井。在油田公司現(xiàn)行SCADA系統(tǒng)下，邊遠(yuǎn)井和常規(guī)井場(chǎng)數(shù)字化建設(shè)存在的不同主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

2.1.1數(shù)據(jù)采集目標(biāo)

邊遠(yuǎn)井?dāng)?shù)據(jù)采集主要包括油井功圖數(shù)據(jù)采集，油井運(yùn)行狀況信息采集，除此之外還需要添加儲(chǔ)油罐液位、動(dòng)液面、蓄電池電壓及容量信息采集。常規(guī)井場(chǎng)數(shù)字化建設(shè)主要采集油井功圖數(shù)據(jù)，油井運(yùn)行工況信息，還可以采集電機(jī)運(yùn)行電參數(shù)。從數(shù)據(jù)采集目標(biāo)看，兩者存在差別。

2.1.2供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

常規(guī)井場(chǎng)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)由其使用設(shè)備決定，一般井場(chǎng)提供大電，可支持各類設(shè)備供電，其供電系統(tǒng)核心電壓為交流220V。邊遠(yuǎn)井井場(chǎng)無(wú)大電，采用蓄電池作為供電系統(tǒng)核心，搭載風(fēng)光互補(bǔ)控制器，風(fēng)機(jī)，太陽(yáng)能板構(gòu)建完整供電系統(tǒng)，設(shè)備選型需考慮蓄電池提供電壓和容量限制。

2.1.3數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳設(shè)計(jì)

常規(guī)井場(chǎng)數(shù)字化建設(shè)多使用網(wǎng)橋或光纜實(shí)現(xiàn)井場(chǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。邊遠(yuǎn)井場(chǎng)無(wú)大電，使用大功率網(wǎng)橋傳輸不現(xiàn)實(shí)，多未接入光纜，且光纜傳輸需要的光纖收發(fā)器大多需要交流220V電，故無(wú)法滿足要求。邊遠(yuǎn)井場(chǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳使用4G無(wú)線路由器實(shí)現(xiàn)，在4G無(wú)線路由器上插上電話卡，可將井場(chǎng)主RTU數(shù)據(jù)透過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳到長(zhǎng)慶內(nèi)網(wǎng)，上傳到油氣院平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能。

2.1.4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

常規(guī)井場(chǎng)數(shù)字化使用云臺(tái)攝像機(jī)或槍機(jī)拍攝現(xiàn)場(chǎng)視頻，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)傳輸回監(jiān)控平臺(tái)。邊遠(yuǎn)井考慮到網(wǎng)絡(luò)傳輸無(wú)法使用網(wǎng)橋或光纜，無(wú)法實(shí)時(shí)傳輸視頻，因此使用可拍照攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，可在上位機(jī)開(kāi)發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)井場(chǎng)視頻定時(shí)拍照和保存功能。

2.2 設(shè)備選型

整個(gè)邊遠(yuǎn)井建設(shè)最關(guān)鍵的部分就是設(shè)備選型，設(shè)備選型的結(jié)果將直接影響到整個(gè)項(xiàng)目的成敗。綜合考慮供電系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，遠(yuǎn)傳系統(tǒng)和攝像機(jī)拍照系統(tǒng)等因素，最終確定各設(shè)備廠家及產(chǎn)品型號(hào)。

2.2.1 供電系統(tǒng)設(shè)備選型

供電系統(tǒng)設(shè)備選型是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前提條件，主要考慮供電電壓級(jí)別和耗電功率兩個(gè)因素。設(shè)計(jì)之初考慮使用蓄電池、風(fēng)機(jī)、太陽(yáng)能板和風(fēng)光互補(bǔ)控制器搭建整個(gè)供電系統(tǒng)。

從蓄電池的角度來(lái)看，電壓等級(jí)主要有DC12V、DC24V、DC36V?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)使用的RTU、攝像機(jī)、遠(yuǎn)傳裝置等的供電電壓需求，主要包括DC12V和DC24V，因此首先將DC36V供電系統(tǒng)淘汰。因此有兩套方案可選，方案一是選擇DC12V蓄電池搭建供電系統(tǒng)，搭配DC12V轉(zhuǎn)DC24V升壓變壓器實(shí)現(xiàn)DC24V電源供電;方案二是選擇DC24V蓄電池搭建供電系統(tǒng)，搭配DC24V轉(zhuǎn)DC12V降壓變壓器實(shí)現(xiàn)DC12V電源供電。

這兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，從以下角度進(jìn)行比較：（1）蓄電池體積：從同等蓄電池容量的角度看，DC12V蓄電池的體積要比DC24V蓄電池體積大一倍。（2）太陽(yáng)能板體積：因?yàn)轱L(fēng)光互補(bǔ)控制器不具備電壓調(diào)節(jié)能力，則DC12V供電系統(tǒng)的太陽(yáng)能板體積要比DC24V太陽(yáng)能板體積小一半。（3）系統(tǒng)安全角度：蓄電池電壓等級(jí)越低一般認(rèn)為安全性能越好。在這一點(diǎn)上DC12V要優(yōu)于DC24V。

綜合上述因素，使用DC12V電壓等級(jí)搭建邊遠(yuǎn)井供電系統(tǒng)，選配DC12V變DC24V變壓器實(shí)現(xiàn)部分設(shè)備供電。蓄電池選擇鉛蓄電池，單塊蓄電池容量為100AH，每個(gè)井場(chǎng)埋設(shè)兩塊電池，并聯(lián)方式連接，總?cè)萘繛?00AH?？紤]工作電流均值為2A時(shí)，考慮極端天氣因素，僅靠蓄電池供電，可保證連續(xù)供電至少100小時(shí)，約為4-5天，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。風(fēng)光互補(bǔ)控制器主要有三個(gè)作用，一是將風(fēng)能和太陽(yáng)能存儲(chǔ)到蓄電池里;二是將蓄電池、風(fēng)能、太陽(yáng)能對(duì)外輸出穩(wěn)定的12V電壓，為外部設(shè)備供電;三是起到調(diào)節(jié)風(fēng)能、太陽(yáng)能給蓄電池供電的能力，避免過(guò)沖和過(guò)放，保障供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。常用風(fēng)光互補(bǔ)控制器控制系統(tǒng)圖如下：

2.2.2 數(shù)據(jù)采集裝置設(shè)備選型

整套數(shù)據(jù)采集裝置選用安控設(shè)備，包括主RTU和井口RTU，主RTU型號(hào)為L(zhǎng)201，井口RTU型號(hào)為L(zhǎng)308。

選用安控設(shè)備主要原因是性能穩(wěn)定，調(diào)試簡(jiǎn)便。L308和L201之間通過(guò)天線通訊，通信速率為2.4GHz。L308中有模擬量端子，可用于接模擬量?jī)x表，如儲(chǔ)油罐液位，或動(dòng)液面采集。L201通過(guò)網(wǎng)線向外部發(fā)送數(shù)據(jù)，可接宏電4G無(wú)線路由器模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。

在井口安裝井口采集箱，給井口采集箱供電DC24V。L308下載程序版本為“L308_S907_S910_ZIGBEE_V3.10.bin”，在配置軟件里配置地址，通道，調(diào)整沖程與實(shí)際相符即可。L201下載程序版本為“L211_SCADA_ZIGBEE_V3.31.bin”，本版本L201程序支持485儀表數(shù)據(jù)采集，增加類似安控PLC采集塊功能，可實(shí)現(xiàn)485儀表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，在實(shí)際使用中可用于采集風(fēng)光互補(bǔ)控制器的蓄電池電壓等數(shù)據(jù)。

2.2.3 遠(yuǎn)傳裝置設(shè)備選型

遠(yuǎn)傳裝置采用宏電H7920或H7921模塊，搭配電信專網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)L201數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入長(zhǎng)慶內(nèi)部局域網(wǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明H7920和H7921兩種模塊都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接入。宏電模塊如下圖所示：

2.2.4 攝像機(jī)裝置設(shè)備選型

邊遠(yuǎn)井場(chǎng)所用攝像機(jī)和常規(guī)井場(chǎng)不同。不同于常規(guī)井場(chǎng)夜晚有大燈照射，具備較高亮度環(huán)境，供電電壓無(wú)法滿足大功率供電要求，數(shù)據(jù)傳輸不要求實(shí)時(shí)視頻傳輸，通訊方式上無(wú)法采用光纖傳輸?shù)?。根?jù)項(xiàng)目具體要求，選擇尚新航電子出品的SXH485-L1串口攝像頭，產(chǎn)品實(shí)物及尺寸如下圖所示。

SXH485-L1系列串口攝像頭是一款具有視頻采集和圖像壓縮功能的攝像機(jī)，具有200萬(wàn)像素CMOS攝像頭，最大分辨率可達(dá)到1600×1200，它是一個(gè)內(nèi)含有拍攝控制、捕捉、圖像數(shù)據(jù)采集、圖像JPEG壓縮、SD卡存儲(chǔ)、串口通信等功能的齊全的工業(yè)用圖像采集設(shè)備。采用標(biāo)準(zhǔn)的JPEG圖像壓縮算法，本產(chǎn)品的圖像輸出格式與常用計(jì)算機(jī)完全兼容。同時(shí)，本產(chǎn)品帶有紅外照明功能，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)照度補(bǔ)償、在黑暗的光線下仍有較好的圖片質(zhì)量。按照工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，輸入電壓可以支持（6V～12V）直流電源?？稍?40～85攝氏度度范圍內(nèi)正常工作。

3 邊遠(yuǎn)井?dāng)?shù)字化建設(shè)調(diào)試說(shuō)明

3.1 上位機(jī)軟件選型與調(diào)試

上位機(jī)組態(tài)軟件選型主要從功能，費(fèi)用，后期維護(hù)等角度考慮。功能上主要實(shí)現(xiàn)邊遠(yuǎn)井?dāng)?shù)據(jù)采集顯示功能，包括功圖采集與顯示，功圖上傳到油氣院平臺(tái)，儲(chǔ)油罐液位、動(dòng)液面數(shù)據(jù)采集與顯示。費(fèi)用上考慮由于是測(cè)試階段，盡量節(jié)約軟件費(fèi)用，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能即可。后期維護(hù)角度考慮主要是維護(hù)方便，操作簡(jiǎn)便。

當(dāng)前長(zhǎng)慶油田所用的上位機(jī)軟件主要包括力控和亞控兩種，基于完整的SCADA系統(tǒng)，二者均可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器到客戶端的數(shù)據(jù)采集與傳輸模式，它們作為一套成熟的系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，造價(jià)貴，維護(hù)復(fù)雜。基于上述考慮選擇過(guò)渡階段版的力控組態(tài)軟件。

3.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸解決方案

選用安控井口RTU和主RTU實(shí)現(xiàn)工圖采集并轉(zhuǎn)網(wǎng)口輸出。井口采集使用安控L308模塊，通過(guò)無(wú)線方式將工圖數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃201上，在L201上通過(guò)網(wǎng)口連接到宏電H7920或H7921上。

宏電7920模塊和宏電7921模塊的區(qū)別在于是否有VPN功能，對(duì)本項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，如果有專網(wǎng)卡，那么VPN專網(wǎng)功能借助于運(yùn)營(yíng)商提供的專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，就可以不用模塊本身再帶有VPN功能了，因此選擇宏電7920模塊還是7921模塊都可以實(shí)現(xiàn)要求功能。

3.3 油氣院客戶端安裝

在邊遠(yuǎn)井客戶端的D盤(pán)可實(shí)現(xiàn)ERG文件采集，將采集回來(lái)的ERG文件通過(guò)油氣院客戶端軟件上傳到油氣院平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)單井產(chǎn)液量的計(jì)量。油氣院量油軟件運(yùn)行畫(huà)面如下圖所示：通過(guò)油氣院軟件客戶端，將erg功圖文件上傳到廠油氣院平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)油井功圖上線計(jì)量產(chǎn)液量，工況分析。

3.4 圖片采集與傳輸

使用485轉(zhuǎn)232模塊加上串口線，將攝像機(jī)和筆記本電腦連接起來(lái)。打開(kāi)攝像頭調(diào)試軟件。首先選擇串口號(hào)，將其選擇為電腦為USB串口線虛擬的串口。本次調(diào)試時(shí)電腦給串口線虛擬的串口是COM1口。接著點(diǎn)擊“打開(kāi)串口”，此時(shí)打開(kāi)串口按鈕變?yōu)榛疑?。接著點(diǎn)擊攝像頭波特率設(shè)置里面的查詢按鈕。使用查詢按鈕可以自動(dòng)查詢到當(dāng)前串口攝像機(jī)的地址和波特率。此時(shí)在攝像頭波特率設(shè)置里顯示波特率和地址為當(dāng)前攝像機(jī)的參數(shù)。與此同時(shí)串口參數(shù)里的波特率和地址也自動(dòng)變?yōu)楫?dāng)前串口攝像機(jī)的地址和波特率。

如果需要更改攝像機(jī)的波特率和地址，則在下圖波特率和地址處填寫(xiě)當(dāng)前的波特率和地址，然后點(diǎn)擊保存前面的框，在新里面輸入要更改的地址，然后點(diǎn)擊設(shè)置即可，更改成功后在下方將有提示“地址更改成功”。

4 結(jié)束語(yǔ)

寬帶無(wú)線接入技術(shù)的應(yīng)用不僅可以完成數(shù)據(jù)通信的功能，同時(shí)也可以在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)話音通信以及視頻會(huì)議或視頻監(jiān)控，真正滿足油田邊遠(yuǎn)生產(chǎn)指揮調(diào)度、傳輸勘探開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)的需求，為油田信息化創(chuàng)造了條件。通過(guò)對(duì)長(zhǎng)慶油田第二采油廠邊遠(yuǎn)井站控系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)研究，使其更有效應(yīng)用于井站一體化模式，在該模式下更加高效平穩(wěn)運(yùn)行。長(zhǎng)慶油田邊遠(yuǎn)井站控系統(tǒng)的建設(shè)，在推進(jìn)智能化前端建設(shè)中起到了極大的作用。同時(shí)，站控系統(tǒng)作為井站數(shù)據(jù)一體化的重要組成部分，需要進(jìn)行不斷更新和優(yōu)化以滿足生產(chǎn)發(fā)展實(shí)際，更需要持續(xù)提升系統(tǒng)性能，使系統(tǒng)更好地服務(wù)于氣田生產(chǎn)。

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