基于物聯網的井場信息管理系統

江璟科

[摘 要]為了建立數字化油田，實現對采油井井場進行時時管理，企業需要建立一套井場信息采集管理系統。本文在介紹井場數據傳輸系統硬件組成的基礎上，對井場數據管理子系統進行詳細論述。該系統的建立，實現了井場各個環節的緊密連接，同時也為油井智能化與數字化生產奠定了堅實的基礎。

[關鍵詞]物聯網；數字化；井場信息管理系統

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.16.025

[中圖分類號]F270.7 [文獻標識碼]A [文章編號] 1673-0194（2017）16-00-02

0 引 言

大慶油田的采油井很多都是位于人煙稀少的曠野中，所采用的管理方式主要是人工巡查，即由巡檢人員每天親自到現場對抽油機的運轉情況進行實際查看，并獲取井場及設備信息，記錄采油井井場情況和相關設備的運轉數據。隨著科技的不斷進步，無線傳感器、云計算、通信網絡、RFID等技術都得到了飛速發展，這間接促使數字化油田在采油井場上得到了規模化應用，數字化油田的建立與普及是現代科技和油田發展的必然趨勢。采油井井場是數字化油田應用場所和基礎數據采集的源頭，因此，建立一套井場信息采集管理系統對數字化油田的構建和準確的數據采集具有重要的作用。

1 井場信息管理系統硬件的組成

要想實現數據的準確采集和傳輸，構建數字化油田、井場數據傳輸系統是不可缺少的，通常情況下，井場數據傳輸系統主要是對采油井井口參數、抽油機工作狀態參數、現場視頻圖像、示功圖測量數據、壓力數據等相關基礎數據進行采集后并傳輸到指揮中心，這能夠對采集的數據進行遠程分析和處理。基于物聯網的數據處理系統主要由以下幾個部分組成，分別為數據采集系統、無線傳輸網絡系統和指揮中心數據處理系統。

1.1 井場油井數據采集

數據采集主要是由安裝在抽油機上的高清網絡攝像機、無線傳感器、壓力變送器、溫度變送器等構成。抽油機井口參數采集點分布如圖1所示。

圖1顯示的部分是數字油田的感知層，由各種變送器和傳感器構成。井口數據采集和控制用的是北京安控科技的Super E系列RTU，該設備集成了2路RS485和8路AI，起到了通用協議轉換的作用，硬件上可以接入4 mA～20 mA、RS485等大部分類型的信號；軟件支持各種標準、自定義通訊協議。數據格式統一后，上傳速度快且準確，既提高了通信效率，又統一了與上位機的數據接口，便于上位機軟件的開發調試和維護。

（1）實現參數。實現參數包括電機綜合參數（電流、電壓、電量、有功功率、無功功率、功率因素）、井口參數（油壓、套壓）、抽油機參數（示功圖、沖程、沖次）。

（2）儀表配置。儀表配置包括RTU（含語音提示裝置）、電量采集模塊（含遠程啟停裝置）、載荷傳感器、位移傳感器以及壓力變送器。

1.2 井場視頻監控

視頻監控系統共分為兩部分，即前端設備和后臺設備。前端設備是指安裝在工區各主要路口及站庫的所有監控設備、網絡設備、報警設備及配套設備等，由攝像系統和報警探測器組成。后臺設備是指安裝在油田采油調度監控中心的監控終端、服務器、磁盤陣列、UPS、網絡設備等。

1.3 井場數據傳輸

無線局域網技術是數字化油田數據傳輸網絡的核心技術，關系到無線網絡的承載能力和安全性。現有技術中，GPRS技術和CDMA 1X技術只能提供幾十 k的數據傳輸速率，無法滿足視頻信息的有效傳輸；3 G技術雖然能夠提供幾兆的數據帶寬，但一方面慶新油田區域3 G網絡建設相對滯后，無線寬帶信號尚未覆蓋；另一方面3 G技術主要面對的是公眾用戶，無法有效實現公私網絡的隔離，數據需要經過省級或地市級核心網絡的分離后，經公網再接入油田企業網中，數據傳輸的安全性無法得到保障。無線寬帶城域網技術中，Wimax技術由于使用頻率與TD-SCDMA技術沖突，已被我國明令禁止，因此Mcwill技術是慶新油田信息化解決單井信息傳輸的最佳選擇。

慶新油田在采油一工區和二工區各新建通信鐵塔1座，配套建設塔下機房及基礎，同時新建McWill無線寬帶基站2套，通過光纖接入油田企業網，無線信號將覆蓋整個慶新油田。慶新油田野外油水井的采集和視頻信息，將通過無線寬帶通信模塊以IP方式上傳至監控中心，在工程施工過程中首先保證了網絡能長距離、高帶寬的回傳，且性能穩定，還可以實現對設備集中管理，便于維護。

2 井場數據管理子系統

井場數據管理子系統包括基礎數據管理模塊、油水井運行管理模塊、遠程控制模塊、設備管理模塊、告警管理模塊5大功能。

2.1 基礎數據管理

（1）視頻采集對應關系：當采集設備IP出現變動時，通過其進行數據修正。

（2）油井基礎數據：記錄油井的數字化屬性，如采油方式是否采集油套壓，是否有視頻監控等；同時，其也管理與油井計算相關的參數，如，下泵深度、液體動力粘度、液體密度等，需要進行完善方可確保系統正常運行。

2.2 油水井運行管理

油水井運行管理包括：管理油水井運行的實時數據和采集數據、管理實時數據歷史、管理日數據歷史、管理運行數據、油井量油值管理、功圖打印。其中，油井量油值管理記錄最新的油井量油值，便于在報表中進行日產量提取；功圖打印是從一個月中選定功圖類型，并打印。

2.3 遠程控制

（1）油井遠程啟停。擁有啟停權限的用戶，可以通過視頻對油井設備進行遠程遙控，完成井的啟動和停止等操作；對于沒有視頻設備的油井，為保證生產安全，只給予相關人員遠程停井權限，其可通過遠程單井或多井頁面實現遠程停井。

（2）摻水量控制。摻水量控制包括水井摻水量控制與環摻水量控制兩部分。

2.4 設備管理

（1）油井設備管理。第一，管理油井的各設備組織單元，包括抽油機、抽油泵、電機、配重塊等明細信息。第二，通過組合各組織單元，同時記錄油井的油桿、油管信息，完成油井的設備組裝；根據設備安裝期限和維護期限，進行設備檢修提示。

（2）配注間設備管理。用戶管理配注間的各設備組織單元，包括柱塞泵和電機等明細信息；通過組合各組織單元，完成配注間各設備的配備管理；根據設備安裝期限和維護期限，進行設備檢修提示。

2.5 告警管理

（1）閾值管理。用戶能夠對所有工區的油井、水井、環、站庫的閥值進行添加、編輯和刪除。系統通過自動讀取用戶設置的閾值，檢索相應的采集數據，當出現采集數據異常時，給出告警提示；為防止遺漏告警項，系統采用翻頁的方式進行閾值的逐一添加。

（2）歷史查詢。對油井、水井、計量間、配注間等生產單元告警歷史的查詢與相應的流處理。

（3）流處理。對每一個告警的處理流程進行查詢，包括接警、銷警、歸檔、查看歷史等。如果不通過告警流處理，則采用直接銷警的方式。

這些內容介紹了慶新油田井場信息管理系統的相關功能和部分設計思路，該系統完全符合物聯網的定義和物聯網的三層結構，從技術上對物聯網包含的6大核心應用技術，即共性支撐技術、數據處理技術、傳感器技術、WSN無線傳感網技術等，提供了有力的支撐，是物聯網技術在數字化油田建設中的典型應用。

3 結 語

基于物聯網技術的井場數據管理系統實現了井場監測監控信息采集、傳輸、轉換、遠程監控，通過物聯網不僅可以實現井場跨地域的協同工作，還可以緊密連接油井生產的各個環節，并實現油井及油田生產與技術的整合，進一步實現油井的智能化和油田數字化的生產經營管理。

主要參考文獻

[1]容濤，張乃祿，劉祥周，等.基于物聯網的智能井場數據傳輸系統[J].油氣田地面工程，2013（9）.

[2]曾韜.物聯網在數字油田的應用[J].電信科學，2010（4）.

[3]張乃祿，張源，徐競天，等.基于通用無線分組業務（GPRS）的油田生產安全監控系統[J].中國安全科學學報，2006（8）.