基于GIS的油井實時監控系統的設計與實現

張富利 謝光華 張恩莉 陳文

摘要：油井的管理和維護是油田的重點工作，每口油井的位置、狀態等信息都是油井管理者關心的內容。由于油井信息與空間分布有關，是一種空間信息，當前油井管理系統只實現對油井的非空間數據管理，無法直觀地了解油井地理位置、生產實時狀態等信息。在結合目前油井數據采集技術以及GIS技術的基礎上，針對油井生產運行狀態實時監測、耗電量監測等問題，提出了油井實時監控系統的設計與實現方案。

關鍵詞：油井；GIS；監控系統；工頻通信

1 概述

地理信息系統（GIS）技術是近些年迅速發展起來的一門空間信息分析技術，在資源與環境應用領域中，它發揮著技術先導的作用。GIS技術不僅可以有效地管理具有空間屬性的各種資源環境信息，而且可以有效地對資源環境狀況及生產活動變化進行動態監測和分析比較，也可將數據收集、空間分析和決策過程綜合為一個共同的信息流，明顯地提高工作效率和經濟效益，為解決資源環境問題及保障可持續發展提供技術支持。

GIS在石油行業中的應用十分廣泛，在石油物探領域，應用GIS技術可以幫助科研人員科學部署地震側線、進行高效準確的圖件編輯以及進行物探資料的空間疊加分析等。在油田生產統計中，應用GIS技術可以幫助科研人員實現對井位部署、產量分布及油井動態信息的可視化管理。通過GIS系統，將所有油井以符號的形式標注在油田地圖上，不同產量的區域用不同的顏色標注，統計人員結合地理位置表述可以對油井分布區域、井下作業、生產能力及產量、停關井情況等數據有直觀了解判斷，并且可以通過地圖縮放改變顯示內容，進一步定向查詢詳細信息。例如查詢某一單井的井位坐標、產液量等詳細數據。

隨著GIS技術的日益成熟，應用GIS技術設計一套基于目前數據采集技術的油井生產實時監控軟件，將油井的空間數據與屬性數據相結合，實現人機交互的油井信息管理，對于油井信息的科學管理，提高油井管理水平是十分必要的。

2 油井數據采集方式簡介

目前，根據國內油井分布特點，在油井實時數據采集方面除了人工巡檢的方式外，還有其他數據傳輸方式實現對油井的監測管理。這些數據傳輸技術包括：基于移動通信網的GSM短信（SMS）/GPRS/CDMA無線通信方式、基于配電網電力線路的雙向工頻通信方式以及其他通信方式等。這些技術已被應用于抽油機監控系統中。

其中一些數據傳輸方式的基本概念和特點如下：

GPRS無線通信方式：一種分組交換系統，有實時在線，按量計費，快捷登錄、高速傳輸等特點。這種方式傳輸數據實時性好，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絡的中低壓載波，無需專門布線，可實現跨變壓器臺區的長距離傳輸等特點。應用于對各類電氣信號的采集，包括電壓、電流等參數的采集。

3 系統設計

根據目前油井數據采集技術，本文在已應用雙向工頻通信方式采集到的油井實時數據基礎上，結合GIS技術以及油井開發數據，針對基于GIS的油井監控系統設計進行了研究。

3.1系統架構設計

系統采用C/S架構，空間數據和屬性數據統一管理在服務器端，使用ArcSDE進行空間數據管理，油井屬性數據使用ADO.NET進行訪問。空間數據包括基礎地理數據和油井位置數據，屬性數據包括油井基礎數據和實時狀態數據，油井控制軟件位于服務器端，每口油井的狀態信息由服務器端實時檢測并更新到數據庫相應字段，油井監控軟件位于客戶端，通過ADO.NET動態讀取油井狀態數據對油井進行可視化顯示，并向服務器端控制軟件發送消息驅動其修改油井工作狀態。

3.2 系統主要功能設計

油井監控系統實現的主要功能如下：

1）基礎數據管理功能。依據油井空間坐標信息生成油井井位圖，油井井位圖以平面圖形式顯示道路、中轉站、隊界、礦界等基礎地理數據。井位圖可實現放大、縮小，距離測量，基礎數據的添加、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。自動定位油井空間位置，點擊油井能實時顯示其工作狀態和其相關生產數據。

3）油井狀態符號化顯示。采用不同顏色來區別顯示抽油機工作狀態，包括：抽油機運行、抽油機停機、缺相、三相不平衡等狀態。系統采用四種不同顏色對油井進行符號化顯示，直觀地展示了油井實時的工作狀態信息。

4）油井狀態管理功能。客戶端管理人員通過系統向服務器端控制軟件發送相關控制命令，驅動其修改服務器端油井狀態數據庫，實現對油井狀態信息的確認。

5）油井生產信息統計分析功能：實現單井生產運行記錄統計、用電量統計、停井原因統計等功能。

4 系統實現

4.1 油井基礎數據管理

油井基礎數據管理主要根據油井空間坐標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、轉油站、道路、隊界等圖層，在圖層列表面板中右鍵點擊相關圖層，在出現的對話框中，選擇符號（Symbology）選項頁，可對圖層屬性進行設置，包括圖層顯示符號、顯示顏色等。由于有些油井坐標信息存儲于excel表格中，可以選擇tools菜單欄下面的Add XY Data功能按鈕來導入存有油井坐標信息的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地圖制作軟件來對油井空間屬性信息進行管理。對空間屬性信息的查詢可通過ADO.NET連接數據庫，通過輸入或者在下拉列表中選擇井號，自動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方法實現。

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擊某口油井，在彈出的對話框中顯示該油井的詳細數據信息。

4.3 油井生產狀態管理

油井的生產實時數據通過數據采集卡實時存儲于服務器端數據庫中，客戶端監測軟件通過網絡向服務器端發送獲取數據命令，服務器端接收命令并返回油井實時數據。系統采用C#編程語言，結合ArcEngine實現了油井關停機管理、油井生產狀態管理（包括：缺相、三相不平衡等）等功能。油井管理人員通過向服務器端應用軟件發送具體關停井原因代碼，驅動其修改服務器端油井狀態數據庫信息，如：修改油井關井狀態、油井缺相狀態等，可實現油井的關停井原因確認、油井運行狀態確認等。油井運行狀態如圖所示。

4.4油井生產信息統計分析

通過采用ADO.NET連接服務器端數據庫，采用C#編寫相關程序獲取數據庫中相關數據表，對油井生產運行狀態、油井用電量、停井原因信息等進行統計。針對油井生產運行狀態可按小隊、井等查詢方式，統計出按日、月、年的開關井時間；針對油井電量信息可按線路、小隊、單井等方式，統計出按日、旬、月、年的用電量數據及昨日對比數據；針對停井原因信息可按小隊、井等查詢方式，統計出按日、月、年的停井原因率，通過相應算法查詢具體原因所占百分比。

5 結束語

依據工頻通信技術建立基于GIS的油井生產數據實時監控系統，不僅可以實現對油井空間數據和屬性數據的集中管理，提高數據的一致性和安全性，而且還可以提供地圖的可視化交互檢索和空間分析功能，增強數據表達的直觀性，實現抽油井地理位置的直觀顯示，抽油井工況的連續監測，以及對每口油井生產運行狀態、耗電量數據等信息的隨時監測。系統的應用可以初步形成信息化、科學化的油井管理模式。

參考文獻

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（作者單位：中國石油西南油氣田勘探開發研究院）