油田單井罐液位檢測報警系統(tǒng)方案設計

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

關(guān)鍵詞：油田;單井罐;液位;檢測;報警;無線通信

1概述

近年來，許多高新技術(shù)、新方法和新型儀表如計算機、微電子等高新技術(shù)已經(jīng)應用到油罐的計量領(lǐng)域，使油田單井罐液位檢測進入到一個多功能、高精度的新階段。但在油田原油生產(chǎn)中真正得到應用的為數(shù)不多，這主要是由于原油檢測條件惡劣，罐內(nèi)油水界面隨時間、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)律動態(tài)變化大，經(jīng)常會發(fā)生冒罐、漏油等生產(chǎn)事故，造成不必要的生產(chǎn)損失。為了提高儲單井罐的生產(chǎn)效率，了解儲單井罐中油層的高度，就必須準確的測量出原油的上界面，以便安全地輸入原油，防止溢出;同時也必須準確地測量出原油的下界面，以便放出不含油的水。因此，設計和開發(fā)一種非接觸式的、移動式的、遠程全自動儲油罐的多界面監(jiān)測、報警裝置，并進行自動記錄、存儲、分析、顯示和打印就尤為必要。

2項目研究內(nèi)容和擬解決的問題

2.1一種具有液位檢測報警功能的油田單井罐

單井罐液位檢測報警系統(tǒng)采用非接觸移動式電容法的檢測，參數(shù)的測定及計算?？傮w設計框圖如下：

電容傳感器：完成單井罐液位非接觸式數(shù)據(jù)檢測;

信號采集電路：把傳感器檢測到的微弱信號進行初步處理;

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

主控制器：完成液位信號檢測、傳輸、控制;

驅(qū)動控制電路：完成單井罐相關(guān)部件的報警、液位保護處理等;

無線數(shù)據(jù)通信電路：包括無線數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。通過無線通信和網(wǎng)絡模塊把需要發(fā)送和接收到的控制信息進行數(shù)據(jù)傳輸。多個的單井罐可以實現(xiàn)組網(wǎng)控制。

供電電路：完成整個報警系統(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能補充供電模式。并且能夠進行自動切換。

2.2液位檢測設備安裝圖

液位檢測報警工作過程及參數(shù)的測定?，F(xiàn)場設備構(gòu)成示意圖如下：

3單井罐報警控制中的無線通信技術(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)的報警數(shù)據(jù)存儲在單井罐本地，采用人工方式采集這些數(shù)據(jù)，效率低，不能準確及時，并對工作人員的安全構(gòu)成極大威脅。隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了應用GPRS，GSM，數(shù)字電臺采集這些數(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。首先是這些設備造價昂貴，維護和運營費用高。ZIGBEE無線通信技術(shù)和LoRa網(wǎng)絡技術(shù)的出現(xiàn)和應用可以使這些問題得到很好的解決，實現(xiàn)了高效率、智能化，并且為進一步實現(xiàn)大數(shù)據(jù)環(huán)境下油田單井罐物聯(lián)網(wǎng)建設奠定了硬件基礎。

3.1單井罐液位報警控制中無線通信技術(shù)應用的必要性

（1），基于單井罐地理環(huán)境多為偏遠地區(qū)或為海上、湖泊，沙漠等限制無法使用有線傳輸，無線網(wǎng)絡成為首選;

（2）基于單井罐地理分布特點，無線網(wǎng)絡需要實現(xiàn)廣域覆蓋;

（3） 建設傳統(tǒng)的運營商無線專網(wǎng)成本非常昂貴;

（4） 數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩孕枨?

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

3.2無線數(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)絡技術(shù)結(jié)。由于單井罐一般是成群分布，在井場內(nèi)部和井群內(nèi)部由ZIGBEE 終端節(jié)點，路由節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點組成一個無線網(wǎng)。整個井群的數(shù)據(jù)再經(jīng)LoRa網(wǎng)絡傳回相距交遠的數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)中心或使用單位經(jīng)過對數(shù)據(jù)處理，對油井進行時時監(jiān)測和控制。

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

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

本方案設計可通過無線通信進行可識別井號、采集數(shù)據(jù)具有時間信息的液位檢測。檢測數(shù)據(jù)時無需人工到現(xiàn)場打開單井罐，實現(xiàn)真正的無人值守。單井罐維修時可在罐外無線讀取液位數(shù)據(jù)，測試安全方便，大大減輕勞動強度，有效提高巡井質(zhì)量，可促使巡檢人員在規(guī)定的時間、確定的油井和水井位置取得實際、有用、數(shù)據(jù)準確的液位檢測值，有利于確?；A分析數(shù)據(jù)的準確性，為油田生產(chǎn)過程制定出有針對性的合理的調(diào)控措施，為增產(chǎn)措施提供依據(jù)，促進油田的生產(chǎn)。

4系統(tǒng)方案特點

（1）采用模塊化設計，系統(tǒng)集成化程度高;

（2） Zigbee、LoRa無線通信技術(shù)成熟;

（3）Zigbee通信不需要任何費用、節(jié)省控制成本;

（4）LoRa無線傳輸采用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)、定點傳輸、廣播與數(shù)據(jù)監(jiān)聽。

5結(jié)語

本文給出了一種基于無線通信技術(shù)的具有液位檢測報警功能的油田單井罐液位檢測報警系統(tǒng)方案，具有保溫功能，能夠縮短油氣分離時間，并設置液位檢測報警裝置?；诒驹O計方案設計的單井罐液位檢測報警裝置，可提高油氣單井罐安全性能，實現(xiàn)了非接觸數(shù)據(jù)檢測、無線數(shù)據(jù)傳輸控制，為油氣井生產(chǎn)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控奠定基礎，系統(tǒng)應用市場前景良好。

參考文獻

[1]胡緒堯，孫曉英，肖安山，楊靜怡，馬明，賈潤中.探地雷達在加油站地下罐區(qū)泄漏檢測中的應用[J].安全、健康和環(huán)境.2016.

[2]楊梅，楊智超，李鳳緒，王成林儲油罐設計儲存液位高度的計算[J]..當代化工.2015（02）

作者介紹：

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