油田邊緣井物聯(lián)網(wǎng)解決方案探索

謝亞莉

[摘 要]邊緣井的管理一直是各油田生產(chǎn)管理的難題，由于單井地理位置分散，距離中心站點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，一般沒有集輸管線，采用單罐生產(chǎn)的方式。當(dāng)油罐儲(chǔ)油量達(dá)到拉油液位時(shí)，由拉油罐車運(yùn)至集中拉油站。邊緣井雖然距離采油作業(yè)區(qū)中心站較遠(yuǎn)，但生產(chǎn)管理不能放松，仍然需要每天進(jìn)行單井巡檢、資料錄取、產(chǎn)量計(jì)量、安全環(huán)保等工作，耗時(shí)耗力。當(dāng)今世界物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，為人們提供了很多解決邊緣井生產(chǎn)方式落后難題的手段，相關(guān)研究人員經(jīng)過不斷嘗試測算，進(jìn)行了一些初步探索，實(shí)現(xiàn)了偏遠(yuǎn)油井物聯(lián)網(wǎng)接入，解決了生產(chǎn)管理中的一些難題。

[關(guān)鍵詞]邊緣井;物聯(lián)網(wǎng);解決方案

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.14.054

[中圖分類號(hào)]F270.7;TP393[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1673-0194（2020）14-0-02

1? ? ?油田邊緣井物聯(lián)網(wǎng)管理現(xiàn)狀

準(zhǔn)東采油廠沙南作業(yè)區(qū)某區(qū)塊由于油井開發(fā)時(shí)間周期較長，且管理的油井大多是該區(qū)塊的探井，目前該區(qū)塊的網(wǎng)橋只覆蓋到轉(zhuǎn)油站附近的油井，無法實(shí)現(xiàn)邊緣井的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。偏遠(yuǎn)單井與轉(zhuǎn)油站距離較遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)的井距離轉(zhuǎn)油站直線距離達(dá)25千米，敷設(shè)輸油管線性價(jià)比低，且油井周圍農(nóng)田樹木環(huán)繞，涉及征地等諸多問題，故這些偏遠(yuǎn)油井仍然采用單井單罐、人工巡檢的生產(chǎn)方式。但隨著開發(fā)進(jìn)度的不斷加快，油井?dāng)?shù)逐年增加，除了轉(zhuǎn)油站附近的部分油井通過集輸管線接入轉(zhuǎn)油站，其他新開發(fā)井仍然按照老的生產(chǎn)模式運(yùn)行，全部是單罐生產(chǎn)，目前這些井口無任何自動(dòng)化設(shè)備;到井區(qū)的公路是簡易石子路面，崎嶇不平，巡檢人員從作業(yè)區(qū)出發(fā)驅(qū)車前往該井區(qū)巡井單程需要花費(fèi)一個(gè)半小時(shí)，且為了完成每天兩次的巡井任務(wù)，中午不能回到駐地，只能在附近鎮(zhèn)上吃飯午休，極大地消耗了人力、物力資源，這種情況為作業(yè)區(qū)帶來了巨大的用工壓力，增加了人員、車輛安全管控風(fēng)險(xiǎn)，使生產(chǎn)管理難度大。現(xiàn)階段，急需尋找一種合適的物聯(lián)網(wǎng)解決方案解決上述生產(chǎn)實(shí)際問題。

2? ? ?單井?dāng)?shù)據(jù)采集監(jiān)控需求

進(jìn)行單井物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，首先要考慮用什么樣的傳輸方式實(shí)現(xiàn)井口各類采集參數(shù)的上傳。而用什么方式上傳數(shù)據(jù)，又與采用的傳輸方式的帶寬、距離、性價(jià)比等因素相關(guān)。所以建設(shè)單位應(yīng)先進(jìn)行單井?dāng)?shù)據(jù)量的測算，再確定用什么傳輸方式傳輸。單井?dāng)?shù)據(jù)采集儀表可根據(jù)實(shí)際情況選擇有線儀表或者無線儀表。單個(gè)油井井口數(shù)據(jù)包括壓力、流量、溫度、電壓、電流、儲(chǔ)罐液位、儲(chǔ)罐的油溫、罐遠(yuǎn)程加熱控制、電參及功圖等。精度要求小數(shù)點(diǎn)后兩位，每個(gè)數(shù)據(jù)量用十進(jìn)制表示共需6位數(shù)，用二進(jìn)制表示只需12 B即可。若取6個(gè)參數(shù)，共需72 B，每次傳輸數(shù)據(jù)量不會(huì)超過100 B。

根據(jù)沙南作業(yè)區(qū)參數(shù)采集需求，井口需采集以下參數(shù)：油壓、套壓、載荷、油溫、電參數(shù)、抽油機(jī)狀態(tài)檢測、儲(chǔ)罐液位、儲(chǔ)罐的油溫和罐遠(yuǎn)程加熱控制等。同時(shí)，作業(yè)區(qū)有監(jiān)控邊緣井井場視頻監(jiān)控的需求，若視頻傳輸達(dá)不到要求，可以采用圖像抓拍定時(shí)回傳的方式，要求每30分鐘抓拍一張圖片或出現(xiàn)異常事件時(shí)抓拍圖像傳回到中控室進(jìn)行圖像識(shí)別監(jiān)控。根據(jù)現(xiàn)場需求，要求圖片分辨率為1 920×1 080，圖像大小為180 kB。一小時(shí)圖片數(shù)據(jù)量為360 kB，采集井口參數(shù)數(shù)據(jù)量為360 kB，一小時(shí)數(shù)據(jù)總量為720 kB。經(jīng)過分析，井口采集參數(shù)總數(shù)據(jù)量為720 kB，不超過1 MB。然后可以對(duì)比分析具體傳輸手段，選擇最優(yōu)的傳輸方案解決問題。

3? ? ?北斗衛(wèi)星數(shù)傳方式探索

基于北斗衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由北斗一體化測控終端、地面站、北斗衛(wèi)星、中心網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)管理監(jiān)控子系統(tǒng)等部分組成，傳感器采集油井、氣井、計(jì)量站等現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集設(shè)備。測控終端將數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)依據(jù)北斗短報(bào)文通信協(xié)議編碼和加密，通過北斗衛(wèi)星發(fā)送到地面站。地面站接收到通信申請(qǐng)信號(hào)后，經(jīng)過脫密和再加密后，由北斗衛(wèi)星廣播傳給用戶。中心網(wǎng)關(guān)接收到衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)過解調(diào)解密，增加北斗通信狀態(tài)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過地面有線網(wǎng)絡(luò)接入數(shù)據(jù)監(jiān)控管理子系統(tǒng)，具體過程如圖1所示。

無線儀表通過無線信號(hào)（470M LORA）將數(shù)據(jù)發(fā)送到北斗網(wǎng)關(guān)，北斗網(wǎng)關(guān)接到無線儀表數(shù)據(jù)后將其按北斗報(bào)文的規(guī)約，通過北斗衛(wèi)星將數(shù)據(jù)發(fā)送到北斗主站，北斗主站將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議，便于數(shù)據(jù)平臺(tái)讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。北斗短報(bào)文通信一次最多可傳輸120個(gè)漢字，發(fā)送頻次為1分鐘/次。在帶寬限制下，北斗網(wǎng)關(guān)無法滿足視頻傳輸需求，但可以滿足井口數(shù)據(jù)回傳。北斗數(shù)傳系統(tǒng)需要購置專用的井口儀表及網(wǎng)關(guān)，費(fèi)用較高，傳輸速率較慢。

4? ? ?衛(wèi)星小站數(shù)傳方式探索

衛(wèi)星小站系統(tǒng)是基于IP包交換技術(shù)的天地寬帶通信系統(tǒng)，可提供語音、數(shù)據(jù)、會(huì)議電視、寬帶接入等綜合業(yè)務(wù)，具有安裝簡單、調(diào)試方便、帶寬使用靈活、適應(yīng)環(huán)境好、搬遷機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，具體如圖2所示。

衛(wèi)星小站可以滿足數(shù)傳及速率的需求，衛(wèi)星小站地面站需從專業(yè)機(jī)構(gòu)租用，若在每口單井都架設(shè)一個(gè)衛(wèi)星地面站，每年會(huì)產(chǎn)生較高的租賃費(fèi)用，衛(wèi)星小站在單井井口需采取必要的防護(hù)措施，規(guī)避失竊或人畜損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

5? ? ?3G/4G數(shù)傳方式探索

對(duì)于距站區(qū)距離較遠(yuǎn)，又沒有可用有線、無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的油井，可以考慮依托當(dāng)?shù)亍斑\(yùn)營商3G/4G方式+油田APN專線傳輸”方式（圖3），井口自動(dòng)化數(shù)據(jù)匯集至井口DTU中的SIM卡，再通過APN專線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。采取這種方式可滿足數(shù)據(jù)傳輸需求，每月需根據(jù)流量大小選取一定額度的流量套餐，若套餐流量用完，不續(xù)費(fèi)則無法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，持續(xù)產(chǎn)生的費(fèi)用較高。

6? ? ?無線網(wǎng)橋數(shù)據(jù)傳輸探索

無線網(wǎng)橋通過無線橋接的方式連接兩個(gè)距離較遠(yuǎn)的網(wǎng)絡(luò)，常用來代替光纖、網(wǎng)線，用于幾百米、幾千米甚至幾十千米的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸（圖4）。采用無線網(wǎng)橋進(jìn)行無線傳輸?shù)膬?yōu)勢是：高帶寬、高速率、不需要煩瑣的布線、降低施工難度、節(jié)省人力物力，降低項(xiàng)目成本。在油田邊緣井?dāng)?shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨高x型中，無線網(wǎng)橋的方式經(jīng)常被采用。通過選取合適的中心網(wǎng)橋基站位置，可以實(shí)現(xiàn)10千米左右的油井網(wǎng)絡(luò)有效覆蓋，還可根據(jù)油井分布位置選擇網(wǎng)橋扇區(qū)定向覆蓋或者360度全向覆蓋。采用無線網(wǎng)橋數(shù)據(jù)傳輸方式，若想實(shí)現(xiàn)所有邊緣井全覆蓋，則需要在每個(gè)單井配備網(wǎng)橋客戶端，并選取合適位置點(diǎn)作為網(wǎng)橋中繼實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。但若只為實(shí)現(xiàn)個(gè)別單井?dāng)?shù)傳，采用網(wǎng)橋中繼和單井網(wǎng)橋客戶端方式的建設(shè)成本較高。

7? ? ?結(jié) 語

衛(wèi)星數(shù)傳方式的造價(jià)、維護(hù)、后期費(fèi)用較高，并不適合作為邊緣井區(qū)整體數(shù)傳解決方案的首選方案。無線網(wǎng)橋覆蓋大部分油井，個(gè)別十分偏遠(yuǎn)油井采用3G/4G方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。采用“無線網(wǎng)橋+4G”方式是比較經(jīng)濟(jì)有效的解決方式。通過解決數(shù)據(jù)傳輸鏈路問題，可以實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)油井物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。采取任何一種單一組網(wǎng)方式都不足以解決所有單井?dāng)?shù)據(jù)傳輸問題，因此，建設(shè)單位應(yīng)采用“有線光纖傳輸網(wǎng)+無線異構(gòu)傳輸網(wǎng)絡(luò)”相結(jié)合的方式組網(wǎng)，結(jié)合各油田單井和計(jì)量間的分布情況、地形情況和數(shù)據(jù)傳輸需求，充分考慮各種技術(shù)在覆蓋能力、傳輸帶寬、組網(wǎng)能力、安全性以及工程實(shí)施難度等方面的特點(diǎn)，合理選用適合的技術(shù)，搭建油田專用無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

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