探討物聯網下的智能化氣田監控

賈展鵬

摘要：天然氣作為我國的清潔化能源，人們對其依存度液越來越高，隨著蘇里格氣田的大規模開發，開發管理企業面臨的管理難度也越來越大。目前作業區管轄范圍廣，地理跨度大，交通條件相對不太便利，沙漠腹地工作環境惡劣，采氣工作人員勞動強度大，設備監控效率并不高。隨著氣田發展，我們也開始提出物聯網條件下的智能化氣田監控，數字化時代的到來，對研究實時監測和智能化控制系統的研究提出迫切要求。

關鍵詞：天然氣;范圍廣;監控效率;智能化

一、采氣工藝監控需求分析

（一）井場數據采集現狀

（1）現有無線遠傳信號不穩定，數據上傳效果差;

（2）存在井場套壓、氣體檢測數據未能自動上傳功能，巡井工作強度依舊很大;

（3）數據采集受無線信號傳輸影響，并且數據準確度存在一定的偏差，不能正確直觀顯示。

（二）監控系統需求分析

根據我廠現有情況，結合目前數據監控現狀，對現有氣田井場監控進行改造。主要考慮氣井生產實時監控，監控數據采集對生產有無直接影響，氣井所處環境惡劣，能否滿足正常生產工況，生產現場安全隱患突出，對井場的安全狀況進行可靠、準確的監視是氣田安全生產的保障。

（三）主要監控數據

（1）壓力數值

主要監控油管壓力、套管壓力，利用那個無線壓力傳感器進行采集。油壓顯示是氣井生產狀況的直觀表現，油壓高，則氣井供液能力強，相反則比較弱。套壓是指氣井油套環形空間的壓力，同樣由無線壓力采集器采集，它的大小反映環形空間壓力大小。

（2）溫度

溫度監測主要是對氣井生產凍堵情況的預防。

（3）流量

流量監測主要是對氣井供氣流量變化的監控。

（4）泄漏氣體濃度。

我廠存在高硫氣井，氣井泄漏氣體檢測是主要安全監控措施，通過對環境氣體濃度的檢測進一步確保現有環境是否具備安全作業條件。

（5）視頻圖像

建立圖像傳輸，進一步對分散廣闊，偏遠的井、站進行監控，從而進一步降低采氣工人力勞動強度。

（6）截斷閥

截斷閥門遠程操作，是自控系統執行器，該單元在接收到中央控制中心指令后，自主進行開啟、關閉操作，進一步實現對輸送管道中氣體的通斷實現控制。

系統功能需求

對目前井場生產數據及環境狀況進行采集，將采集數據通過井口RTU遠程傳輸監控中心。并且對現場數據進行采集、分析、處理、進一步實現數據、環境信心在中央處理器中的管理，從而提高生產決策的及時性和準確性，從而達到對井場的智能化管理的目的。

二、基于物聯網條件下的主要系統功能：

（1）生產數據實時采集

實時采集井場氣井油壓、套壓、井口溫度、流量、泄漏氣體濃度等，實現生產過程參數統一監視、生產運行數據統一管理等功能。

（2）生產過程控制

過程管控是物聯網環境下的重要安全操作控制，該功能能夠在氣井出現異常高壓及低壓的異常情況下，進一步實現遠程關閉截斷。高壓安全截斷，低壓實現遠程開關氣井。

（3）生產環境安全狀態監控

環境安全監測，針對高含硫氣井硫化氫氣體監控、監測。并通過遠程監測數據及時評估作業環境的安全程度，下發操作人員安全作業指令。

（4）生產現場視頻監控

采用視頻監控代替人工巡視，及時了解現場情況，提高安全巡檢的效率和可靠性。

三、智能化氣田監控系統硬件實現

結合總體氣田監控系統方案，對氣田井場現場、傳輸網絡、監控管理中心進行有效集成。

（一）數據采集與控制子系統組成

數據采集與控制通過氣井井場現場的采集傳感器、井口控制器 RTU 和其它輔助設備組成，良好的采集傳感器及完備的井口控制器進一步決定了系統的穩定性及可靠性。

（二）數據采集控制子系統配置

（1）溫度、壓力無線傳感器

無線壓力傳感器 P102-T、無線溫度傳感器 T101-F，由電源模塊、采集處理模塊、無線收發模塊及存儲模塊組成，集檢測傳感器、ZigBee 無線射頻技術、路由技術為一體的新型傳感器。

傳感器內部集成 A/D 轉換器的MSP430F149 單片機，A/D 轉換器的輸入端接有信號調理電路模塊，信號調理電路模塊由依次相接的放大電路和濾波電路模塊組成，放大電路的輸入端接有壓力或溫度傳感器。[1]

（2）硫化氫泄漏檢測傳感器

BX-XP-913H檢測儀運用當前最先進的微電子處理技術，通過 32 位微處理器和 24 位數據采集器后，多次進行全量程的溫濕度補償，然后用高純度的標準氣體進行標定校準，指示精度0.1ppm;指示范圍 0～100ppm;可直接輸出模擬電流 4～20mA，模擬電壓 0.4～2V、0～5V，可快速、準確地檢測目標氣體，無零點漂移，抗干擾能力強，含有最高三防設計：防高濃度過載、防人員誤操作、防雷擊，使其即使在惡劣的環境下，也能安全使用。[1]

（3）LGX 楔形流量計

LGX 楔形流量計，是一種新型差壓流量測量傳感器。當流體通過流量計流件時，下流流體產生壓降，壓降的大小與通過管道的流量或流速在一定的雷諾數范圍內遵循能量守恒定律——伯努力方程和流動連續性方程，管道中的瞬時流量與在 V 型節流件上、下游取壓口處所測得的差壓的平方根成正比關系，所以只需要上下游取壓口的差壓值，就可以求出流過管道的流量或流速。[1]

（4）視頻服務器

智能化監控系統采用 BNC-IPV800HDW 視頻服務器。H.264 視頻壓縮技術及 OggVorbis 音頻壓縮技術將視頻圖像進行壓縮、分析等預處理，并將處理之后的視頻數據轉換為交換機可以接受的網絡數據模式，經交換機轉無線網橋傳輸至監控管理中心。

結論

本文針對氣井生產監控系統需求功能方面進行了簡單分析，通過氣井管理現狀，進一步分析系統需求。并且根據系統需求簡單介紹實現數據采集及集中監控的硬件構成，從溫傳、壓傳、流量計、視頻服務幾個方面進行配置，采用現場傳感器、一體化高速云臺攝像機、井口控制器RTU 等設備構建了信息采集系統;利用無線網橋實現信息傳輸;搭建服務器構建監控管理中心。系統以物聯網三層構架為基礎，完整的搭建了智能化氣田監控系統硬件平臺，確保了遠程數據傳輸的實時性和可靠性。

參考文獻：

[1] 梁寶娟，高志亮.物聯網技術在數字化井場建設中的應用[J].西安郵電學院學報，2010，15（6）：88～93.