無線傳感器在數(shù)字化油田的應(yīng)用

高楊

摘要：在數(shù)字化油田的建設(shè)過程中，無線傳感器的應(yīng)用，通過專業(yè)化的產(chǎn)品、通信技術(shù)的結(jié)合，能夠有效的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、控制的建設(shè)要求，有效的提升油田的數(shù)字化水平。本文結(jié)合某數(shù)字化油田建設(shè)的實(shí)際情況，對(duì)無線傳感器的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);數(shù)字油田;建設(shè)應(yīng)用

前言：

在某油田企業(yè)開展數(shù)字化油田的建設(shè)過程中，結(jié)合井口數(shù)字化建設(shè)工作的開展，使用無線傳感器設(shè)備、ZigBee通信技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程中使用的抽油機(jī)油井、螺桿泵油井、電潛泵油井、注水井等油井，進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息的有效共享。

一、數(shù)字化油田的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品選型

在該油田的數(shù)字化建設(shè)過程中，主要在井口數(shù)字化建設(shè)過程中，應(yīng)用了無線傳感器，搭建了數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。為更好的保證對(duì)井口的終端控制、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備的控制、通信的控制要求，需要對(duì)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇適用的產(chǎn)品，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全應(yīng)用。

（一）總體結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，要對(duì)數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信和采集驅(qū)動(dòng)等三個(gè)部分進(jìn)行傳感器的應(yīng)用。第一，對(duì)每個(gè)油井的井口進(jìn)行無線傳感器的設(shè)置，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的設(shè)備應(yīng)用。第二，通過利用ZigBee技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，建立無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)，在每一個(gè)平臺(tái)的井口位置，將所有的無線儀表進(jìn)行集中的接入，使用無線RTU，形成Mesh網(wǎng)絡(luò)，不斷地提高通訊安全性。其中在每個(gè)RTU中，可以接入最多64塊儀表。第三，在該系統(tǒng)中，要求使用的無線儀表、無線RTU等設(shè)備都要能夠支持手動(dòng)操作調(diào)試，更有利于進(jìn)行維護(hù)。第四，使用無線RTU，進(jìn)行無線傳感器設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，然后通過通信網(wǎng)絡(luò)的配套應(yīng)用，將信息傳至監(jiān)控中心，并能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完善應(yīng)用。第五，在該系統(tǒng)中，要求在監(jiān)控設(shè)備中，進(jìn)行油氣水井的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)信息平臺(tái)建設(shè)，然后能夠使用網(wǎng)頁的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)布。

（二）網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)

在該系統(tǒng)中，在通信設(shè)計(jì)中，使用了ZigBee+CDMAIX相結(jié)合的形式，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集、傳輸，控制，并且能夠?qū)⒉煌臄?shù)據(jù)及時(shí)的傳輸?shù)胶笈_(tái)，在后臺(tái)的管理中，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信息數(shù)據(jù)的有效共享，有效管理等效果。為保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信安全穩(wěn)定效果，需要對(duì)ZigBee無線部分和CDMA應(yīng)用部分進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)。第一，在ZigBee無線部分中，結(jié)合該油井中每一個(gè)叢式井場(chǎng)中，普遍存在3-4處相對(duì)集中的井口實(shí)際，使用短距離ZigBee無線技術(shù)，進(jìn)行信息傳輸，能夠有效的降低施工成本，并且減少施工的強(qiáng)度。ZigBee技術(shù)應(yīng)用，能夠在各種通信頻段中，進(jìn)行高速的傳輸。尤其是在2.4GHz的頻率中，可以達(dá)到250Kbit/s的傳輸速度，應(yīng)用效果突出。第二，在CDMA應(yīng)用部分的設(shè)計(jì)過程中，針對(duì)該油井建設(shè)過程中，井站之間是分散的，并且和作業(yè)區(qū)的監(jiān)控中心，具有較長(zhǎng)的距離。而井口的生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)的采集，并且要及時(shí)的上傳回中控室，選擇使用CDMA進(jìn)行通信應(yīng)用，能夠更好的提升抗干擾的能力，保證長(zhǎng)距離的傳輸效果，并且傳輸?shù)男Ч踩⒎€(wěn)定。

二、數(shù)字化油田系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

在該數(shù)字化油田的系統(tǒng)建設(shè)過程中，需要滿足的功能體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)。

（一）井口數(shù)據(jù)采集

第一，在對(duì)油井功圖法量油數(shù)據(jù)采集的過程中，配套使用了無線功圖傳感器設(shè)備，進(jìn)行全天候的實(shí)時(shí)采集。在監(jiān)控中心中，配套使用了診斷軟件，對(duì)油井的實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，并且對(duì)其中發(fā)生的故障進(jìn)行原因的分析。第二，在對(duì)電流圖、功率圖進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過程中，使用無線電亮模塊、無線傳感器相結(jié)合的方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并且在監(jiān)控中心進(jìn)行分析軟件的配套應(yīng)用，對(duì)油井生產(chǎn)過程中電機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)、故障分析。第三，對(duì)油井壓力、溫度的數(shù)據(jù)采集過程中，通過使用無線電量模塊，對(duì)抽油機(jī)在運(yùn)行過程中，消耗電流、電壓等情況進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)，并對(duì)抽油機(jī)中出現(xiàn)過載、空轉(zhuǎn)等故障能夠進(jìn)行自動(dòng)的報(bào)警，在控制中心接到信號(hào)之后，進(jìn)行緊急的停止處理。另外，使用無線數(shù)字壓力表，對(duì)油壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使用數(shù)字溫度表，進(jìn)行油溫的監(jiān)測(cè)。第四，在對(duì)螺桿泵井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的過程中，安裝無線扭矩傳感器，對(duì)采集光桿的扭矩、符合、轉(zhuǎn)速等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。并且在無線RTU的應(yīng)用中，對(duì)油井生產(chǎn)過程中的電壓、電流、電功率、電能等各種數(shù)據(jù)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有效的發(fā)揮出降低能耗的效果。第五，在電潛泵井的數(shù)據(jù)采集過程中，在控制箱中，搭配使用無線電量模塊，在電流傳感器的作用中，對(duì)電流數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，及時(shí)采集數(shù)據(jù)。第六，在對(duì)注水井的數(shù)據(jù)采集過程中，進(jìn)行了無線電量模塊的設(shè)置，對(duì)實(shí)時(shí)的生產(chǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并完成收集數(shù)據(jù)的使用。

（二）監(jiān)控中心應(yīng)用

在該油田的數(shù)字化建設(shè)過程中，搭建的信息化平臺(tái)，借助于使用網(wǎng)頁的方式，完成了對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且對(duì)產(chǎn)生的功圖能夠進(jìn)行自動(dòng)的分析，生成生產(chǎn)數(shù)據(jù)的曲線圖，自動(dòng)生成數(shù)據(jù)報(bào)表，并在發(fā)現(xiàn)故障的過程中，自動(dòng)報(bào)警。不斷地提升油井系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提升工作效率。

（三）無線傳感器應(yīng)用在數(shù)字油田建設(shè)中的效果

首先，在無線傳感器的應(yīng)用中，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，成本更低，能夠有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)材料、人工成本的有效控制。比如在該油井中，通過使用無線傳感器，實(shí)現(xiàn)了施工成本的最小化投入效果。其次，使用無線傳感器，可以更快的提高施工效率，在后期維護(hù)過程中，更方便、快捷。在該油田的建設(shè)過程中，通過傳感器的使用，施工速度提高了數(shù)倍。

結(jié)語：

總之，在數(shù)字油田的建設(shè)過程中，無線傳感器的應(yīng)用，要結(jié)合實(shí)際的油田建設(shè)要求進(jìn)行總體系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且結(jié)合實(shí)際的油井生產(chǎn)要求，進(jìn)行產(chǎn)品型號(hào)的選擇，并且還要從數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控中心等兩個(gè)方面，完成功能目標(biāo)。更好的促進(jìn)數(shù)字油田的建設(shè)水平。

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