適用于小產(chǎn)量井的低成本無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1.目的

近年來，中國石油西南油氣田公司川西北氣礦（以下簡稱氣礦）通過信息化手段提高氣田數(shù)字化、自動化水平，促進組織架構變革、流程優(yōu)化和降本增效。通過實施信息化、物聯(lián)網(wǎng)等項目，生產(chǎn)場站數(shù)字化覆蓋率已達93%，但由于傳統(tǒng)數(shù)字化建設方案在經(jīng)濟效益、建設周期等方面所存在的不足，延緩了氣礦數(shù)字化氣田建設推進的步伐，“中心站+無人值守井”管理模式及“油公司”模式數(shù)字化轉型難以落地。因此亟待摸索出一套適用于小產(chǎn)量井、偏遠閥室、偏遠計量點且經(jīng)濟可靠的數(shù)字化建設新模式，以全面提升氣礦的數(shù)字化管理水平。

2.方法

采用傳統(tǒng)的數(shù)字化建設方案，除了遠程終端單元（RTU）之外，還需要建設配套的有線通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、安防系統(tǒng)以及電纜敷設、機柜間建設等，平均單井建設費用在20萬元以上，建設周期為2～3個月，年運行費用介于2萬～4萬元，存在著建設及運行成本高、建設周期長、配套建設復雜等問題，不適用于小產(chǎn)量井的數(shù)字化建設。針對上述建設方案的局限性，氣礦對小產(chǎn)量井數(shù)字化需求進行了深入分析，針對小產(chǎn)量井傳輸數(shù)據(jù)量小、數(shù)據(jù)采集頻率低的特點，形成了一套基于低功耗無線技術的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。有別于傳統(tǒng)有線及無線數(shù)據(jù)采集方案，新系統(tǒng)創(chuàng)新采用了LoRa+NB-IoT異構組網(wǎng)的方式，充分結合了兩項無線傳輸技術低成本、低功耗、遠距離的優(yōu)勢。在現(xiàn)場通過支持LoRa協(xié)議的無線傳感器對氣井關鍵數(shù)據(jù)進行采集并發(fā)送到無線基站，再由無線基站處理并通過NB-IoT協(xié)議轉發(fā)到運營商云服務器，最終經(jīng)中國石油西南油氣田公司NB無線數(shù)據(jù)接收平臺轉發(fā)到生產(chǎn)網(wǎng)并在SCADA組態(tài)展示（圖1）。新系統(tǒng)將業(yè)務需求與物聯(lián)網(wǎng)技術充分結合，具有易部署、超低功耗、低成本等優(yōu)點，采用鋰電池供電能運行1年以上，建設周期縮短了70%以上，運行成本降低了70%以上。

圖1 整體框架示意圖

3.應用效果

氣礦結合場站實際生產(chǎn)情況，積極開展新系統(tǒng)的推廣應用工作，目前已經(jīng)通過該系統(tǒng)完成了15座小產(chǎn)量無人值守井的油套壓、33個偏遠交接計量用戶用氣量的采集傳輸（圖2），較傳統(tǒng)信息化建設方式節(jié)約成本近500萬元。該系統(tǒng)解決了小產(chǎn)量井數(shù)字化建設成本高這一瓶頸問題，有效地減少了員工到現(xiàn)場錄取數(shù)據(jù)工作量，助力氣礦數(shù)字化轉型升級。其所具有的低功耗、低成本、易部署等優(yōu)點，為油氣行業(yè)數(shù)字化建設提供了一條全新的途徑，在場站數(shù)據(jù)完善、管道及施工作業(yè)數(shù)據(jù)采集方面具有廣闊的應用前景。

圖2 現(xiàn)場應用照片