系統(tǒng)需求

隨著國內(nèi)油田的發(fā)展及工業(yè)自動化水平的提高，一種服務于油田采油的新技術展現(xiàn)在人們眼前，那就是利用現(xiàn)代通信技術所開發(fā)的GPRS無線通訊模塊和現(xiàn)代計算機所組成的系統(tǒng)對采油設備、采油數(shù)據(jù)的遠距離監(jiān)控與采集。

油田的一個采油場由多口油井、計量間、管匯閥組，轉(zhuǎn)油站，聯(lián)合站、原油外輸系統(tǒng)、油罐以及油田的其它分散設施組成，那么整個采油場的各種設施的工作狀態(tài)及采出油品的數(shù)據(jù)（主要有溫度、壓力、流量等）就直接關系到油田生產(chǎn)的穩(wěn)定及原油質(zhì)量。目前大多由人工每日定時檢查設備運行情況并測量、統(tǒng)計采油數(shù)據(jù)。由于油井數(shù)量多且分布范圍由幾十至上百平方公里，這種方式必然使工人勞動強度加重，并且影響了設備監(jiān)控與采油數(shù)據(jù)的實時性，甚至準確性。所以油場的自動化、信息化就顯得極為突出。

隨著計算機技術、通信技術的發(fā)展，石油天然氣行業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)也得到了很大發(fā)展。

以計算機、GPRS無線通信模塊為基礎的油田監(jiān)測和控制系統(tǒng)可大大提高油田生產(chǎn)效率，降低綜合成本，實現(xiàn)油田生產(chǎn)、管理的自動化、信息化。為了達到這個目標，必須開發(fā)一個可靠的以微型計算機技術、現(xiàn)代通信技術為基礎的油田監(jiān)測和操作系統(tǒng)；開發(fā)新而廉價的油田作業(yè)監(jiān)測方法；開發(fā)一個易為用戶存取的數(shù)據(jù)庫和記錄系統(tǒng)。

系統(tǒng)構成

石油天然氣行業(yè)工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)應用具有以下特點：* 一般跨越地域大，因此要求電臺支持長距離傳輸；* 井站的無人值守遠動控制決定了電臺要具備抵抗惡劣的天氣環(huán)境的能力；* 整個系統(tǒng)龐大，監(jiān)測井站數(shù)量多，要求無線通信系統(tǒng)速率要高，輪詢響應速度快；* 同時因為石油天然氣行業(yè)為國家的能源基礎，其所采用工控系統(tǒng)都是最先進可靠的設備，所以做為整個系統(tǒng)關鍵保證的無線通信鏈路也必須要可靠穩(wěn)定且性能優(yōu)異才能保證整個工控系統(tǒng)的最佳運行。

GPRS無線通訊模塊在石油天然氣行業(yè)的典型應用是在油井和氣井的三遙（遙測、遙信、遙控）和自動計量方面——井站數(shù)據(jù)通過GPRS無線通訊模塊傳送到采油隊控制中心，采油隊再通過專用廣域通信網(wǎng)或無線網(wǎng)絡與上一級的采油廠或石油公司的總控制中心連通。

下圖所示為一典型的GPRS無線通訊模塊在石油天然氣行業(yè)工業(yè)控制方面的應用。

① 油田監(jiān)控中心：計算機、GPRS無線通訊模塊、天線、系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫

② 井隊監(jiān)控中心：計算機、GPRS無線通訊模塊、天線、監(jiān)控軟件

③ 遠端井口：數(shù)據(jù)采集裝置、GPRS無線通訊模塊、天線

生產(chǎn)監(jiān)控操作系統(tǒng)的基礎，是每天24小時對遠方產(chǎn)油或產(chǎn)氣井的所有主要環(huán)節(jié)和地面分離及儲存系統(tǒng)的各種常規(guī)的或獨特的傳感器采集的數(shù)據(jù)進行記錄。

1. 油田中心監(jiān)控計算機油田中心監(jiān)控計算機是一種穩(wěn)定、可靠的計算機，通常放置在一個符合國家電子制造聯(lián)合會要求的保護性箱體內(nèi)配有一個斷電后可供電達8小時的不間斷電源。

中心監(jiān)控計算機系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)測油田作業(yè)，將每口井的數(shù)據(jù)以便于存取的方式儲存起來，能使用戶通過常規(guī)電話調(diào)制解調(diào)器得到每口井的“準實時”數(shù)據(jù)，還可根據(jù)普通預測方法或單井的明確經(jīng)驗開發(fā)專門軟件，以便對每口井的數(shù)據(jù)進行分析。這些分析工作可提供關于現(xiàn)有作業(yè)有效性的資料，并確定那些剛開始產(chǎn)生后可能出現(xiàn)的問題。反過來，這些資料可用來增加生產(chǎn)效率和制訂修井作業(yè)計劃。中心作業(yè)計算機的其它功能還包括為編制例行的月產(chǎn)量報表提供數(shù)據(jù)。

2.井隊監(jiān)控計算機與中心監(jiān)控計算機相同，一般以采油隊為單位配置，通過與井口微型計算機之間的數(shù)據(jù)通信，以輪循的方式對所屬油井進行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集。

井隊監(jiān)控計算機系統(tǒng)主要用于儲存和顯示記錄的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)按油井匯存并制成一定的表格，以便能快速檢查油井系統(tǒng)的運行情況。同時，對給定油井的每個傳感器的歷史數(shù)據(jù)進行詳細的復查。由井口微型計算機確定和報告的報警條件按特定格式儲存，向操作人員發(fā)出警報并需要得到認可。井隊監(jiān)控計算機一般將每口井的數(shù)據(jù)儲存3個星期，以便操作人員進行實時存取。中心監(jiān)控計算機通過常規(guī)電話調(diào)制解調(diào)器每天從井隊監(jiān)控計算機那里進行幾次數(shù)據(jù)檢索。單井資料在計算機中要保留約30天時間。然后，將每口井的所有有關數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到軟盤上長期儲存。

3. 井場微型計算機井口微型計算機是一種穩(wěn)定、可靠的計算機，它體積小巧，配備每一口油井。該計算機是一種以通用微處理器為基礎的經(jīng)過特殊設計的單板機。目前，它具有只讀存儲器（ROM）和靜態(tài)隨機存取存儲器（RAM）。該機裝有一個插入式數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)器板（起A/D轉(zhuǎn)換器的作用），將傳感器輸入的模擬值轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。該單板機還包括一個實時時鐘、一個232接口以及一個供油田便攜式終端（選擇件）使用的插口。井口微型計算機系統(tǒng)負責采集每口油井的數(shù)據(jù)并將其發(fā)送至井隊監(jiān)控計算機井口監(jiān)控計算機系統(tǒng)包括一個GPRS無線通信模塊，一個提供13.8伏的電源。該系統(tǒng)還備有終端卸扣和接頭，供采用有線系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的傳感器用。

4. 通信油田作業(yè)計算機和井場計算機之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)輸是由微波無線電系統(tǒng)完成的。中繼站是可選件，如果采用，則將它建于地勢較高的地方，并采用高增益天線。中繼站一般位于多個遠程井口微型計算機附近，并采用廉價的非增益天線。

中心監(jiān)控計算機和井隊監(jiān)控計算機之間的通信，則依據(jù)通信的距離及環(huán)境采用無線或有線方式。有線方式通過撥號調(diào)制解調(diào)器和商用電話線進行的；無線方式則利用各自連接的GPRS無線通信模塊進行數(shù)據(jù)傳輸。

5. 傳感器依據(jù)所采集的不同參數(shù)，選擇相應的傳感器。包括溫度、壓力、流量、位移、電壓、電流、功率等。

系統(tǒng)軟件

為滿足加快存取速度和減少存儲量要求而設計的幾個獨立程序包構成了生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件。主要的部分有油田中心監(jiān)控計算機的操作系統(tǒng)、井口微型計算機掃描和通信程序和在油田中心生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中編制報表、分析數(shù)據(jù)和通信用的軟件。

1. 操作系統(tǒng)該系統(tǒng)的特點可分為兩類：實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理：（1） 實時監(jiān)測① 自動收集和認可從遠程井口微型計算機傳輸來的數(shù)據(jù)，每口井具有其自己的識別特征；② 自動檢查錯誤，如果需要還可重新傳輸；③ 在收到任何級別的警報時，可自動進行電話撥號；④ 調(diào)制解調(diào)器電話通信處理程序通過安全密碼可進入計算機系統(tǒng)，通過第二級安全密碼可得到單個用戶油井資料。

（2） 數(shù)據(jù)庫管理① 傳感器和報警數(shù)據(jù)按時間、日期和油井存儲。

② 根據(jù)報警數(shù)據(jù)的緊急程度和認可情況排定報警數(shù)據(jù)的優(yōu)先次序。每口井的報警資料單獨存儲。

③ 存儲歷史數(shù)據(jù)，并使這些數(shù)據(jù)在線保留時間約1個月。

④ 通過一個特別菜單和選定的傳感器組使遠程井口微型計算機初始化。指定無線電中繼站（如果設有中繼站的話）；計劃數(shù)據(jù)收集時間和間隔；計劃數(shù)據(jù)記錄時間和間隔；密碼賦值；設定報警優(yōu)先等級和報警記錄的電話號碼。

現(xiàn)場操作人員和用戶通過一系列菜單和屏幕顯示與系統(tǒng)對話。不僅能得到歷史數(shù)據(jù)，而且還可得到現(xiàn)時數(shù)據(jù)。

2. 井口微型計算機操作系統(tǒng)其特征包括獨立的可編程序數(shù)據(jù)收集和傳輸間隔，當達到預選傳感器報警閾限時，立即進行數(shù)據(jù)傳輸。也包括傳輸錯誤檢測，如果第一次信息未被油田計算機認可的話，則進行自動重輸。在有了一個暢通的無線電信道之后，才開始無線電傳輸。該軟件具有一個“報警時鐘”喚醒功能，因此，井場計算機在大部分時間內(nèi)處于一種不工作、電力消耗較小的狀態(tài)。這種工作方式對于太陽能供電系統(tǒng)來說尤為重要。

3. 用戶人機聯(lián)作系統(tǒng)的設計可使現(xiàn)場操作人員和處于遠方的礦場經(jīng)營者能通過一系列菜單顯示得到存儲在油田總部的數(shù)據(jù)。

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