系統(tǒng)需求

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

油田的一個(gè)采油場(chǎng)由多口油井、計(jì)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(shè)施組成，那么整個(gè)采油場(chǎng)的各種設(shè)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(guān)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(shí)檢查設(shè)備運(yùn)行情況并測(cè)量、統(tǒng)計(jì)采油數(shù)據(jù)。由于油井?dāng)?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(dòng)強(qiáng)度加重，并且影響了設(shè)備監(jiān)控與采油數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，甚至準(zhǔn)確性。所以油場(chǎng)的自動(dòng)化、信息化就顯得極為突出。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)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(jì)算機(jī)、GPRS無線通信模塊為基礎(chǔ)的油田監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)油田生產(chǎn)、管理的自動(dòng)化、信息化。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，必須開發(fā)一個(gè)可靠的以微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)為基礎(chǔ)的油田監(jiān)測(cè)和操作系統(tǒng)；開發(fā)新而廉價(jià)的油田作業(yè)監(jiān)測(cè)方法；開發(fā)一個(gè)易為用戶存取的數(shù)據(jù)庫和記錄系統(tǒng)。

系統(tǒng)構(gòu)成

石油天然氣行業(yè)工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用具有以下特點(diǎn)：* 一般跨越地域大，因此要求電臺(tái)支持長距離傳輸；* 井站的無人值守遠(yuǎn)動(dòng)控制決定了電臺(tái)要具備抵抗惡劣的天氣環(huán)境的能力；* 整個(gè)系統(tǒng)龐大，監(jiān)測(cè)井站數(shù)量多，要求無線通信系統(tǒng)速率要高，輪詢響應(yīng)速度快；* 同時(shí)因?yàn)槭吞烊粴庑袠I(yè)為國家的能源基礎(chǔ)，其所采用工控系統(tǒng)都是最先進(jìn)可靠的設(shè)備，所以做為整個(gè)系統(tǒng)關(guān)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(gè)工控系統(tǒng)的最佳運(yùn)行。

GPRS無線通訊模塊在石油天然氣行業(yè)的典型應(yīng)用是在油井和氣井的三遙（遙測(cè)、遙信、遙控）和自動(dòng)計(jì)量方面——井站數(shù)據(jù)通過GPRS無線通訊模塊傳送到采油隊(duì)控制中心，采油隊(duì)再通過專用廣域通信網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)與上一級(jí)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(yīng)用。

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

② 井隊(duì)監(jiān)控中心：計(jì)算機(jī)、GPRS無線通訊模塊、天線、監(jiān)控軟件

③ 遠(yuǎn)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(chǔ)，是每天24小時(shí)對(duì)遠(yuǎn)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(chǔ)存系統(tǒng)的各種常規(guī)的或獨(dú)特的傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

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

中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)測(cè)油田作業(yè)，將每口井的數(shù)據(jù)以便于存取的方式儲(chǔ)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(zhǔn)實(shí)時(shí)”數(shù)據(jù)，還可根據(jù)普通預(yù)測(cè)方法或單井的明確經(jīng)驗(yàn)開發(fā)專門軟件，以便對(duì)每口井的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這些分析工作可提供關(guān)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(jì)劃。中心作業(yè)計(jì)算機(jī)的其它功能還包括為編制例行的月產(chǎn)量報(bào)表提供數(shù)據(jù)。

2.井隊(duì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)與中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)相同，一般以采油隊(duì)為單位配置，通過與井口微型計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，以輪循的方式對(duì)所屬油井進(jìn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集。

井隊(duì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要用于儲(chǔ)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(yùn)行情況。同時(shí)，對(duì)給定油井的每個(gè)傳感器的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的復(fù)查。由井口微型計(jì)算機(jī)確定和報(bào)告的報(bào)警條件按特定格式儲(chǔ)存，向操作人員發(fā)出警報(bào)并需要得到認(rèn)可。井隊(duì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)一般將每口井的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存3個(gè)星期，以便操作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)存取。中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過常規(guī)電話調(diào)制解調(diào)器每天從井隊(duì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)那里進(jìn)行幾次數(shù)據(jù)檢索。單井資料在計(jì)算機(jī)中要保留約30天時(shí)間。然后，將每口井的所有有關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到軟盤上長期儲(chǔ)存。

3. 井場(chǎng)微型計(jì)算機(jī)井口微型計(jì)算機(jī)是一種穩(wěn)定、可靠的計(jì)算機(jī)，它體積小巧，配備每一口油井。該計(jì)算機(jī)是一種以通用微處理器為基礎(chǔ)的經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的單板機(jī)。目前，它具有只讀存儲(chǔ)器（ROM）和靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）。該機(jī)裝有一個(gè)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(hào)。該單板機(jī)還包括一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘、一個(gè)232接口以及一個(gè)供油田便攜式終端（選擇件）使用的插口。井口微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集每口油井的數(shù)據(jù)并將其發(fā)送至井隊(duì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)井口監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)GPRS無線通信模塊，一個(gè)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(jì)算機(jī)和井場(chǎng)計(jì)算機(jī)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(shì)較高的地方，并采用高增益天線。中繼站一般位于多個(gè)遠(yuǎn)程井口微型計(jì)算機(jī)附近，并采用廉價(jià)的非增益天線。

中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)和井隊(duì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)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(hào)調(diào)制解調(diào)器和商用電話線進(jìn)行的；無線方式則利用各自連接的GPRS無線通信模塊進(jìn)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(yīng)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(chǔ)量要求而設(shè)計(jì)的幾個(gè)獨(dú)立程序包構(gòu)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(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)、井口微型計(jì)算機(jī)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(bào)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(diǎn)可分為兩類：實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理：（1） 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)① 自動(dòng)收集和認(rèn)可從遠(yuǎn)程井口微型計(jì)算機(jī)傳輸來的數(shù)據(jù)，每口井具有其自己的識(shí)別特征；② 自動(dòng)檢查錯(cuò)誤，如果需要還可重新傳輸；③ 在收到任何級(jí)別的警報(bào)時(shí)，可自動(dòng)進(jìn)行電話撥號(hào)；④ 調(diào)制解調(diào)器電話通信處理程序通過安全密碼可進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過第二級(jí)安全密碼可得到單個(gè)用戶油井資料。

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

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

③ 存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，并使這些數(shù)據(jù)在線保留時(shí)間約1個(gè)月。

④ 通過一個(gè)特別菜單和選定的傳感器組使遠(yuǎn)程井口微型計(jì)算機(jī)初始化。指定無線電中繼站（如果設(shè)有中繼站的話）；計(jì)劃數(shù)據(jù)收集時(shí)間和間隔；計(jì)劃數(shù)據(jù)記錄時(shí)間和間隔；密碼賦值；設(shè)定報(bào)警優(yōu)先等級(jí)和報(bào)警記錄的電話號(hào)碼。

現(xiàn)場(chǎng)操作人員和用戶通過一系列菜單和屏幕顯示與系統(tǒng)對(duì)話。不僅能得到歷史數(shù)據(jù)，而且還可得到現(xiàn)時(shí)數(shù)據(jù)。

2. 井口微型計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)其特征包括獨(dú)立的可編程序數(shù)據(jù)收集和傳輸間隔，當(dāng)達(dá)到預(yù)選傳感器報(bào)警閾限時(shí)，立即進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。也包括傳輸錯(cuò)誤檢測(cè)，如果第一次信息未被油田計(jì)算機(jī)認(rèn)可的話，則進(jìn)行自動(dòng)重輸。在有了一個(gè)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(gè)“報(bào)警時(shí)鐘”喚醒功能，因此，井場(chǎng)計(jì)算機(jī)在大部分時(shí)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(duì)于太陽能供電系統(tǒng)來說尤為重要。

3. 用戶人機(jī)聯(lián)作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可使現(xiàn)場(chǎng)操作人員和處于遠(yuǎn)方的礦場(chǎng)經(jīng)營者能通過一系列菜單顯示得到存儲(chǔ)在油田總部的數(shù)據(jù)。

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