油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)在我國油井上的應用

在我國油井的數(shù)據(jù)采集基本上靠人工完成，采油工都必須到現(xiàn)場采集油井示功圖、平衡度、油套壓、油溫及產(chǎn)液量等井口生產(chǎn)數(shù)據(jù)，工人勞動強度大，且數(shù)據(jù)的準確可靠性完全依賴于采油工人的工作責任心。海上油田的生產(chǎn)管理則更加困難，常常要借助于龐大的集輸管線及增加采油平臺來降低現(xiàn)場管理難度，采油井的生產(chǎn)參數(shù)經(jīng)常受到天氣變化和交通工具的影響無法正常獲得，嚴重影響了油井的自動化管理。應用油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)（RUT/SCADA）對于實現(xiàn)油井管理的自動化、提高工作效率、保證數(shù)據(jù)采集的準確性及加強現(xiàn)場事故應急處理等都具有非常重要的意義。
　　 　
　　解決方案：
　　利用GSM移動通訊網(wǎng)絡短信息服務快捷的性能和想對低廉的收費，研制開發(fā)了一種用于分布式井群生產(chǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)，可直接應用于油井地比較分散的采油生產(chǎn)企業(yè)，滿足了油田生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡所要求的高可靠性、高實時性和維護方便性。
　　
　　系統(tǒng)組成及其功能
　　該系統(tǒng)采用由單臺監(jiān)控服務器和多監(jiān)控終端并行運行方案，每口油井作為一個終端單元，實時采集下接的(儀表負荷傳感器、電流互感器、電壓互感器、功率因數(shù)變換器)信息，自主運行。監(jiān)控終端可以選用有線或無線兩種通信方式與監(jiān)控服務器交換數(shù)據(jù)，在油井現(xiàn)場用筆記本電腦RS232C直接電纜連接進行參數(shù)修改和數(shù)據(jù)傳載，此時筆記本電腦充當監(jiān)控服務器，使系統(tǒng)方便的運行；對于中心控制室，監(jiān)控終端可以通過GSMmodem和監(jiān)控服務器進行數(shù)據(jù)交換，但是通信費用比較高而不可取，當然也可以通過無線數(shù)傳電臺進行數(shù)據(jù)交換，通過實際應用的數(shù)據(jù)交換量的比較，有效的油井數(shù)據(jù)量一般不超過一條段信息的容量，經(jīng)過試驗檢測我們知道作為最大的數(shù)據(jù)交換——示功圖也不過160個字符（測量周期100ms，沖程周期6——7s），因此選GSM短信息方式進行必要的數(shù)據(jù)交換完全滿足。監(jiān)控終端根據(jù)設定的需要把油井抽油機工作狀況以短信息的方式發(fā)送到監(jiān)控服務器，監(jiān)控服務器對數(shù)據(jù)進行分類保存、統(tǒng)計供管理人員查詢、分析。工作人員可以在監(jiān)控服務器根據(jù)需要以短信息的方式向終端發(fā)送控制命令，控制抽油機的運行和獲取抽油機的工作狀況。
　　整個系統(tǒng)由單井數(shù)控單元、中心控制室和GSM網(wǎng)絡組成。
　　
　　單井數(shù)控單元
　　其中單口油井監(jiān)控單元包括：RTU、信號處理模塊和短信模塊。
　　
　　1.1 RTU設計
　　RTU作為監(jiān)控單元功能實現(xiàn)終端，選用ZWORLD公司生產(chǎn)的RCM2300核心模塊，RCM2300模塊包括：工作在22.1MHz上的微處理器Rabbit200;128K SPAM和256K Flash；29個I/O線，17個可設置的I/O、8個固定輸入、4個固定輸出；3個通用串口；5個8位定時器和1個帶2個匹配寄存的10位定時器（5個定時器成對級聯(lián)）。根據(jù)需要我們擴展輸入輸出通道為：4路繼電器輸出，4路數(shù)字量輸出，8路塊數(shù)字輸入，4路12位分辨率4～20mA電流模擬量輸入，4路12位分辯率0～5V模擬量輸入，2路12位的分辨率0～4V模擬量輸出，1個RS485端口，2個3線的RS232或者一個5線的RS232端口。相應的在開發(fā)平臺Dynamic C上用單根接口電纜把PC串行口和基于Rabbit2000的目標系統(tǒng)連接起來就可實現(xiàn)軟件的開發(fā),系統(tǒng)集編輯、編譯、鏈接、調(diào)試、下載于一體，可快速的進行目標系統(tǒng)軟件的開發(fā)。
　　監(jiān)控終端的功能是根據(jù)檢測的抽油機工作狀態(tài)，判斷抽油機的工效，適時的對抽油機進行起停操作，保障油機的機械及其電氣設備的安全的同時，提高單口油井的產(chǎn)效。
　　
　　1.2 信號處理模塊
　　對于不同的油井可能需要配備不同的一次儀表。還有企業(yè)原來遺留的一些不同信號的儀表，特別是油機必備的負荷傳感器，其輸出信號一般是0～10mV，但是隨著使用時間的遞增負荷零點會有變化，將直接影響到控制功能的實現(xiàn)，所以我們專門針對負荷傳感器設計了調(diào)理模塊， 除完成將0～10mV電壓信號轉(zhuǎn)換成4～20mA電流信號外，還要負責處理好隨溫度和時間變化的影響。
　　
　　1.3 短信模塊
　　在應用中監(jiān)控終端和監(jiān)控服務器通過RS232接口連接短信模塊來發(fā)送和接收GSM短消息，完成數(shù)據(jù)交換功能。
　　
　　終端控制軟件設計
　　監(jiān)控終端RTU系統(tǒng)軟件不僅要實時采集抽油機數(shù)據(jù)，實時控制抽油機的運行，還要對各種信息進行處理，抽油機本身負荷功圖、電流圖、功率因數(shù)圖等都是大數(shù)據(jù)量的處理，所以系統(tǒng)軟件的設計必須是一個多任務系統(tǒng)。ZWORLD公司軟件開發(fā)平臺Dynamic　C是一個開放C語言開發(fā)環(huán)境，提供有豐富的庫函數(shù)，可以開發(fā)出多任務系統(tǒng)。
　　終端控制軟件功能設計采用模塊化設計，主要包括三個方面：數(shù)據(jù)采集與處理功能模塊、邏輯處理功能模塊、I/O驅(qū)動模塊、通信模塊。
　　1) 采集與處理功能模塊：需要采集的模擬數(shù)據(jù)有光桿負荷、電機電流、電機電壓，電機功率因數(shù)和其它的油井管道壓力等數(shù)據(jù)，數(shù)字量信息包括電機狀態(tài)（運行和停止）、系統(tǒng)運行方式（手動/自動），位置開關狀態(tài)等。對模擬數(shù)據(jù)進行量化處理為相應的可視化圖形并按一定的時間規(guī)律間隙存儲，對數(shù)字量信息需要進行抗干擾處理，防止假錯信息進入。
　　2）邏輯處理功能模塊：控制系統(tǒng)的目的是要控制的一系列動作，根據(jù)采集的信息識別當前抽油機的工作狀態(tài)，按照抽油機的工作原理和油井的變化規(guī)律，控制和預測抽油機的動作。抽油機的控制功能主要包括：空抽控制、時間定點控制、連噴帶抽控制，根據(jù)用戶的實際應用設定需要的控制功能的同時，記錄出現(xiàn)的所有運行故障。
　　3）I/O驅(qū)動模塊：這一部分主要是針對輸入、輸出耗損時間較多的緣故，把所有輸入輸出放在一個任務里面集中處理，有利于提高系統(tǒng)的實時性。控制實現(xiàn)聲音和燈光閃爍的報警功能。
　　4）通信模塊：通信功能我們實現(xiàn)了兩種方式，在工作現(xiàn)場通過RS232接口通信的Modbus協(xié)議和基于GSM短信息的無線傳遞方式。
　　
　　中心控制室
　　 中心控制室可以采用任何一種高級語言vb,vc等開發(fā)出相應的上位機軟件，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析存儲。這里不再詳述。
　　
　　GSM網(wǎng)絡
　　 GSM （Groupe Speciale Mobile )廣泛用于歐洲及亞洲地區(qū)的通訊網(wǎng)路, 為數(shù)字蜂巢 (DIGITAL CELLULAR) 式通訊技術(shù)的標準之一， 透過此一通訊標準讓遠程的筆記型計算機及個人數(shù)字助理等行動裝置得以相互連系、交換訊息。