紫金橋數(shù)字油田油井遙測方案

目前油井輸油生產(chǎn)管理大部分采用人工巡檢方式，造成采油成本高，資源源浪費嚴重。盡快提高機采系統(tǒng)管理水平、降低油井能耗是油田采油工作的重中之重。紫金橋軟件技術(shù)有限公司摸索總結(jié)多年的油田市場經(jīng)驗結(jié)合工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、Internet/Intranet技術(shù)、無線通訊技術(shù)推出了油田數(shù)字化的全新概念—采油輸油監(jiān)控數(shù)字化解決方案。

⑴、實時數(shù)據(jù)采集與遠程工況監(jiān)測⑵、實時故障報警⑶、自動生成報表⑷、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)瀏覽

綜合上述油水井遙測系統(tǒng)所需實現(xiàn)的功能，提出本項目“油水井生產(chǎn)數(shù)據(jù)遠程采集系統(tǒng)”整體解決方案。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲圖

從圖1可看出整個系統(tǒng)分為3個層次。①最底層為油井或計量間的現(xiàn)場檢測儀表，實現(xiàn)對現(xiàn)場載荷、位移、壓力、溫度、流量等信號的檢測，并通過電纜將檢測信號傳送給PLC；②中間層是利用PLC采集功圖數(shù)據(jù)和電機參數(shù)及其他本地儀表的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)（Gprs或Zigbee）傳給數(shù)據(jù)中心，同時根據(jù)現(xiàn)場實際工況和數(shù)據(jù)中心的指令來控制現(xiàn)場設(shè)備的啟停；③最上層為數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心利用軟件系統(tǒng)對從PLC那里接收的數(shù)據(jù)進行加工處理來形成功圖，并實現(xiàn)畫面顯示、歷史數(shù)據(jù)保存、報警功能，并實現(xiàn)報表功能。WEB SERVER系統(tǒng)還能把這些畫面和數(shù)據(jù)通過B/S方式發(fā)布到網(wǎng)上供相關(guān)部門查詢?yōu)g覽。

①井口儀表：

抽油機井井口：載荷和位移儀表（有線或無線）、壓力變送器、溫度變送器、電機軟啟動器或變頻器（選配）；自噴井井口：壓力變送器；計量間/注水井井口：壓力變送器、流量計。

②現(xiàn)場PLC數(shù)據(jù)采集與控制部分組成：

PLC機箱：包括PLC、Zigbee或gprs通訊模塊、電參數(shù)模塊、開關(guān)電源、接線端子、機箱等；供電變壓器；天線系統(tǒng)；護管與電纜線、安裝附件。

③油井遙測監(jiān)控中心組成：

Zigbee基站或gprs通訊模塊組成的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)（要包括開關(guān)電源、根據(jù)項目具體要求配置）；計算機（或服務(wù)器）、打印機與不間斷電源（根據(jù)項目具體要求配置）；監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫軟件、功圖計產(chǎn)軟件、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等專用軟件。

①抽油機井載荷、位移、壓力、溫度與PLC之間可以選擇有線的通訊方式。

②PLC與監(jiān)控中心通訊方式：采用無線通訊技術(shù)（GPRS/CDMA、數(shù)傳電臺、ZigBee模塊）；在單口油井應(yīng)用情況下我們提供gprs組網(wǎng)方案，利用移動網(wǎng)gprs或cdma與遠端的數(shù)據(jù)中心計算機相連。在多口油井應(yīng)用情況下我們提供Zigbee組網(wǎng)方案。首先，使用Zigbee在臨近的油井間建立起一個局部無線網(wǎng)（Zigbee控制網(wǎng)內(nèi)節(jié)點終端間通訊是免費的），再通過移動網(wǎng)gprs或cdma與遠端的數(shù)據(jù)中心計算機相連，從而實現(xiàn)低成本，高效率的工業(yè)自動化遠程無線通訊。

通訊鏈路結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用485總線+ZigBee+GPRS相結(jié)合的方式，每口油井配電箱內(nèi)GPRS模塊、PLC、電參數(shù)模塊、電機軟啟動器等設(shè)備采用485 總線連接，然后與內(nèi)嵌ZigBee RS485 技術(shù)的數(shù)據(jù)采集器連接，一個數(shù)據(jù)采集器負責一個配電箱的數(shù)據(jù)采集。臨近多口油井各個ZigBee RS485 數(shù)據(jù)采集器組成無線ZigBee網(wǎng)絡(luò)，通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點和GPRS/CDMA數(shù)傳終端把各個油井的監(jiān)控數(shù)據(jù)傳到遠端數(shù)據(jù)中心。

圖2通信鏈路拓撲結(jié)構(gòu)

⑴、本方案在設(shè)計時就考慮到要為用戶最大程度節(jié)電、節(jié)省采油成本。所以電機參數(shù)采集做了大量的工作。

⑵、我們選用國外知名廠家的PLC作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和中心控制器，在現(xiàn)場應(yīng)用的實際效果和可靠性遠高于RTU、單片機等產(chǎn)品。

⑶、我們可以根據(jù)油井現(xiàn)場的情況對每個油井的PLC分別進行編程，更能夠滿足油井的個性需求，還可根據(jù)用戶定制的功能對油井PLC進行編程。例如可編程實現(xiàn)自動停機等功能，當設(shè)定的最小載荷、最大載荷、井口溫度、井口壓力超限則自動停機，再比如對電機的缺相、過流、過載的保護停機等。

⑷、與其他廠家的產(chǎn)品相比，我們系統(tǒng)在采集功圖數(shù)據(jù)時電機參數(shù)采集與載荷、角位移數(shù)據(jù)采集真正做到了同步，這就真正能夠反映油井生產(chǎn)狀況，并對油井生產(chǎn)工況的正確診斷提供了準確的數(shù)據(jù)。

⑸、多口油井構(gòu)成ZigBee網(wǎng)絡(luò)的方案對比GPRS/CDMA 組網(wǎng)方式硬件成本更低，可為用戶大量節(jié)省通信流量費用；無線ZigBee網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)路由至少可達20 跳，另外ZigBee 模塊內(nèi)建防碰撞機制，有效防止數(shù)據(jù)丟失；ZigBee 模塊有16 個信道自由選擇，躲避信號干擾。

⑹、本方案提供防盜報警功能。