新疆油田采油二厂采油生产物联网项目

北京亚控科技发展有限公司

1 项目背景

新疆油田地处荒漠，成千上万口采油井分布在广阔地域上，被按照采油井—计量站—转油站—联合站—采油区—采油厂—石油公司这样的多层次结构、按照“三级控制、两级管理”的模式进行生产管理。每一层级的控制，都需要大量的人员跑现场、抄表，效率低下，现场环境恶劣、员工工作负担重；同时，地面集输系统站点多、管线复杂，这些都导致了采油成本的增加。

新疆油田采油二厂采油生产物联网项目依靠技术创新与突破，转变思想，改变传统工艺模式，最大限度的取消计量站，配水间等中间环节设施，优化采油区集输管网部署结构，按照统一规划、分步实施的方式，组织开展综合研究，重点做好示功图求产与单井计量、数据远程采集与传输、注水井的远程自动化技术、设备远程监控与维护管理、增产措施预案与执行等，达到优化工艺、节能降耗、辅助管理的目的，打造具有“两化融合”特色的数字化、信息化、智能化油田。

2 系统架构

为达到中石油采油生产物联网系统建设目标的要求，并保证系统的先进性、稳定性、易操作性等，中石油采油生产物联网系统架构采用数据采集层、存储层、应用层三级结构设计，每个层级使用亚控科技对应的相关软件产品，完成对中石油各石油开采生产单位的实时在线数据及图像监控及对各类生产、设备运营的数据统计分析以及增产措施管理等功能。

（1）数据采集

KingIOServer数据采集与设备控制工程采用专门定制开发的设备驱动与设备实现连接，通过解析设备的通讯协议，读取设备的实时数据，同时根据组态系统的授权检验和确认结果向设备发送控制参数和开关指令。

（2）SCADA系统

KingSCADA作为整个系统的工程核心，完成站控的图形界面组态、设备控制授权检验、设备控制确认过程组态、系统实时历史状态分析等功能。

（3）数据库系统

在调度控制中心的工业实时历史数据库服务器上部署工业实时历史数据库KingHistorian，用来存储海量的、具有时间特性的过程数据；使用用户自定义关系数据表存放的是一旦确定不会经常性变化的数据，如工作班次、管理类数据等。

工业实时历史数据库系统KingHistorian可实现先进灵活的数据采集、数据存储、数据检索等功能，并具有开放性接口、在线离线方式的灵活设置、安全性、可靠性等特点。

3 数字化油田与最佳生产实践管理

系统提供专业的石油采油分析功能，提供针对于采油设备的专业示功仪数据采集、存储、分析与展示，提供专门的增产措施管理，利用宏观控制图提示增产措施方式。

3.1 功图自动分析

系统实现采油生产实时监控与管理，通过专业的抽油机功图，完成功图求产与抽油机故障分析检测。系统将示功图、电流图原始数据在工业实时数据库进行长期管理，后期分析不需要任何加工就可以直接调用。依据载荷位移关系，分析抽油机产液量、分析采油生产是否正常，实现生产管理与控制的自动化与信息化。

分析主要诊断结果为：气体影响，游动凡尔漏失，抽油杆断脱，卡泵，供液不足，固定凡尔漏失，气锁，连抽带喷，固定凡尔卡死，泵严重磨损，完全液击，柱塞脱落出工作筒，液体或机械磨损，泵上碰，泵下碰，泵工作基本正常等。

功图自动分析一直以来是油田信息化的难点之一。目前，在油田生产中，功图分析还主要是通过人工判断，缺乏自动化分析手段，相关算法处于起步阶段。亚控科技在2010年组建开发队伍，和相关采油厂合作，详细了解功图各方面功能、清晰了解功图需求，联合开发出包括功图展示、工况分析、功图计产功能的智能功图分析模块。

（1）功图展示

以“功图”形式展示抽油机最新功图数据，并同时展示从抽油机功图数据所分析得到的实时抽油机状态、抽油井产量、抽油井油压、套压、温度等信息；可单幅功图分析，可叠加分析等多种展示分析方式。

（2）工况分析报警

示功图是作为反映有杆泵抽油机的工作状态最直观有效的分析手段。通过功图自动分析，能够及时发现抽油机砂卡、脱杆、凡尔漏失等工作状态的变化和供液不足、气体影响等油藏的动态变化，得出抽油机的工况状态。并按照工况的故障类型做相应的报警。

按照故障的类型以及严重程度，功图报警分成三级。一、二级报警会声光提示监屏人员，三级报警直接入库，不做提示。

（3）功图计量

功图计产同样因为油藏状况多样，对于低产油井等情况计量准确率差，目前没有得到广泛认可的求产计量算法。亚控的功图计产算法是针对单次实时功图的瞬时产量，用一个当前测试的功图减一个极度供液不足的功图，剩下的面积除以扬程可得出一个周期的产液量。再结合开停机时间可以计算当天油井产量。主要特点如下：

根据实时功图计算抽油井实时产量；

根据多幅连续历史功图矫正抽油井统计产量；

能够不断优化的计算方法，逐渐提升根据功图换算抽油井实时产量准确率；

亚控科技的目标为功图计算产量误差小于10%，逐步建议去掉计量站。

功图计量展示

对功图计量分析后的单井产量和设备采集的数据按照时间和一定周期进行统计，通过时间轴进行分组展示曲线、柱状图、饼图等，如图1所示。

功图数据处理

按照采油井分类按时间顺序把载荷和冲程分开存储在工业实时数据库中，载荷、冲程各对应一个工业库的变量，利用工业库1024字节的“变长二进制”类型数据保存，可以保存长期数据。使用时首先解析为多个数据对。

同时对于如此庞大的数据，工业实时历史数据库提供死区压缩、旋转门压缩等多种压缩算法，在保证数据压缩前后趋势不变的前提下使得所消耗的磁盘空间下降。

采用亚控工业实时数据库后，数据存取速度极快，即使是从10年的海量数据库中读取大规模的功图信息，查询反应时间均小于2秒。

3.2 宏观控制图

系统采用宏观控制图，如图2所示，完整分析油田生产潜力，为增产措施科学管理与实施提供技术知识和信息保障，为实现采油生产最佳实践分析提供有力工具。

3.3 设备在线运维

能对设备的在线运维，实时感知才能称作物联网平台。亚控科技统一的设备管理平台（数据采集平台KingExchange）实现任意地理位置可对生产信息进行详细的查询。

在信息化生产管控系统中，系统自身的健康度是基础。采集终端变送器、传感器不准时将对生产管理造成未知破坏。而变送器、传感器都是需要进行周期性的校验及更换电池的。一口油井一般配有十个传感器，一个采油厂一般有2000～4000左右口井。以一个具备2000口井的采油厂进行计算，传感器、变送器的数量将为20000左右，巡井的工作量十分庞大。

本平台支持设备的自动在线更新。每个变送器、传感器以及RTU都拥有自己的RFID。现场变送器、传感器或者RTU设备增加或者退出时，现场人员使用手持终端对设备的RFID进行扫描即可捕获该设备。然后在手持机中按照要求即可将该设备直接添加到工业库中或者替换原来设备，或者按照类似的操作亦可将设备从库中的除去。

在本平台可实现变送器、传感器异常或电量不足时自动向系统上报的功能。系统可快速定位到具体的站点、设备，无需再进行拉网式的检修排查，这对于生产设备管理维护意义重大。

3.4 安全管理：全方位视频安全感知系统

智能视频结合SCADA监控系统，实现数据联动，图3所示，可使常规的数字视频监控系统的“眼睛”功能具有“大脑”的分析判断处理功能，为用户提供了智能分析入侵者、自动判断烟情、火情、物品看管、遗留物检测、目标种类识别、人体行为检测、自动报警、自动智能录像等系列的智能自动化视频监控系统，可广泛用于油田的各种重要场所和建筑公共治安的安防应用。

本系统还有一个效果：平时摄像头按照常规进行存档删除，而对于出事的记录，把SCADA系统报警前后的一段时间的视频记录单独保存下来，这样便于事故视频的调出和事故的事件。

4 效益分析

通过采油生产物联网系统的建设，采油工可通过电子巡井、远程操控等手段，将每月野外工作量降低50%～70%；地面集输系统可优化减少站点30%左右，集输管线每年能节省资金过百万元人民币。