无线远传监测技术在油田生产管理的应用

李宏朝，兰文娟，李明胜，杨帆，章友洪，薛国新

(1. 新疆油田公司 采油一厂 J129作业区，新疆 克拉玛依 834000；2. 新疆油田公司 重油开发公司，新疆 克拉玛依 834000)

无线远传监测技术在油田生产管理的应用

李宏朝1，兰文娟1，李明胜1，杨帆1，章友洪1，薛国新2

(1. 新疆油田公司 采油一厂 J129作业区，新疆 克拉玛依 834000；2. 新疆油田公司 重油开发公司，新疆 克拉玛依 834000)

由于油田油井数量多且分布范围广，安全生产无法得到保障，通过对远程系统控制技术的研发与应用，实现了油田站区、油水井设备、电力设备、油罐设施的无线遥控监测管理和生产数据在线传输，有效地防止了油田生产事故，提高了油田生产的安全性；并在应用过程中可以根据油田生产的实际需要，使远程系统控制技术的应用得到延伸与扩展，实现了油井生产数据、变压器、电动机负荷的动态变化的数据监测与录取，对实现油井低成本管理，提高资料录取的准确率和信息化、自动化管理具有重要意义。

油田防盗 远程监控 自动化控制

油田生产由油井、计量站、管汇阀组、转油站、联合站、原油外输系统、油罐以及其他分散设施组成。由于老油区产量低，生产成本高，其投入与产出的性价比低，目前仍然采用人工每日定时检查设备运行情况并测量、统计采油数据。随着油田压缩编制及夜间无人值守，采油现场发生意外故障不能及时发现和排除，直接影响着油田的生产管理和安全。特别是近年来屡屡发生的偷窃原油和电力设施事件，造成油田很大损失。基于以上问题，新疆油田公司采油一厂与相关企业合作，共同研发了具有多种测控功能的SMS-C/Q远程监测仪，适用于中、低产老油井使用的监测管理系统。目前，已在100多口井上应用了油田机抽设备动态远程监测系统。该系统采用GPRS，SMS，Internet公网与ISM射频无线数传多网联合技术实施通信，具有通信网络覆盖面广、安全可靠、网络质量高、安装方便、维护工作量小、运行费用低等特点，并具有远程传输和自动化扩展功能(包括测量储油罐液位、测量储油罐温度、测量套管温度、测量套管压力、抽油机工作状态、变压器相位、电力设施运行状态和统计单井产量)，实现了自动化管理和安全生产的作用。

1 无线远程监测系统的构成

无线远程监测系统结构如图1所示。

图1 无线远程监测系统结构示意

如图1所示，系统主要由油井无线远程监测仪、数据采集传感器和移动接收终端及报警信息管理中心构成。GSM/CDMA无线监控管理系统是一套集现代软件、电子、传感器、GSM/CDMA移动通信、GIS技术以及计算机网络技术于一体的新一代油田设备无线监控集中管理系统。目前实现了对抽油机电机、变压器与动力线和油罐液位监测和数据传输。

1.1主要功能

该系统的主要功能： 变压器移动、缺相、断路、断电、(电压越限)报警；远程异地查看采油现场储油罐储量；系统监测仪保护箱开盖报警；储油罐液位下降远程报警(防止盗窃原油)；抽油机井电动机断电报警；数据采集通信线路断路报警；远程异地查看被监测设备(电机、压力、负荷、产量)运行状态；远程异地查看监测仪通信和工作参数。

1.2工作原理与方式

该系统由油井无线远程监测仪、数据采集传感器、移动接收终端和报警信息管理中心以及GIS网络软件技术构成，对抽油机运行设备、变压器、动力线和油罐液位等数据传输与监测。采用GSM/SMS通信技术实施远程监测油田设备。油井工作状态传感器主要有温度传感器、电压传感器、电机电流传感器、被监控开关断/合传感器，它们将油井的工作状态变换成对应的电压或电流值送至远程智能无线RTU。当系统发生异常情况时，由远程智能无线RTU发射信号后，通过对射频信号放大、解调，恢复成数传信号送中心工业控制计算机处理，然后经报警信息管理中心的移动接收终端控制计算机处理后立即发出报警指令；并可以时时查看监测仪通信和工作参数的变化，使报表、图表信息、操作记录、变压器移动、控制箱开盖、缺相、断路、断电、油罐液位改变、数据采集通信线路断路报警，确保报警信息在第一时间得到有效处理，最大限度降低因设备状态异常带来的损失；也可以将采油站中心控制室通过无线网桥或光纤与上一级的调度总控制中心相连，实现整体系统的自动化控制。该系统留有扩展接口，可根据油井实际现场控制情况进行增加，完全实现采油现场管理自动化。

1.3数据采集传感器组件

数据采集传感器由压力传感器探头、连接导线、防护外壳、防护软管等组成。压力传感器的核心部件是扩散硅压力敏感元件，其原理是在硅基片上采用离子注入并经激光修正制成惠斯通电桥，当压力作用于传感器的隔离膜片上时，膜片产生位移，通过膜盒内的硅油压力传递到硅基片上，使惠斯通电桥的4只电阻，有2只因拉伸而阻值变小，另外2只因压缩而阻值变大，桥臂阻值的变化使电桥失去平衡而产生了一个与压力成正比的电压输出信号，再经处理转换成4～20mA信号。压力传感器采用了高性能的硅压阻式压力充油芯体作压力敏感核心，接入专用集成电路将传感器毫伏信号转换成标准电压、电流或频率信号，并可以直接与计算机接口卡、控制仪表、智能仪表或PLC等相连，是扩散硅精密机械加工、温度补偿、模拟信号处理技术的结晶。

该系统适用于石油储油罐储量远程监测及原油防盗管理，替代了人工测量储量，具有安全防爆、自动远程上报警示信息、单井储油罐原油防窃等功能。降低了职工劳动强度、减少了人身安全隐患，杜绝了油罐原油溢漏和防止了储油罐原油被盗等现象。

2 远程控制系统实现的功能与现场应用效果评价

2.1SMS-C/Q远程系统控制技术的作用

该系统在新疆油田公司采油一厂J129作业区、红五作业区、红浅作业区、J131作业区进行了275口井的安装使用，在生产管理上实现了对油罐、电动机、变压器运行的远程监控报警和抽油机设备远程控制，降低了事故的发生与扩大，提高了油田设备安全管理效率；通过对油水井数据的实时传输，为油田生产措施的分析与方案的制订提供了真实资料，实现了降本增效的目的。

2.2设备运行监控系统的作用

该系统由远程监测仪、本安压力式液位变送器、移动接收终端和信息管理中心组成，可进行储油罐液位越(上、下)限、防溢出和加热泵露出液面报警。

1) 实时自动监测和控制油井设备工作状态和油水井生产数据，提高了油田管理效率。

2) 在变压器、电动机、原油被盗时，能及时向监控中心发出报警信息，降低油田盗窃案件的发生。

3) 在出现停电、设备故障等问题时，能够及时准确地报警，减少了停产时间，提高油井采油效率。

4) 系统功能可实现再扩展。目前，已对现场抽油机设备实现了连杆运转状态监测、驴头负荷监测、抽油机转速监测等方面的功能扩展。

2.3计算机信息监控报警管理中心

现场生产数据由各种仪表或传感器转换成标准的输出信号，然后经过主控单元采集处理后，通过无线传输到采油站中心控制室的集中控制主机，并根据现场报警数据反映的情况，通知相关人员采取处理措施。也可以将中心控制室再通过无线网桥或光纤与上一级的采油工区/厂部的总控制中心相连，实现整体系统的自动化控制，其三级结构远程监控系统如图2所示。

图2 三级结构远程监控系统

2.4现场应用效果分析评价

1) 实时监控抽油机等设备的工作状况，实现了对油田油罐、变压器、电动机的远程监控。

2) 实现了由人防到机械防到电子防盗的升级。

3) 实现了设备的安全管理，降低了油田盗窃事件的发生率。

4) 提升了油田管理效率，减轻了员工劳动强度。

5) 通过系统升级可在低成本的条件下实现油田生产管理的自动化、信息化。

3 存在的问题

现场应用中的主要问题： 信息传输数据故障率较多；系统比较单一，数据传输较少；扩展的远程控制系统和设备缺乏统一的安装标准，现场安装设备比较杂乱；实现远程系统监控的井站较少，只具备初级模式，还未形成整体规模效益。

4 远程监控系统的发展

整个系统与互联网无缝链接，客户端可通过网络浏览器对系统进行访问，在线动态实现对现场生产设备的实时控制和生产运行数据的实时采集、故障报警监测数据统计和报表打印；实时监测所有油井、计量站及水井的任意时间段的历史数据查询、功图比较、电流图比较和图表打印；对井场采油井、注水井、加热炉等设备进行视频监视与信号传输。

该系统的多叠式网络安全架构也保护终端用户的数据和整个系统的安全性与保密性。系统采用三级结构，即现场设备、中心控制室和调度总控制中心，包括采油设备数据采集及远程监控系统、油水井设备数据采集及远程监控系统以及网络视频远程监控系统等三项工业监测子系统(预留自动计量单元硬件与软件接口)，各个子系统均为模块化结构，可根据后续生产管理的需要进行增减，形成一套完整的自动化控制系统。

5 结束语

远程控制系统是一项多结构组织、多因素结合、综合性很强的系统工程。使用情况表明： 该系统设计合理、运行稳定可靠、设备选型合理、操作简单、维修方便可靠，将对企业提高现代化管理水平，降低劳动强度，提高工作效率及节能降耗发挥积极作用。同时对其他的过程参数的自动化监控也有一定的参考价值，为油田管理带来极大的方便和可观的经济效益和社会效益。通过在油田的多年实施验证了该系统功能的实用性与技术的可行性，从而为油田企业实现整个信息化和数字化管理奠定基础。

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稿件收到日期： 2013-07-29。

李宏朝(1964—)，男，现就职于新疆油田公司采油一厂，任采油工程师。

TP274.2

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1007-7324(2013)06-0077-03