基于McWiLL的油水井及计量间监控系统设计

彭桂华

(大庆油田 第三采油厂工程技术大队，黑龙江 大庆 163113)



基于McWiLL的油水井及计量间监控系统设计

彭桂华

(大庆油田 第三采油厂工程技术大队，黑龙江 大庆 163113)

摘要：根据大庆油田第三采油厂生产实际和管理现状，提出了利用McWiLL技术实现对油水井、计量间生产过程运行参数检测和控制的设计方案。首先比较了现有的油田信息传输技术优缺点，根据三厂实际工况，选择了McWiLL技术；给出了基于McWiLL技术的无线传输网络建设方案，主要由采集控制层、数据传输层、生产现场监控与管理层三部分组成；分别对油水井数据采集与控制系统、计量间数据采集与控制系统、生产现场监控与管理系统进行了设计与实现；最后对应用效果进行了分析。

关键词：McWiLL技术油水井计量间远程监控

在油田生产过程中，采集相关生产数据参数及对油水井进行远程视频监控，对于油水井的安全生产起着至关重要的作用。大庆油田第三采油厂在油田开发中积累了大量的开发经验，但油田生产数字化程度较低。油田进入开采后期，由于井数多，管理问题不断出现，人工巡检不能及时发现问题，尤其在夜间和天气恶劣情况下，这种现象更加突出。同时油井设施被盗现象也严重影响了油井正常生产，仅靠人工管理已不适应现代生产形势的需要。为了保证油气生产现场各类采集数据的及时上传和各种控制指令的准确下达，监控视频和语音通信的顺畅传输，拥有一套稳定可靠、方便灵活的通信支撑系统显得尤为重要。

笔者根据大庆油田第三采油厂生产实际和管理现状，提出了利用McWiLL技术实现对油水井、计量间生产过程运行参数检测和控制的设计方案，并进行实现。

1无线传输网络整体方案设计

大庆油田第三采油厂提出了数字化建设的目标，在3 a内实现全厂6 738口井的数字化监控，其中机采井3762口、注水井1514口、注入井1462口、计量间287座、中转站30座、注水站22座、污水站33座、注入站40座、配制站3座、联合站8座。该厂有线网络已覆盖全厂的厂、矿、队(转油站、联合站)，因而通过有线网络可方便地实现对各类站所生产要害岗位的监控，但对于油水井、注入井、注水井、计量间等场所，地点分散，利用有线网络传输数据投资大、施工困难、周期长、灵活性差。因此，对注水井、计量间等场所的数据采集需采用无线传输方式。

目前，在油田广泛应用的无线通信技术主要有无线网桥、GPRS及McWiLL等。下面主要针对该油田选用的McWiLL无线传输技术进行阐述。

1.1McWiLL通信方式

McWiLL宽带无线接入系统是一种安全可靠的视频、数据、语音传输方式，可以与其他通信技术一起，共同加强油田的信息化建设，构建数字化油田。

McWiLL宽带无线接入系统由基站、终端设备和网元管理系统等组成，如图1所示。

图1　McWiLL宽带无线接入系统组成

整个系统分为三个部分：

1) 通信模块。McWiLL通信MEM模块和数据采集设备(RTU)与PLC相连接，完成数据的采集和控制。

2) 基站部分。把终端MEM模块传送上来的数据进行转发。

3) 核心网部分。包括McWiLL网络的管理单元SAC以及各种应用服务器。数据通过传感器或者视频摄像头传送到McWiLL终端，终端通过无线的方式传送到基站，基站对数据进行转发处理，送到对应的服务器上，从而完成了整个数据的传送。

1.2无线传输网络整体方案设计

无线网络主要部署在油水井和计量间，采用McWiLL技术实现全厂区域覆盖，如图2所示。

图2　无线网络覆盖示意

McWiLL无线通信终端MEM模块提供两种接口： 标准RS-232C接口和标准RJ-45网口；支持网口和串口同时进行数据传输；提供峰值上下行速率分别为1Mbit/s的数据服务；作为二层设备，内置TCP/IP协议，可自动获取IP地址，自动建链；内置AT指令集，可用串口线或网口进行配置。

2基于McWiLL的油水井及计量间监控系统设计

油水井是油田作业区中数量最多、分布最为零散的工作单元。McWiLL无线网络在油水井生产中的应用，克服了数据实时传输的困难，大幅提高了油水井生产设备运行的自动化水平，帮助一线工人及时发现和排除故障，减少了油水井的停机时间，是油田稳产提高企业效益和工作效率的有效手段。

2.1油水井数据采集与控制系统设计

油水井数据采集系统是通过在井场安装自动化仪表、传感器等设备，对电压、电流、温度、压力、流量、液位、界面、含水、示功图、红外报警等数据进行实时采集，并把采集到的数据传输到安装在每口井旁的RTU中，由RTU传输到终端模块MEN中，再通过McWiLL无线网络传输把数据上传到基站，在基站对数据进行存储、处理，然后上传到监控中心，为油井实时监控提供及时、准确的生产数据。

在机采井数据采集中，在井口安装压力传感器、温度传感器等传感设备，通过传感器采集到井口的油压、套压、温度等参数；再在抽油机的驴头和配电箱安装相应的传感器，来测量抽油机示功图、冲程、冲次等参数以及电机的电压和电流等参数，这些参数都输入到RTU和终端MEN模块中，通过McWiLL无线网络系统输入到监控中心，在监控中心专业人员可及时判断出抽油机井运转是否正常，产液量多少，井口温度、压力是否正常。同时还配置远程启停装置，在监控室就能实现抽油机井的远程启停控制。

注水井数据采集和抽油机井的数据采集： 在水井井口处安装压力、流量传感器，完成对水井油压、套压、注入量等数据的采集，同时配置远程配注装置，通过McWiLL无线网络传输数据，完成注水井远程调节注水量控制。

2.2计量间数据采集与控制系统设计方案

1) 计量间采集。在掺水、热洗、回油管线的相应位置安装压力、温度传感器，采集总掺水温度和压力、总热洗水温度和压力、总回油温度和压力等参数。同时在各集油环上部署掺水控制设备，通过远程控制掺水量完成掺水温度的调节。为了实现自动计量，拟对现有计量站逐步进行改造，使用该厂新引进的多井式连续自动计量工艺，实现气、液量、含水的连续在线计量。该工艺以旋流分离技术为基础，配套计量仪表，微机数据采集、处理、传输系统；以电动多通阀为手段，实现计量间自动选井连续计量的控制，如图3所示。

图3　多井连续计量分配器结构示意

2) 现场PLC对流量、压力信号进行采集、运算，对电动旋转阀进行连续控制，自动倒流程，根据井数在24h内平均分配时间，对油井依次循环量油。对压力进行实时监测，严重超限时自动将油井倒出计量流程，自动倒入生产流程。PLC的RS-485接口或以太网接口将整个生产过程参数通过MEM终端模块传至中转站再至厂信息中心相应数据服务器。

2.3生产现场监控与管理系统设计方案

在网络中，McWiLL基站与矿区监控平台通过IP网络连接，监控人员通过McWiLL终端可以访问油田生产自动化系统平台；视频监控平台也可为现有的视频服务平台提供视频图像的转发存储等服务。利用该系统，在采油队、采油矿等各级生产管理部门可以完成生产信息实时采集、生产设备自动控制和生产现场实时监控。主要包括： 数据采集、生产实时监测、远程控制、异常预警、设备运行电子巡检、视频监控等内容。

生产中,以井场、计量间等油田生产现场为数据采集源点，各种传感器为采集装置，采集数据通过无线网McWiLL技术输入实时数据采集平台，由实时数据采集平台把数据提交到相应的管理数据库中，按照科学的过程建立数据模型，对数据进行分析、加工。通过生产指挥界面显示生产数据的分析结果，以生动的流程、曲线、报表等形式反映生产参数，形成生产实时诊断，给决策者提供生产的综合决策，生产管理部门把决策信息反馈到生产现场，进而完成地面操作等工作。

在油水井的的视频监控中，为了确保油田生产的正常进行，杜绝违法犯罪情况的发生，在偏远地区的井场还安装监控杆和监控箱，放置摄像头、编解码器等视频前端设备，配合后台视频服务器以及视频控制软件，完成对井场的视频监控。所使用的视频监控，图像格式一般为CIF模式，图像带宽需要满足512K或768K，上行带宽1M左右。可以采用一体化无线摄像机或监控摄像机+视频压缩编码器+McWiLL两种终端之一。摄像机和视频编码器之间可通过同轴线缆连接，视频编码器和McWiLL终端之间可通过网线连接，McWiLL终端把采集的信号通过串口传给McWiLL基站，基站通过标准以太口连接到IP网。通过视频服务器可以对采集的图像进行处理、存储，并可控制摄像头转动方向及焦距等。

监控室的生产监控是以计算机或电视墙作为视觉媒体，以曲线、数字、图形、图标等方式显示各项生产数据，在监控室的画面上可以实时了解每一口井产液量、油压、套压和用电量，油井停电、停机、回压及电流等异常情况，对异常情况进行诊断和预警；并派专人去现场处理故障。针对抽油机井的缺相、三相电流不平衡、曲柄销脱落时自动停机等问题，安装了远程启停控制，通过在监控室发出指令，指令通过无线网络McWiLL的传输，到达指定井位进行控制。McWiLL无线网络的应用，使上述功能得以实现，解决了数据传输的难题。

3运行效果分析

1) 减少停井时间，提高了机采井运行时率。巡检系统反馈多种生产异常情况与发生时刻同步，平均测算，比正常人工检查提前3.2h发现问题，按巡检系统记录的统计，抽油机运行时率提高0.29%，机采井年增加运转2.5×104h。

2) 明确量化考核依据，提高了生产管理水平。系统投用后，记录了上井处理问题进度及工作质量，使工作量化有据可查，提高了工人的主动性和责任感；采油队领导可随时掌握全队生产情况，提高了生产协调能力；为厂、矿管理人员指导生产提供迅速准确的生产信息。

3) 实行集中监测，提高了生产保障能力。利用巡检系统的集中监测功能，实施了区域掺水的调控方案。通过电流曲线特征的变化规律，掌握了科学调整热洗周期的方法，同时对热洗质量、周期执行情况起到监测作用。

4) 科学指导生产，为油田持续稳产提供技术保证。

4结论

结合大庆油田第三采油厂建设数字化油田实际需求，针对油水井、计量间分布不集中的特点，提出了建立一种基于McWiLL的油水井及计量间数据采集、远传、监控管理的平台，设计自动化信息采集系统。通过McWiLL网络传送生产数据到厂信息中心实时数据库服务器，使生产管理的各个部门能够及时掌握油水井、计量间生产状态并指挥生产，缩短油田故障处理时间，合理利用资源，提高开井时率，增加原油产量，提高工作效率。

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中图分类号：TP277

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2015)03-0076-03

作者简介：彭桂华(1965—)，女，广东化州人，现就职于大庆油田第三采油厂，研究方向为自控系统及应用。

稿件收到日期： 2014-03-12。