油井生产数据采集与管理系统软件的设计与开发

李凤民，潘居臣，宋 松，赵 冲，梁华庆

（1.中石油华北油田分公司数据中心，河北 任丘062552；2.中国石油大学（北京）地球物理与信息工程学院，北京102249）

油井生产数据采集与管理系统软件的设计与开发

李凤民1，潘居臣1，宋 松1，赵 冲2，梁华庆2

（1.中石油华北油田分公司数据中心，河北 任丘062552；2.中国石油大学（北京）地球物理与信息工程学院，北京102249）

研发的油井生产数据采集与管理系统软件，控制油井远程数据采集设备（RTU），可完成油井生产数据的远程自动采集、传输、存储、显示与查询等功能。系统软件基于易语言可视化开发环境，采用可移植性好、使用方便、功能强的Oracle9I作为数据的存储管理数据库，充分利用API，COM、DLL、OCX等组件进行UI界面和主要功能的开发。文中详细介绍了软件的主要关键功能模块及其实现技术。该系统部署于油田现场，可实现油井生产的实时高效监管，生产问题的全面、快捷诊断，保障油井生产安全运行。

油井生产数据；采集与管理软件；Oracle数据库；易语言

华北油田二连分公司地处内蒙草原高寒地区，东西长430公里，南北宽210公里，其油井地处偏远，分布范围广。如果油井生产数据全靠人工采集，不仅工人劳动强度大，需要耗费大量的人力和物力；而且采集的数据为非连续性数据，对油井出现的异常情况不能及时发现、及时采取措施而降低了生产效率，增加了采油成本。为此，在油井井场部署RTU终端和各类传感器，研发油井生产数据采集与管理系统软件，实现油井生产参数的自动采集和远程控制，生产参数的超限报警，操作人员可以在中心控制室对油井的生产进行7× 24小时全天候实时监控管理，将传统的人工巡检方式转变为智能巡检、组织运维。

1　系统整体框架

系统由位于井场的各类传感器 （油井功图、电参量、压力、温度等传感器）、远程数据采集设备（RTU）、McWill无线传输模块和基站，以及位于中控室的上位机组成。所研发的软件部署于中控室的上位机上，控制和管理RTU设备，完成油井功图、电参、压力、温度等参数的采集和管理，并监控油井运行状态。

系统框图如图1所示。

图1　系统框图

2　系统软件的设计

2.1功能需求分析

系统软件，一方面要有控制和管理RTU的功能，另一方面要有良好的数据管理功能，具体应满足以下需求：

1）可视化管理RTU设备信息的功能；

2）良好地轮询访问RTU的功能；

3）实时保存数据的功能；

4）实时显示数据的功能；

5）查询处理历史数据的功能。

2.2功能模块设计

根据上述需求，设计以下模块：

1）RTU设备管理模块

现场RTU设备安装完毕后，所有设备初始的IP、端口、网关等参数均是相同的，因此需要对有设备的上述参数进行配置。由于设备数量众多，如果采用人工对每一台设备逐一现场配置，不仅工人的劳动强度大，也不利于设备的随时增减管理。因此需要开发RTU设备管理模块，完成局域网内所有在线RTU设备参数的远程配置。

2）轮询控制管理模块

该模块可手动配置多个采集命令，进行多设备多命令的轮询采集控制。

3）数据管理模块

该模块对Oracle数据库中的信息进行动态添加、历史数据的查询。

4）输出模块

该模块包括采集参数的实时显示，数据和图像的导出以及打印。

系统软件功能模块结构图如图2所示。

图2　系统软件功能模块结构图

3　软件的开发与实现

3.1开发环境

使用Windows XPSP3、易语言V5.3、Oracle9I版本作为数据库，使用ModScan32作为采集校验对比工具。

3.2关键功能的实现技术

1）在线RTU设备侦测

所有RTU通过以太网与上位机连接，通信协议采用标准的Modbus TCP协议。

该模块主要实现对局域网内所有在线RTU的设备参数自动录入功能。上位机通过UDP广播通信协议向局域网广播地址发送特定协议数据帧广播包。RTU通过特定端口收到合法的广播包后进行数据包校验、响应应答。

上位机收到RTU的响应报文后，按照协商好的侦测协议，进行数据包的解析、校验，完成在线设备的参数显示、录入功能。若CRC校验错误，则不显示当前设备参数。由于初始配置的RTU设备可能其IP地址、端口等参数均是相同的，但其设备的具体序列号却不同。因此上位机进行显示时，按照返回的数据包中的设备序列号不同进行相应录入操作，相同的则不予显示。

在线设备侦测流程图如图3所示。

图3　在线设备侦测流程图

2）远程RTU配置

软件经TCP网络协议连入单个设备，可以对单井RTU进行具体参数配置和单井的数据采集。通过协商好的PC与RTU CFG配置协议，完成对单井的MAC地址、IP地址、子网掩码、默认网关以及端口号进行读参数和写参数操作。

读参数操作时，上位机通过TCP方式向当前连入的设备IP地址和特定端口发送命令报文，采集设备收到后进行解析校验，成功则进行数据响应。若校验失败，则返回协议帧头，上位机显示读取失败信息。同样，在上位机对RTU设备进行写参数操作时，响应模式同上。然后逐一对在线设备完成IP等参数配置。

连入该设备时，可实现实时控制RTU进行数据采集、上传。实现单井数据的采集、查看功能。

上位机与采集设备RTU CFG配置由通信数据帧头和数据参数组成。其中，数据帧头格式如表1示，CFG配置协议数据帧格式如表2示。

表1　CFG配置数据帧头

3）轮询数据采集

可以通过采集管理进入对多设备的多命令轮询数据采集。按照Modbus TCP协议，通过对Address、Device ID、Length以及Modbus pt参数配置，基于Modbus命令报文的编译，再通过上位机多线程技术发送给采集设备，可同时实现对同一个设备进行数据采集的多个不同的命令配置，即远程控制RTU设备执行多个不同的采集命令。设定好轮询的采集时间间隔，便可以进行自动数据采集。

表2　CFG配置协议数据参数

轮询采集流程图如图4所示。

图4　轮询采集控制流程图

4）远程Oracle数据库的存储、读取

采集到的数据，按照Modbus协议进行数据解析，经过特定算法处理，将模拟量转换为实际值进行实时显示，并操作Oracle存储过程将数据进行入库、更新。

Oracle数据库远程登陆子程序核心代码如下：

①主机名=编辑框_主机名.内容

②数据库名=编辑框_数据库名.内容

③用户名 =编辑框_登录用户.内容

④用户密码=编辑框_登录密码.内容

⑤标签_信息显示.标题=“正在连接数据库，请稍候......”

⑥标签_信息显示.刷新显示 （）

⑦是否连接成功 =数据库_连接.打开（“DRIVER=｛Oracle in instantclient10_2｝；DBQ=//”+主机名+“/”+数据库名+“；UID=”+用户名 +“；PWD=”+用户密码 +“；”，，，）

⑧如果真 （是否连接成功=假）

标签_信息显示.标题=“数据库连接失败！”+#换行符 +数据库_连接.最后错误

返回 （）

如果真结束

⑨_启动窗口.标题 =“数据库连接成功！”

执行代码⑦需要在本地计算机上安装oracle客户端，以便远程访问oracle服务端。

4　主要界面及运行效果

所研发的软件经过测试，数据采集解析正常，并能够正确进行数据显示和存储，实现了预定功能。下面简要介绍其主要界面及运行效果。

1）在线设备侦测界面

如图5所示，程序启动后，通过进入在线设备侦测界面，可通过扫描或刷新按钮来对局域网内的在线RTU设备在线侦测。该模块通过UDP方式，向局域网内的广播地址发送侦测命令包，采集设备通过设定端口监听到广播数据包进而响应来实现。

2）轮询管理界面

如图6所示，通过更新按钮将需要轮询的设备IP加入到轮询设备IP列表中，也可以自定义设备IP，或删除。按照Modbus协议，采用类似ModScan32工具的参数设定，进行采集命令的编译后，设定好轮询采集间隔时间后，便开始进行轮询采集。采集到的数据一方面动态显示，同时进行Oracle数据库存储。

图5　在线设备侦测界面

图6　轮询管理界面

5　结束语

油井生产数据采集与管理系统是以提高油田管理水平、油井产量、系统效率为目的，集数据采集、数据管理、控制执行于一体的硬软件综合平台。所研发的系统软件经过测试，运行良好、性能稳定。人机界面友好，操作简单实用，现有功能可以满足油田现场数据采集与管理的需求。

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Design and development of data acquisition and management system for oilwell production

LIFeng-min1，PAN Ju-chen1，SONG Song1，ZHAO Chong2，LIANG Hua-qing2
（1.Data Center of North China Oil Field，Renqiu 062552，China；2.College of Geophysics and Information Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

The designed data acquisition and management system software for oil well production，controls remote terminal units（RTUs）and can automatic acquire，transmit，store and display production parametersofoilwells in real-time.Based on the E-Language visual development environment and Oracle9I database，the system softwaremakes full use of API，COM，DLL，OCX and other components to develop the UIinterface andmain functions.The key functionmodulesof the software and their realization technology are introduced in detail.The system isdeployed in the oil field，which can realize the real-timeand efficientsupervision ofoilwellproduction，make a comprehensive and quick diagnosisofproduction problems，and ensure the safe operation ofoilwells.

oilwell production data；acquisition andmanagement software；Oracle database；E-Language

TN919

A

1674-6236（2016）19-0018-04

2015-10-15稿件编号：201510090

国家发改委下一代互联网技术在智慧油田的应用示范项目（CNGI-12-03-043）

李凤民（1964—），男，河北馆陶人，高级工程师。研究方向：油田自动化。