基于物联网的井场信息管理系统

江璟科

[摘 要]为了建立数字化油田，实现对采油井井场进行时时管理，企业需要建立一套井场信息采集管理系统。本文在介绍井场数据传输系统硬件组成的基础上，对井场数据管理子系统进行详细论述。该系统的建立，实现了井场各个环节的紧密连接，同时也为油井智能化与数字化生产奠定了坚实的基础。

[关键词]物联网；数字化；井场信息管理系统

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.16.025

[中图分类号]F270.7 [文献标识码]A [文章编号] 1673-0194（2017）16-00-02

0 引 言

大庆油田的采油井很多都是位于人烟稀少的旷野中，所采用的管理方式主要是人工巡查，即由巡检人员每天亲自到现场对抽油机的运转情况进行实际查看，并获取井场及设备信息，记录采油井井场情况和相关设备的运转数据。随着科技的不断进步，无线传感器、云计算、通信网络、RFID等技术都得到了飞速发展，这间接促使数字化油田在采油井场上得到了规模化应用，数字化油田的建立与普及是现代科技和油田发展的必然趋势。采油井井场是数字化油田应用场所和基础数据采集的源头，因此，建立一套井场信息采集管理系统对数字化油田的构建和准确的数据采集具有重要的作用。

1 井场信息管理系统硬件的组成

要想实现数据的准确采集和传输，构建数字化油田、井场数据传输系统是不可缺少的，通常情况下，井场数据传输系统主要是对采油井井口参数、抽油机工作状态参数、现场视频图像、示功图测量数据、压力数据等相关基础数据进行采集后并传输到指挥中心，这能够对采集的数据进行远程分析和处理。基于物联网的数据处理系统主要由以下几个部分组成，分别为数据采集系统、无线传输网络系统和指挥中心数据处理系统。

1.1 井场油井数据采集

数据采集主要是由安装在抽油机上的高清网络摄像机、无线传感器、压力变送器、温度变送器等构成。抽油机井口参数采集点分布如图1所示。

图1显示的部分是数字油田的感知层，由各种变送器和传感器构成。井口数据采集和控制用的是北京安控科技的Super E系列RTU，该设备集成了2路RS485和8路AI，起到了通用协议转换的作用，硬件上可以接入4 mA～20 mA、RS485等大部分类型的信号；软件支持各种标准、自定义通讯协议。数据格式统一后，上传速度快且准确，既提高了通信效率，又统一了与上位机的数据接口，便于上位机软件的开发调试和维护。

（1）实现参数。实现参数包括电机综合参数（电流、电压、电量、有功功率、无功功率、功率因素）、井口参数（油压、套压）、抽油机参数（示功图、冲程、冲次）。

（2）仪表配置。仪表配置包括RTU（含语音提示装置）、电量采集模块（含远程启停装置）、载荷传感器、位移传感器以及压力变送器。

1.2 井场视频监控

视频监控系统共分为两部分，即前端设备和后台设备。前端设备是指安装在工区各主要路口及站库的所有监控设备、网络设备、报警设备及配套设备等，由摄像系统和报警探测器组成。后台设备是指安装在油田采油调度监控中心的监控终端、服务器、磁盘阵列、UPS、网络设备等。

1.3 井场数据传输

无线局域网技术是数字化油田数据传输网络的核心技术，关系到无线网络的承载能力和安全性。现有技术中，GPRS技术和CDMA 1X技术只能提供几十 k的数据传输速率，无法满足视频信息的有效传输；3 G技术虽然能够提供几兆的数据带宽，但一方面庆新油田区域3 G网络建设相对滞后，无线宽带信号尚未覆盖；另一方面3 G技术主要面对的是公众用户，无法有效实现公私网络的隔离，数据需要经过省级或地市级核心网络的分离后，经公网再接入油田企业网中，数据传输的安全性无法得到保障。无线宽带城域网技术中，Wimax技术由于使用频率与TD-SCDMA技术冲突，已被我国明令禁止，因此Mcwill技术是庆新油田信息化解决单井信息传输的最佳选择。

庆新油田在采油一工区和二工区各新建通信铁塔1座，配套建设塔下机房及基础，同时新建McWill无线宽带基站2套，通过光纤接入油田企业网，无线信号将覆盖整个庆新油田。庆新油田野外油水井的采集和视频信息，将通过无线宽带通信模块以IP方式上传至监控中心，在工程施工过程中首先保证了网络能长距离、高带宽的回传，且性能稳定，还可以实现对设备集中管理，便于维护。

2 井场数据管理子系统

井场数据管理子系统包括基础数据管理模块、油水井运行管理模块、远程控制模块、设备管理模块、告警管理模块5大功能。

2.1 基础数据管理

（1）视频采集对应关系：当采集设备IP出现变动时，通过其进行数据修正。

（2）油井基础数据：记录油井的数字化属性，如采油方式是否采集油套压，是否有视频监控等；同时，其也管理与油井计算相关的参数，如，下泵深度、液体动力粘度、液体密度等，需要进行完善方可确保系统正常运行。

2.2 油水井运行管理

油水井运行管理包括：管理油水井运行的实时数据和采集数据、管理实时数据历史、管理日数据历史、管理运行数据、油井量油值管理、功图打印。其中，油井量油值管理记录最新的油井量油值，便于在报表中进行日产量提取；功图打印是从一个月中选定功图类型，并打印。

2.3 远程控制

（1）油井远程启停。拥有启停权限的用户，可以通过视频对油井设备进行远程遥控，完成井的启动和停止等操作；对于没有视频设备的油井，为保证生产安全，只给予相关人员远程停井权限，其可通过远程单井或多井页面实现远程停井。

（2）掺水量控制。掺水量控制包括水井掺水量控制与环掺水量控制两部分。

2.4 设备管理

（1）油井设备管理。第一，管理油井的各设备组织单元，包括抽油机、抽油泵、电机、配重块等明细信息。第二，通过组合各组织单元，同时记录油井的油杆、油管信息，完成油井的设备组装；根据设备安装期限和维护期限，進行设备检修提示。

（2）配注间设备管理。用户管理配注间的各设备组织单元，包括柱塞泵和电机等明细信息；通过组合各组织单元，完成配注间各设备的配备管理；根据设备安装期限和维护期限，进行设备检修提示。

2.5 告警管理

（1）阈值管理。用户能够对所有工区的油井、水井、环、站库的阀值进行添加、编辑和删除。系统通过自动读取用户设置的阈值，检索相应的采集数据，当出现采集数据异常时，给出告警提示；为防止遗漏告警项，系统采用翻页的方式进行阈值的逐一添加。

（2）历史查询。对油井、水井、计量间、配注间等生产单元告警历史的查询与相应的流处理。

（3）流处理。对每一个告警的处理流程进行查询，包括接警、销警、归档、查看历史等。如果不通过告警流处理，则采用直接销警的方式。

这些内容介绍了庆新油田井场信息管理系统的相关功能和部分设计思路，该系统完全符合物联网的定义和物联网的三层结构，从技术上对物联网包含的6大核心应用技术，即共性支撑技术、数据处理技术、传感器技术、WSN无线传感网技术等，提供了有力的支撑，是物联网技术在数字化油田建设中的典型应用。

3 结 语

基于物联网技术的井场数据管理系统实现了井场监测监控信息采集、传输、转换、远程监控，通过物联网不仅可以实现井场跨地域的协同工作，还可以紧密连接油井生产的各个环节，并实现油井及油田生产与技术的整合，进一步实现油井的智能化和油田数字化的生产经营管理。

主要参考文献

[1]容涛，张乃禄，刘祥周，等.基于物联网的智能井场数据传输系统[J].油气田地面工程，2013（9）.

[2]曾韬.物联网在数字油田的应用[J].电信科学，2010（4）.

[3]张乃禄，张源，徐竞天，等.基于通用无线分组业务（GPRS）的油田生产安全监控系统[J].中国安全科学学报，2006（8）.