《電子技術應用》
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油田電泵井節能監控系統的設計

2008-08-21
作者:張樹德1, 董 靖2, 王合龍

  摘 要: 簡單介紹了電泵井系統的現狀,針對本節能監控系統" title="監控系統">監控系統的總體要求和技術指標,給出了油田電泵井節能監控系統的設計方案。對提高采油廠的自動化管理與控制水平、經濟效益、產品質量有重要意義。
  關鍵詞: 傳感器 GPRS 電泵井節能監控系統


  隨著油田的發展及工業自動化水平的提高,出現了一種服務于油田采油的新技術,即利用現代數據采集" title="數據采集">數據采集技術開發的EDA90系列模塊和由計算機組成的系統對采油設備、采油數據的遠距離監控與采集。
  電泵井是油田保證原油高產穩產的重要設施,電泵井能否發揮重要作用,對油田完成原油產量起到至關重要的作用。目前大多由人工每日定時檢查設備運行情況并測量、統計采油數據。由于油井數量多且分布范圍由幾十至上百平方公里,這種方式必然使工人勞動強度加重,且影響了設備監控與采油數據的實時性和準確性。所以油場的自動化、信息化就顯得極為突出。
  本文討論的系統基于下述觀點,即目前的以計算機、GPRS無線數傳電臺為基礎的油田監測和操作系統可大大提高油田生產效率,降低綜合成本,實現油田生產、管理的自動化、信息化。為了達到這個目標,必須開發一個可靠的以微型計算機技術、現代通信技術為基礎的油田監測和操作系統,開發新而廉價的油田作業監測方法,開發易為用戶存取的數據庫和記錄系統。
1 系統總體要求
  本系統的目的是實現電泵的綜合系統優化。主要是對井口參數的數據實時檢測,及時發現電泵井運行故障,并快速排除,縮短油井故障處理時間,提高開井時率,提高原油產量;實現電泵井的變頻閉環調節,合理匹配抽吸參數,提高系統效率;實現電泵井功率因素智能補償,提高功率因數" title="功率因數">功率因數,降低能耗。
  (1) 檢測及遠傳
  系統中的電泵井SU(Supervisor Unit,監控單元)設備主要實現電壓、電流、功率、功率因數、電量、頻率、井口回壓、井口溫度等參數的測量并實現遠程自動傳輸。
  井口控制器具有有功功率、無功功率、功率因數、日用電量等參數的計算功能。
  對電泵井停機、電壓過大或欠壓、電流過流或欠載、井口回壓過高或過低等異常情況監測報警。
  (2)節能及優化調節
  建立采油廠電泵井系統綜合整體優化信息平臺,全面系統地對全廠電泵井系統進行節能優化與遠程監控。
  (3)提高管理水平
  本系統以實現電泵井系統參數的現場數據采集、自動高效優化運行、節能降耗、遠程自動監控為目的。集參數的監測、優化、自動調節、報警、記錄、報表打印、運行保護及運行設置于一體,準確、快速、高效、方便地實現電泵的自動化管理,提高采油廠電泵的管理水平。
2 系統設計
2.1 設計原則

  系統設計遵循“先進性、實用性、可靠性”的基本原則,采用集散型二級網絡優化結構設計,以高起點技術為標準,以方便操作、可靠運行為實施根本,并按照以下原則設計與選型。
  (1)系統中心站采用高性能高可靠性的服務器、工作站及其配套設備。
  (2) 通訊方式采用先進的GPRS通訊方式。只要在GPRS能夠覆蓋到的地方,就能夠確保系統通訊正常。
  (3)系統采取可靠性設計,以硬件冗余及軟件容錯方式實現系統高可靠設計,并采用硬件看門狗技術,確保系統安全運行。
  (4)系統采用模塊化結構,為以后的功能改變設置預留接口。
  (5)硬件系統采用全光電隔離措施,提高系統抗干擾性能。
2.2 通信方式
  系統采用GPRS數據通訊方式。GPRS是一種新興的通訊方式,隸屬中國移動通信公司,具有實時在線、按量計費、高效傳輸等特點。它利用移動公司的網絡進行數據傳輸,因而其可靠性及抗干擾性非常高,局限性是按數據的流量需要向網絡運營商交費,在數據量不是很大的情況下,費用相對較低。
2.3 系統組成
  中心監控計算機是一種穩定、可靠的計算機,通常放置在一個符合國家電子制造聯合會要求的保護性箱體內,配有一個斷電后可供電達8小時的不間斷電源。
  中心監控計算機系統的主要功能是監測油田作業,將每口井的數據以便于存取的方式儲存起來,能使用戶通過GPRS數據傳輸得到每口井的“準實時”數據,還可根據普通預測方法或單井的明確經驗開發專門軟件,以便對每口井的數據進行分析。這些分析工作可提供關于現有作業有效性的資料,并確定那些可能出現的問題。反過來,這些資料可用來增加生產效率和制訂修井作業計劃。中心作業計算機的其它功能還包括為編制例行的月產量報表提供數據。監控終端" title="監控終端">監控終端SU功能框圖如圖1所示。 工作站監控計算機系統主要用于儲存和顯示記錄的數據。數據按油井匯存并制成一定的表格,以便能快速檢查油井系統的運行情況。同時,對給定油井的每個傳感器的歷史數據進行詳細復查。由井口微型計算機確定并報告的報警條件按特定格式儲存,向操作人員發出警報和認可。井隊監控計算機一般將每口井的數據儲存3個星期,以便操作人員進行實時存取。中心監控計算機通過常規電話調制解調器每天從井隊監控計算機那里進行幾次數據檢索。單井資料在計算機中要保留約30天時間。然后,將每口井的所有有關數據轉換到軟盤上長期儲存。
  依據所采集的不同參數,選擇相應的傳感器。包括溫度、壓力、流量等。


2.4 系統結構
  系統組成分為數據采集、數據集中、數據應用三個層次。系統結構如圖2所示。


  (1) 數據采集層
  生產油井現場安裝SU設備及相關傳感器設備,是整個監控系統的數據采集及處理的現場設備。該設備周期性地采集遙測、遙信信息或接收各測控模塊(SM)傳往數據中心,并監控終端進行數據通訊。SU設備具有自檢功能,發現設備故障,將信息即時發送到廠數據中心及隊監控終端;廠數據中心定時檢查通訊模塊的在線情況,發現各類信息,隨時接收并快速響應來自采油隊監控終端的命令。具有對監控現場遙測、遙信數據的傳送及實現系統的遠程遙控功能。
  SU設備中配備GPRS通訊模塊,它與SU采集設備的數據通訊采用RS232/RS485接口,SU設備通過GPRS通訊模塊將信息即時發送到隊監控終端。
  (2)數據集中層
  每口電泵井的現場采集參數,通過功用通訊數據網(GPRS)傳輸到廠數據中心實時數據庫。系統的數據中心設在采油廠。根據油田油區分布和采油廠管理油井的分布,廠數據中心可按照采油廠的劃分來設置。
  (3)數據應用層
  現場采集的實時數據再通過油田局域網傳送到相關的基層單位,停機及報警信息優先傳送到相關責任區的隊監控區。
3 軟件設計要求
  (1)電泵井SU實現電壓、電流、功率、功率因數、電量、頻率、油井回壓、井口溫度等參數的測量并實現遠程自動傳輸;
  (2)井口SU設備具有電機有功功率、無功功率、功率因數、日用電量等參數的計算功能;
  (3)對電泵井停機、電壓過壓欠壓、電流過流欠載、井口回壓過高過低等異常情況檢測報警。
  (4)采油隊監控機按照管理權限僅能查詢本隊油井的工作狀態" title="工作狀態">工作狀態、實時數據及相關通信模塊工作狀態;
  (5)根據電泵井工況參數監測,通過變頻優化控制調節,使電泵井始終運行在高效區,達到節能降耗的目的;
  (6)采油隊通過實時數據庫對生產井實施日常生產管理,為生成班報、日報、年報提供部分基礎數據,為油田開發數據庫提供基礎數據,為廠礦企業整個油區的生產動態分析提供依據,為技術人員進行技術分析提供數據;
  (7)為決策層提供決策依據,為實現現場生產的遠程管理與調度提供基礎數據。
參考文獻
1 [美]Rick Dobson著,梁超譯. SQL Server2000與Visual Basic.NET編程. 北京:清華大學出版社,2003.3

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