油田单井数字化建设方案与智能化发展方向探讨

敬兴龙,马晓军,谈建平,尹海(. 新疆华隆油田科技股份有限公司，新疆 克拉玛依 834000；. 中国石油天然气股份有限公司 新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000)

油田单井数字化建设方案与智能化发展方向探讨

敬兴龙1,马晓军1,谈建平1,尹海2
(1. 新疆华隆油田科技股份有限公司，新疆 克拉玛依 834000；2. 中国石油天然气股份有限公司 新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000)

介绍了数字油田发展状况，以某井区为例，结合该区现场情况以及自动化生产管理的需要，提出了一种油田数字化单井生产管理系统的构建方案，综合运用RTU数据采集遥测系统、无线网桥及光纤通信技术、IPVS虚拟服务器、工业组态技术及Web数据发布等技术，实现了单井的数据采集存储、现场监控、故障报警、Web数据发布等核心功能。另外，参考国内外智能油田的发展规划及部分研究成果，探讨了油田智能化单井的发展方向。

数字化单井 智能油田 远程测控终端系统 虚拟服务器

油田数字化建设近年来在国内取得了迅猛的发展，新疆油田作为国内数字油田建设的先行者目前已基本完成油田数字化建设，正朝着智能化油田发展。单井生产管理是油气生产管理系统的最前端，在数字化建设和智能化建设方面都起着至关重要的作用。克拉玛依油田多数井区都存在含硫量高、点多面广人手少、农田散落分布的特点，从而导致值班人员井区巡检不完全、故障处理及生产调整不及时、电机烧毁、人员中毒等问题产生，直接影响油田生产，而数字化单井的建设能很好地解决这些难题。车排子井区是新疆油田数字化建设示范区，文中介绍了一套针对该区24口单井的数字化建设方案。

1 系统概述

数字化单井生产管理系统主要由远程终端控制系统RTU(Remote Terminal Unit)、网络视频监控子系统IPVS(IP Video Surveillance)、光纤及无线网桥数据传输网络、组态及Web网络数据发布等组成。系统构建遵循“实用、开放、稳定、可扩展、易维护”的原则。系统架构如图1所示。

井区共计24口采油井、3个撬装站。单井最大距离不超过2.5 km，所需远传井区之间(车60至车2)最大距离18 km。抽油机井场安装RTU，完成井口数据采集、抽油机启停控制；同时完成监控中心指令接收，并按照监控中心指令回传采集的数据与执行启停抽油机的指令。2号撬装站安装无线网桥中心端设备中转所辖抽油机数据通信，同时配置数据采集与监视控制系统(SCADA)前端通信处理器完成对油井井场数据巡检指令的下达、井场RTU发送数据的接收、油井启停控制指令的下达与执行效果显示以及单井产量计量指令的发送等。

图1 数字化单井生产管理系统架构示意

1.1数据采集遥测系统

井场数据采集与控制核心为现场仪表及RTU机箱。现场仪表采集固定载荷、角位移、压力、温度、H2S体积分数等参数；RTU机箱主要包括RTU模块、无线网桥、电机监控模块等。与常用的可编程控制器(PLC)相比，RTU具有更加优良的通信能力和更大的存储容量，集成程度高、稳定可靠，适用于更恶劣的温度和湿度环境，提供更多的计算功能，可以方便使用于油井遥测、计量间、注水间自动化等项目。近年来RTU产品在石油天然气、水利、电力调度、市政调度等行业SCADA系统中广泛应用。该项目数据采集遥测系统RTU模块具有以下特点：

1) 内部优先执行中心指令(如对表、启停抽油机、下载程序等)，可连续侦听并根据指令发送数据，反复采集功图、油压、电机电流/功率等参数。

2) 历史数据容量大，可以存储1000组示功图数据(单独采集功图时)。

3) 将CPU、模拟量输入、开关量输入、开关量输出、通信口等高度集成，保证RTU模块稳定可靠运行。

4) 集成电路与元器件全部选择工业级产品，满足-40～85 ℃使用。

5) 采集示功图时可以实现更宽的冲次范围： 0.05～20.00次/min，并且可以满足上下冲程不匀的示功图采集。

1.2视频监控系统

通过光纤及无线网桥通信传输结合IPVS可实时监控每口单井生产状况。每口单井安装1台固定式摄像机监视单井工作状态；3个撬装站附近安装3台一体化云台摄像机，云台连续360 ℃旋转最大可俯视整个井区，可实现变速功能。现场录像保存时长为1星期，具有视频查询、回放、导出功能。现场与中控室之间可实现双向语音通话和无人值守时的自动巡航等。

1.3网络通信

单井部分通信采用光纤连接，井区之间数据远传采用无线网桥，无线网桥采用1套点对点，2套点对多点设备。无线设备的技术实现是由IEEE802.l1，IEEE802.ld生成树协议等国际标准协议定义的，选择无线局域网技术在较近的距离内可提供54 Mbit/s的连接速率，同时提供更多的信道选择。各撬装站距离较短对无线数据的传输影响小，可以满足现场实际需求。无线网桥BreezeAccessVL(5.8 G)另配5.8 G/12 dBi全向天线、天线射频电缆、天线接头等装置。网络架构如图2所示。

图2 网络架构示意

1.4监控中心

配置数据服务器、操作站、打印机、不间断电源(UPS)、Kingview6.53组态王软件、数据读取驱动软件、巡检控制专用软件等实现集中监控；实现数据共享和网络浏览、工况监测与故障报警、各类生产报表打印、数据安全管理、运行参数曲线报告等。

1.5Web网络发布与数据浏览

监控中心已实现的巡检等功能结合已建立的网络可实现网络发布。采用B/S结构，用户申请账号通过认证(CA证书)后系统自动分配用户账号，按照不同的权限参与生产管理工作。可以在作业区与更远的厂部等实现以下几方面的扩展功能： 油井生产状况巡检、井位图巡检；实时功图巡检；历史功图查询与历史功图对比查询；单井生产参数趋势曲线查询；开停机时间汇总，开井时段查询；功图计产数据查询、汇总与报表；功图异常变化汇总、报警。

2 单井智能化

新疆油田2008年率先在全国建成“数字油田”后，又在全球范围内提出“智能油田”的概念并大力实施。“智能油田”的特点： 信息动态化、自动操作、数据分析深入、信息应用主动。“智能油田”与“数字油田”具有一致的建设目标，“智能油田”是“数字油田”的高级阶段。分析未来地面生产管理系统的智能化发展，主要应集中在以下几方面：

1) 高精度的智能仪表和基于ARM技术的移动数据终端(目前国外如Honeywell公司已有相关技术及产品)，解决数据采集的真实准确和及时性问题。

2) 结合云计算及大数据技术，研发更先进的数据分析管理系统进而构建专家知识库，核心功能包括数据标准化建设、故障预警。

3) 智能化决策对生产问题自动生成解决方案。借助成熟的专家系统、BP神经元网络、Petri网等成熟算法，根据现场的生产数据和应对措施，建立智能控制系统，并且根据系统反馈，对系统进行自动校正和学习，提高了系统的控制精准度和准确性。

3 结束语

该系统可实现的核心功能包括井区自动巡检以及重点井连续监测；采集油井参数，包括示功图、冲次、主管压力、套压、井口油温等；远程控制，自动间抽及定时启抽；远程工况监测，包括抽油机运转状况、电机工作状况、遥测系统工作状况等；视频监控和记录；故障报警，遥测系统通信不成功，主机故障，仪表故障，抽油机停机，电机空转，抽油杆断杆，泵效低，漏失，碰泵，供液不足，油井井口压力变化异常等；报表生成及打印等。系统涵盖了单井数字化的主要内容，功能全面，很好地解决了单井自动化生产问题，随着智能化建设的推进必将使油田单井生产管理更加安全高效。

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DiscussiononSchemeofConstructionofDigitalOil-wellandDevelopmentDirectionofIntelligentOil-well

Jing Xinglong1, Ma Xiaojun1, Tan Jianping1, Yin Hai2

(1.Xinjiang Hualong Oilfield Technology Co. Ltd., Karamay, 834000, China；

2. CNPC Xinjiang Oilfield Branch, Karamay ,834000, China)

s: The development status of digital oilfield is described. Combining the site conditions of the area and the need of automation production management, a scheme for oilfield digitized oil-well production management system is designed, and with integrated use of RTU data acquisition and telemetry systems, wireless bridge and the fiber-optic communications technology, IP virtual server, configuration and web data dissemination technology, an oil-well data acquisition and storage, on-site monitoring, fault alarm and other core functions are realized. The development direction of intelligent oil-well is discussed with reference to domestic and foreign intelligent oilfield development planning and some research results.

digital oil-well; intelligent oilfield; remote monitoring terminal unit; virtual server

稿件收到日期：2013-04-15，修改稿收到日期2013-06-28。

敬兴龙(1987—)，男，四川射洪人，2010年毕业于西南石油大学测控技术与仪器专业，主要从事油田自动化生产设备及系统化工程的技术研究工作，任助理工程师。

TP274

B

1007-7324(2013)05-0049-03