基于CDMA／GPRS的远程监测系统设计及应用

2014-02-17陈路原

天然气技术与经济 2014年4期

关键词：气井远程传输

陈路原

（中国石油化工股份有限公司华北分公司，河南郑州 450006）

基于CDMA／GPRS的远程监测系统设计及应用

陈路原

（中国石油化工股份有限公司华北分公司，河南郑州 450006）

目前天然气开采过程中，气田的产气量取决于压缩机站工况的好坏。完善的监测技术对于气井的正常运作具有重大意义，在广泛调研了国内外远程监测系统研究的基础上，通过对国内现有远程监测系统存在的不足进行分析，提出一种集数据采集、远程监测、CDMA／GPRS无线通讯等技术于一体的天然气井远程监测系统。该系统能够及时发现增压设备故障，实现专家及管理人员不上井便可及时、有效地查看气井的工况信息，为单井采气效率提供关键数据支持，进而确保最优气井工况。

天然气井 CDMA／GPRS远程传输力控组态远程监测

0 引言

在我国，由于气田地理环境复杂，我国气井数量多，井与井之间相距甚远，交通不便，目前绝大多数气井仍采用传统的人工巡检、抽查的维护方式，不仅费时费力而且周期长，导致设备故障不能及时被发现［1-2］。因此，实现气井工况的实时远程监测已成为气田生产自动化领域的重要课题之一。

针对天然气井生产过程的实时动态监测，能够有效地防止由于井口压力、温度过高而引起的重大事故，保障气井生产的正常进行。同时，也便于管理人员优化气井产量，提高单井采气率。而针对增压设备的实时动态监测，则有利于气井管理人员及时发现增压设备故障，并立刻做出相应的处理和控制。综上可知，建立一套完善的天然气井远程监测系统，实时地监测气井的工作状况，能够提高气井生产管理效率，从而达到“节能降耗、增产增收”的目的，这对于实现气井现代化生产管理和维护具有重大的现实意义。

1 天然气井远程监测系统设计准则

在最大限度满足安全、生产系统要求的前提下，根据气井生产现场的实际情况，笔者所开发的天然气井远程监测系统遵守以下5个方面的准则［3］。

1）可靠性。系统可靠性高是远程监测系统设计最重要的原则。系统必须具备较强的抗干扰能力，才能保证其在工作条件下运行稳定、可靠。

2）易操作性。后台监测中心软件采用提示、查看、口令等直观的人机对话方式，具有友好的人机对话功能，方便工作人员查询、管理与操作。

3）通用性与可扩展性。远程监测系统不需要做任何改动，或只需要进行少量改动，就能够应用于其他工作场合，构成新的测控系统。其监测终端应预留一定数量的接口，便于扩展传感器或其他功能模块。模块间通信应当采用统一的通信协议标准。

4）经济合理性与可维护性。远程监测系统的电路结构简单，软硬件功能搭配恰到好处，便于安装、维护和检修。远程监测系统应具备成本低、功能强、性价比高等特点，便于进行大面积的推广。

5）先进性。远程监测系统所使用的程序设计、检测方法、控制方法、输入输出方式及手段等，都应符合现代科学技术的发展方向，具有一定的先进性。

2 天然气井远程监测系统

2.1 天然气井远程监测系统总体架构

天然气井远程监测系统采用集散分布模式，由现场气井监测参数采集系统、数据传输系统、管理

中心监测软件系统等模块构成。数据采集模块实时采集安装在气井现场的各类传感器所测量的井场监测数据［4］；以RS-485串口通讯方式传输到现场的CDMA／GPRS无线通信模块；无线通信模块利用基站将所采集的监测数据实时远程发送到网络端；基地数据库服务器则通过Internet接收数据，经交换机进行数据交换处理，最终通过以太网或局域网传至监控中心计算机上，为管理人员、专家以及领导提供数据的实时查询、分析和处理。天然气井远程监测系统的总体架构图如图1所示。

图1 天然气井远程监控系统结构图

2.2 天然气井数据传输系统设计

针对天然气井数据远程传输的特点，对比现有传输模式的优缺点，最终选择了适合气井数据传输的CDMA／GPRS移动终端机。CDMA／GPRS是在移动通信网络的基础上发展起来的数据传输技术，能够提供广域无线IP和端到端的连接，通过网络控制器可以直接接入Internet，是无线终端设备网络化的绝佳方式［5］。

CDMA／GPRS移动终端机需要与数据远程传输软件相配合，才能够实现数据的远程传输。笔者遵守TCP／IP网络通信协议［6-7］，基于Winsock网络编程接口，采用C#编程语言，设计和开发了数据传输软件，实现了井场与基地之间的远程通信。软件能够完成天然气井现场与基地间的数据实时传输，为基地专家对采气作业的实时监测及远程决策提供技术支持。软件运行前，需要先配置服务器端IP网络地址及端口，当与基地端接收软件创建连接成功后，即可实现双方的数据通信。

天然气井数据远程传输软件主要由远程数据服务器端和数据客户端两部分构成。远程数据服务器端可实时接收通过CDMA／GPRS网络传输的数据，存入数据库并提供给应用程序使用。数据客户端主要安装于现场数据发送服务器计算机，将气井现场监测数据通过无线网络实时地发送至基地管理中心。

天然气井数据远程传输软件客户端发送流程图、服务器端接收工作流程图如图2、图3所示。

图2 远程传输软件发送流程图

图3 数据远程传输软件接收流程图

2.3 天然气井管理中心监测系统软件设计

结合气井数据远程传输软件，开发和设计了天然气井管理中心监测系统软件，该软件以力控组态

软件为开发平台，结合SQLServer2008数据库，通过上位机实时分析与储存数据，实现了现场数据的采集存储、数据处理、趋势曲线显示，以及远程信息发布等功能。

根据天然气井监测软件的功能需求分析可知，监测软件需要实现现场采气工艺流程的实时监测与仿真、实时监测数据曲线绘制与显示、系统事件记录，以及对采气作业中突发异常事故进行及时报警等功能［8-10］。同时，通过与SQLServer关系数据库的连接，完成实时数据在关系数据库中的储存，并对储存在数据库中的历史数据以曲线和数据报表的方式进行查询、回放和显示。进一步通过建立网络，可利用浏览器远程监测采气现场的实时作业情况，进而对现场施工及时做出评判和指示。系统软件结构如图4所示。

图4 监测软件结构图

通过分析天然气井采油工艺流程，确定相应施工监测参数，基于力控组态软件设计平台，开发了一套天然气井实时监测软件。该实时监测软件完成了对天然气井采油工艺流程的模拟与仿真。该系统能够在监测界面上直观地显示天然气井配套组成装备、监测传感器、仪器仪表的安装位置，以及各钻井设备的实时运行状态。同时，可以在现场工况仿真界面上实时动态地显示传感器采集到的监测数据。各曲线绘制模块可对实时或历史数据以曲线的形式展现给用户，可直观、快速地显示当前监测状况。