基于战略转型的油田生产信息自动化管理系统设计

高云

摘 要： 传统油田生产采用的人工巡检方式早已不能满足新时期战略转型的需求，因此现代油田生产管理正逐步向自动化、信息化和智能化的管理模式转变。根据江苏油田的具体生产现状，设计了一种生产信息自动化管理系统。该系统以油田现场生产设备抽油机井为数据采集和监控对象，通过无线示功仪获取示功图相关信息，并最终通过B/S模式对外发布，实现整个生产过程中的自动化。

关键字： 战略转型； 油田生产信息； 自动化管理系统； 示功仪

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）14?0064?04

Design of automation management system for oil field production information

based on strategic transformation

GAO Yun

（Business School of Hohai University， Nanjing 211100， China）

Abstract：Manual inspection method used in traditional oil field production already cannot satisfy the needs of strategic transformation in the new period， so the modern oil field production management has changed gradually to automation， informatization and intelligent management mode. According to the specific production status quo of Jiangsu Oil Field， an automation management system of production information was designed. Taking the oil field production equipment， well pumping unit as the object of data acquisition and monitoring， the relevant information on indicator diagram is got with a wireless indicator instrument of the system， and released in B/S mode to realize automation of the whole process.

Keywords： strategic transformation； oil field production information； automation management system； indicator instrument

0 引 言

在当今中国经济转型时期，对那些在国民经济中起着支柱性作用的传统行业进行战略变革的呼声日益高涨。由于全球石油消耗的加剧和国内外地下储油资源的不断开发，导致了石油的开采难度逐渐增大，这对石油的生产管理提出了更高的要求。与此同时，计算机和自动化领域的日趋成熟，为石油的生产管理提供了新的机遇。在此背景下，针对石油的生产管理，能够设计一套对生产状况进行高效、精确的计量，同时进行实时监控的自动化管理系统则极具重要性和必要性。江苏油田是一个典型的复杂小断块油田，由于地壳曾出现多次的坳陷和断陷[1]，油井分布较散，同时油田开发动态变化大、生产动态变化快，一直以来自动化程度较低。

基于江苏油田的具体生产现状，本文设计了一种生产信息自动化管理系统。

1 系统组成概述

整个生产信息自动化管理系统由以下三部分组成：

（1） 数据采集。数据采集分为底层的硬件设备采集和上位机的软件数据采集。数据传输方式分为有线和无线两种：当设备离中控室较近时，采用有线形式的PLC和485/232来实现数据传输；站外由于油井分布较散、地理位置偏僻等环境因素的制约，有线数据传输实施难度大、成本高，则采用无线传输形式。无线传输多使用433电台、GPRS、蓝牙等方式。上位机把采集来的数据存入本地的服务器。

（2） 诊断量油。主要利用人工智能，包括相应的数学理论知识和图形学知识，设计出的一套诊断量油算法。本文在设计时，选用示功图量油算法，通过这种诊断量油算法，油田用户能够知道油井的工作状态，比如工作正常、上碰泵、供液不足、油管漏失等，还能获得该油井的单井产量。

（3） Web发布。Web后台程序可以把实时数据、单井产量以及油井的工作状况通过网页的形式发布。Web程序还提供了历史数据查询、油井的参数配置和数据统计等功能，每天自动生成报表，方便系统数据的管理。油田中控室的工作人员只需要打开网页，就可以实时地了解站外油井和站内设备的运行状况，同时通过内部局域网，内部用户可以根据自己的权限登录到网页查询自己所需要的数据，提高了工作效率。

2 系统架构

本文所设计的油田自动化管理系统架构示意图如图1所示。

图1 油田自动化管理系统架构

从上面的系统框架结构图，可以看出系统硬件主要包括：终端节点、无线接收端、站外平台、中控室以及小队值守平台的通信接线布置。中控室还包括了数据库服务器和Web服务器等。油田生产信息系统的软件部分包括上位机数据采集、诊断量油专家系统和Web后台发布。由于使用了B/S模式，更容易实现系统的升级和维护，操作简单方便[2]。

3 系统的功能模块设计

从图1可以看出，整个自动化管理系统分为硬件模块和软件模块两部分。下面阐述每一部分模块的功能：

3.1 硬件模块

在油田生产信息自动化管理系统中，硬件模块是整个系统的基础核心部分。在整个运行过程中，系统的主要数据都是来自于此，这个模块肩负了数据的采集和发送功能，所以硬件设备是系统得以运行的基本保障。江苏油田生产信息自动化管理系统中需要运用的硬件设备包括：

（1） 无线示功仪。无线示功仪主要负责采集油井的功图数据，其中包括了油井的冲程、冲次、是否停机等信息。

（2） 无线温压仪。无线温压仪主要负责采集输油管线的温度和压力数据，该设备的量程范围是：温度在0～100 ℃，压力范围是0～3.5 MPa。

（3） 无线电测仪。无线电测仪主要负责采集抽油机井的电动机的数据，包括抽油机冲程周期内的电流大小、上下冲程中电流的最大值和最小值、电动机的电压大小、有功功率、无功功率等。

（4） 无线双压仪。无线双压仪主要负责采集注水井井口上油管的压力和套管的压力数据，二者的压力范围均为0～40 MPa。

3.2 软件模块

油田生产信息自动化管理系统的软件功能主要有：能够实现油井单井产量的计算、故障诊断与报警、实时数据的采集和监控、历史信息的分析以及报表的生成、可以完成对用户的管理和配置。软件模块主要包括：

（1） 数据采集模块

数据采集是属于软件系统模块中的核心模块，前文所述的硬件模块的信息都是要通过这个数据采集系统来存入到上位机的数据库系统中去。该模块部分代码如下：

/**数据采集模块*/

public class Massure{

float[] arr； //示功仪采集到的点

float s； //功图面积

get_wellList（）{}； //读取油井列表

public float area_calc（float[] arr）{...return s；} //计算功图面积s

public double get_theory_v{float s}{... return v；}

//计算理论排量v

public do_measure（）{...} //计算实际产量

public re_to_DB（）{...} //把计量结果放进数据库

}

（2） 功图诊断模块和量油模块

该模块主要是运用采集回来的功图信息，对油井的工作状况进行分析。下面的章节会详细的分析如何用功图诊断模块对油井进行实时诊断。功图数据不仅仅可以用来诊断油井的工况，还可以用来分析油井的量油产量，量油模块的作用便是如此。诊断模块功能部分伪代码如下：

/**诊断模块*/

public class diag{

public get_wellList（）{...}； //读取油井列表

public get_data_from_DB（）{...}；

//从数据库获取油井信息，包括产量和示功图等

public update_welltime（）{...}； //更新油井数据时间

public do_diag（）{...} //量油诊断程序

public data_to_DB（）{...} //把结果写入数据库

}

量油模块的算法流程如图2所示。

图2 量油模块的算法流程图

（3） 数据库系统和Web发布模块。

该模块主要是用来存储上位机处理后的数据信息，通过Web发布模块来显示给用户，实现数据的查询和数据的实时显示等功能。数据库系统使用C和C++编写，并使用了多种编译器进行测试，保证源代码的可移植性；且支持AIX，FreeBSD，Windows等多种操作系统，支持多线程，并为多种编程语言提供了API。

4 功图模块详解

目前最新的油田量油技术是基于地面示功图和泵示功图以及故障诊断技术发展而来的功图量油法来获取油井产量并进行油井工况分析。通过功图量油法和计算机技术、通信技术的结合能够实现油井远程监测、液量自动计量及分析，提高油田自动化管理水平，降低产能建设投入和运行成本，并最终达成提高油井系统生产效率的目的。功图量油模块是本文信息自动化管理系统设计的基础。标准静载示功图如图3所示。

图3 标准静载示功图

功图计量的原理如下：将油井有杆泵抽油系统视为一个包含抽油杆，油管和井液三个振动子系统在内的复杂的振动系统，在一定边界条件和一定的初始条件下，对外部激励（地面示功图）产生响应（泵示功图）。通过建立油井有杆泵抽油系统的力学数学模型[3?5]（波动方程），计算出给定系统在不同井口示功图激励下的泵功图响应，然后对此泵示功图进行定量分析，判断游动阀、固定阀开闭点的位置，确定泵的有效冲程，充满系数，气体影响等参数，计算泵的排液量，进而求出地面折算的有效排量。油田自动化诊断流程图如图4所示[6]。

图4 功图诊断基本流程

在油田的生产中，由于油井工作状态和工作环境的不同，示功图也会显示不同的形状，根据示功图的形状不同，通过人工神经网络的识别，便可以实现油田生产状况的诊断和监控。

图5是常见的功图形状及对应的生产状况。现场实际功图可以按照图中所示形状通过神经网络来进行匹配和识别，进而实现自动诊断和量油。

图5 常见功图类型

5 现场应用与总结

油田生产信息自动化管理系统在油田现场进行了试验应用，并获得了良好的效果。采集的一些现场应用图如图6和图7所示。

图6 系统主界面

在产量计量方面，不仅摆脱了传统计量站量油基础设施建设成本高的困境，并且提高了计量精度；在生产信息管理方面，通过自动化技术与现代通信技术相结合的方式，大大减少了现场工作人员的工作强度，有助于提高油田生产效率，同时受到了工作人员的良好评价。

图7 流程图界面

6 结 语

随着信息产业的高速发展和时代的战略转型要求，信息数字化概念开始在国内能源行业领域被广泛接受[7]，油田生产管理正逐渐朝向更高自动化要求的方向发展。本文所设计的油田生产信息自动化管理系统亦需要不断地完善和更新，以适应不断提高的现场生产管理的需求。

参考文献

[1] 朱平.江苏油田油气藏基本特征及其分类[J].断块油气田，2001（5）：12?15.

[2] 何玉发，赵正文，刘清友，等.基于B/S模式的有杆抽油泵故障诊断系统研制[J].微计算机信息，2005（21）：144?146.

[3] GIBBS S G. Predicting the behavior of sucker?rod pumping systems [J]. Journal of Petroleum Technology， 1963， 15（7）： 769?778.

[4] GIBBS S G， NEELY A B. Computer diagnosis of down?hole conditions in sucker rod pumping wells [J]. Journal of Petroleum Technology， 1966， 18（1）： 91?98.

[5] GIBBS S G. Method of determining sucker rod pump performance： US， 3343409 [P]. 1967?9?26.

[6] 刘中华，盛赛斌.故障特征提取的方法研究[J].电子技术应用，2004，30（11）：19?21.

[7] 刘栋，赵晶.基于移动通信网的油田监控管理系统[J].现代电子技术，2013，36（11）：36?39.

图5是常见的功图形状及对应的生产状况。现场实际功图可以按照图中所示形状通过神经网络来进行匹配和识别，进而实现自动诊断和量油。

图5 常见功图类型

5 现场应用与总结

油田生产信息自动化管理系统在油田现场进行了试验应用，并获得了良好的效果。采集的一些现场应用图如图6和图7所示。

图6 系统主界面

在产量计量方面，不仅摆脱了传统计量站量油基础设施建设成本高的困境，并且提高了计量精度；在生产信息管理方面，通过自动化技术与现代通信技术相结合的方式，大大减少了现场工作人员的工作强度，有助于提高油田生产效率，同时受到了工作人员的良好评价。

图7 流程图界面

6 结 语

随着信息产业的高速发展和时代的战略转型要求，信息数字化概念开始在国内能源行业领域被广泛接受[7]，油田生产管理正逐渐朝向更高自动化要求的方向发展。本文所设计的油田生产信息自动化管理系统亦需要不断地完善和更新，以适应不断提高的现场生产管理的需求。

参考文献

[1] 朱平.江苏油田油气藏基本特征及其分类[J].断块油气田，2001（5）：12?15.

[2] 何玉发，赵正文，刘清友，等.基于B/S模式的有杆抽油泵故障诊断系统研制[J].微计算机信息，2005（21）：144?146.

[3] GIBBS S G. Predicting the behavior of sucker?rod pumping systems [J]. Journal of Petroleum Technology， 1963， 15（7）： 769?778.

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[5] GIBBS S G. Method of determining sucker rod pump performance： US， 3343409 [P]. 1967?9?26.

[6] 刘中华，盛赛斌.故障特征提取的方法研究[J].电子技术应用，2004，30（11）：19?21.

[7] 刘栋，赵晶.基于移动通信网的油田监控管理系统[J].现代电子技术，2013，36（11）：36?39.

图5是常见的功图形状及对应的生产状况。现场实际功图可以按照图中所示形状通过神经网络来进行匹配和识别，进而实现自动诊断和量油。

图5 常见功图类型

5 现场应用与总结

油田生产信息自动化管理系统在油田现场进行了试验应用，并获得了良好的效果。采集的一些现场应用图如图6和图7所示。

图6 系统主界面

在产量计量方面，不仅摆脱了传统计量站量油基础设施建设成本高的困境，并且提高了计量精度；在生产信息管理方面，通过自动化技术与现代通信技术相结合的方式，大大减少了现场工作人员的工作强度，有助于提高油田生产效率，同时受到了工作人员的良好评价。

图7 流程图界面

6 结 语

随着信息产业的高速发展和时代的战略转型要求，信息数字化概念开始在国内能源行业领域被广泛接受[7]，油田生产管理正逐渐朝向更高自动化要求的方向发展。本文所设计的油田生产信息自动化管理系统亦需要不断地完善和更新，以适应不断提高的现场生产管理的需求。

参考文献

[1] 朱平.江苏油田油气藏基本特征及其分类[J].断块油气田，2001（5）：12?15.

[2] 何玉发，赵正文，刘清友，等.基于B/S模式的有杆抽油泵故障诊断系统研制[J].微计算机信息，2005（21）：144?146.

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[5] GIBBS S G. Method of determining sucker rod pump performance： US， 3343409 [P]. 1967?9?26.

[6] 刘中华，盛赛斌.故障特征提取的方法研究[J].电子技术应用，2004，30（11）：19?21.

[7] 刘栋，赵晶.基于移动通信网的油田监控管理系统[J].现代电子技术，2013，36（11）：36?39.