智能化油田计量自动监控系统的设计与研究

杨　斌，李　岩，杨冬黎，侯跃新，杨仲秋

智能化油田计量自动监控系统的设计与研究

杨斌1，李岩1，杨冬黎2，侯跃新1，杨仲秋1

（1.黑龙江省科学院技术物理研究所，哈尔滨150010；2.东北石油大学计算机与信息技术学院，黑龙江大庆163318）

针对采油企业在计量监管方面的实际需求，设计出一套采用多种信号采集技术、GPRS无线数据传输、GPS卫星定位、GIS服务等信息化管理手段的智能化油田计量自动监控系统，实现对采油井、储油罐、中转站、联合站各项运行指标参数的自动采集和动态监控。

智能化；自动化；数据采集；监控系统

随着人们对能源需求的不断提升，石油作为重要的战略资源在世界能源结构中发挥着重要作用，它对国家的政治、军事、经济均具有重要的影响［1］。在我国，石油同样占据着举足轻重的地位，然而国内油田数量众多且分布分散，不便于统一管理，，大部分油田生产企业在计量数据的采集方面仍然采用手工抄表的方式，通过人工汇总形成报表。这种方式既耗费人力、物力，在数据的采集和汇总整理方面也具有一定的滞后性，会造成生产经营决策的被动，也不利于及时发现生产中存在的故障及安全隐患［2］。

油田计量数据的准确性与实时性，直接影响了石油生产、运维、调度等各环节，也关系到能源的消耗和生产指标的完成与否。国内外针对石油生产计量的管理模式一般分为以下4种：第一，依靠人工统计，此模式被国内众多企业采用，但也存在人工采集误差大、滞后、效率低下等弊端。第二，基于独立系统进行数据采集，此模式数据共享性差，建设及维护成本高。第三，依靠DCS实现计量数据采集，此模式应用较广，但是不提供远程控制支持。第四，基于网络、DCS、数据库技术实现数据自动采集管理，在国内外属于较前沿的技术应用，但需要有良好网络和完备的系统支持，目前还不太完善及成熟［3-5］。从对我国采油企业调查的结果看，国内在此方面管理水平普遍不高，普遍采用手工统计自动化程度不高。

本文立足于解决油田生产企业在计量数据管理方面的实际问题，提出一种具有智能化管理功能的油田计量数据自动监控系统，该系统综合运用了电信号采集及转换技术、无线数据传输技术、GPS卫星定位等物联网技术，与地理信息系统有机结合，以采油井、储油罐、中转站、联合站的各类运行指标参数为监测对象，形成统一的数据采集、处理、分析及生产决策支持系统，该系统贯穿着石油生产信息传递及处理的主要过程，有助于提高采油的自动化水平、降低人员劳动强度、推进油田综合信息化管理建设进程。

1　系统分析

要实现对油田计量数据的自动采集、监控，就需要一套拥有软硬件配套资源，集自动控制、数据采集分析等功能于一体的综合平台。硬件部分首先要实现对计量数据（包括：含水率、流量、温度、压力、储罐物位等）实时不间断测量。其次，要对电信号进行转换进而形成对应的数值，要监测数据异常变动并进行报警。最后，将数据封装发送至各级监管部门。软件部分最主要的功能就是调取现场发送来的各类计量监控数据，能够形成各类汇总报表。其次，要能够对现场各类监控仪表的基础信息进行登记管理、对用户操作权限进行管理，达到分级管理的目的。

2　系统设计

2.1结构设计

系统由各计量表数据采集终端、各级计量监控平台、计量监控中心平台三部分组成，系统结构如图1所示。其中：计量表数据采集终端负责各类数据的采集及远程传输。各级计量监控平台负责处理所在级别的事务（如数据暂存、数据传递、报表输出）。计量监控中心平台主要负责数据的汇总管理及总体运行调度管理。

图1　智能化油田计量自动监控系统结构图Fig.1 The structure diagram of the intelligent oil metering automatic monitoring system

2.2功能设计

系统利用GIS技术对采油井、储油罐地理分布及信息进行管理，能够实现计量信息自动处理、自动分析、自动管理、自动存储。对采油站、储油罐等监控场所进行定位，能够实现数据异常报警及仪表故障报警，在无人值守时自动向监管人员发送报警短信，根据监管级别将系统划分为采油厂、油矿区、采油小队等管理级别并授予不同的操作权限。

3　系统实现与应用

智能化油田计量自动监控系统是利用多种信号采集技术、GPRS无线通信技术、GPS卫星定位技术、GIS地理信息管理技术等新一代信息技术建立起来的系统。系统实现部分主要包括软硬件部分的开发及业务流程的设计。

3.1硬件部分实现

3.1.1原油含水率测量

当射线通过具有一定厚度的物体后，由于物质的吸收作用使射线能量衰减，因此只要精确测量出在一定时间间隔内的射线透射计数，经过数学分析推导，就可精确计算出原油含水率和含气率的值。

a.选择放射源

用射线衰减法测量油、气、水分相含率时，这里采用半衰期为433年的241Am、238pu复合铍窗源，241Am产生59.5keV的γ射线，238Pu产生22keV的γ射线。

b.探测器

探测器采用NaI（TI）晶体加光电倍增管的闪烁探测器。该探测器不仅可以探测射线的强度，而且能够探测射线的能量。

c.信号预处理电路

为适应测量、传输的需要，需将信号进行放大、整形等的预处理，即将高频率的负电压弱信号变换为+5伏的脉冲信号输出。

3.1.2其他数据的采集

对温度、压力及流量数据的采集主要采用间接的方式进行获取，即利用仪表对外输出的4～20mm信号，通过数值建模及转换获得对应的真实数值。

3.1.3安全防护处理

由于现场工作环境复杂，存在噪声和干扰，需要采取隔离、屏蔽和接地等措施，保证信号测量精度。此外，由于生产现场存在油气等易燃易爆物质，所以需要加装防雷、防爆装置。

3.2软件部分实现

系统采用B/S+多层数据访问框架进行开发，充分利用数据服务中间件及Flash在网络客户端开发的优势，搭建分布式的监控系统。底层数据库开发采用SQL Server 2008作为主要开发工具。在地理信息系统集成方面，利用ArcGIS Serve的rest服务使业务数据与地理信息数据有机结合起来。

3.3工作流程

通过数据采集终端采集各计量仪表的数据，通过GPS对采集点进行定位，并通过GPRS网络将采集的数据与定位信息发送至计量监控中心平台。

计量监控中心平台对接收到的数据进行存储、处理分析和计算，最终显示在操作界面上，各级计量监控平台可根据自己的权限查看各计量点的实时数据与历史数据。

计量数据采集终端发现采集数据出现异常时，可在采集现场发出声光报警以提醒现场操作人员，并向预设的安全责任人电话发送报警短信，同时在计量监控中心平台上也会显示相应的报警并加以标记。

3.4系统应用

该系统目前已在大庆油田某采油厂试运行。在试运行阶段，系统运行稳定且故障率较低。各级生产监管部门可以随时调取现场的数据，了解石油生产运营的实际情况，为更加科学地制定生产计划提供科学依据。实现了完全的数据共享，不需要多次的汇总和统计上报，减轻了各级生产部门的工作负担。对油田生产计量数据变化情况进行自动化监控，系统的运行效果良好，实现了对油田生产的动态监管。图2是系统的实际运行效果图。

图2　系统运行图Fig.2 The running diagram of system

4　结语

本文设计的智能化油田计量自动监控系统，既可以实现对各项油田生产指标参数的实时采集测量，又可满足上级主管部门动态监管油田生产的需求，为采油企业合理调度、安排生产提供数据及决策辅助支持。随着物联网技术的不断发展，还可将更多的技术引入到石油生产中，从而达到降低生产成本，提高工作效率的目的。通过对该系统的建设，可推进油田信息化及石油生产自动化的建设进程，具有重要的应用研究意义。

［1］ 艾茂良.基于无线传感器网络的采油与原油输送监测系统的研究与实现［D］.济南：山东大学，2007.

［2］ 吴庆洪.油田井场监测系统［D］.鞍山：辽宁科技大学，2008.

［3］蔡智兴.智能控制基础与应用［M］.北京：国防工业出版社，1998：1-32.

［4］荣冈.流程工业综合自动化技术［M］.北京：机械工业出版社，2004：3-24.

［5］ BERTOLUZZO M.，BUJA G.，VITTURI S.Ethernet Networks for Factory automation［C］//IEEE Industrial Electronics.Proceeding of the 2002 IEEE International Symposium on Industrial Electronics，2002：1.

Design and research of intelligent oil metering automatic monitoring system

YANGBin1，LI Yan1，YANGDong-li2，HOUYue-xin1，YANGZhong-qiu1
（1.Technical Physics Institute ofHeilongjiangAcademyofSciences，Harbin 150010，China；2.School ofComputer&Information Technology，Northeast PetroleumUniversity，Daqing163318，China）

In view of the actual demand of oil production companies in the metering monitoring，this paper designed an intelligent oil metering automatic monitoring system with a variety of signal acquisition technology，GPRS wireless data transmission，GPS satellite positioning，GIS services and other means of information management，which can realize the automatic acquisition and dynamic monitoring of parameter for oil wells，oil storage tank，transfer station and the combination station.

Intelligence；Automation；Data acquisition；Monitoringsystem

TP277

A

1674-8646（2015）04-0030-03