分布式抽油机远程监控系统结构设计与测试

郑 华，李会英，陈 敬，鱼 岗

(1.长庆油田 第五采油厂，西安 710200；2.长庆油田 第七采油厂，甘肃 庆城 745100；3.川庆钻探 长庆钻井总公司，西安 710018)①

分布式抽油机远程监控系统结构设计与测试

郑 华1，李会英2，陈 敬3，鱼 岗2

(1.长庆油田 第五采油厂，西安 710200；2.长庆油田 第七采油厂，甘肃 庆城 745100；3.川庆钻探 长庆钻井总公司，西安 710018)①

基于油井现场管理提出的远程监控系统的总体要求，进行了分布式抽油机远程监控系统的总体结构方案设计，分别给出了远程监控中心和无线通讯网络的设计方案。通过分析分布式远程监控系统中不同的远程数据传输方式以及无线通讯网络的接入方案，确定了基于 GPRS 的无线传输方案，并采用 Internet接入方案。介绍了分布式抽油机远程监控系统测试平台的搭建；分别对PC监控软件和Web浏览器进行了相关测试，并对测试结果进行了分析。

远程监控；抽油机；Web 服务器；GPRS 无线传输

随着技术的发展、人力成本的提高和生产效率提高，油田的监控向着数字化、智能化方向发展，油井监控也向着分布式远程监控方向发展。国内油田绝大部分都在偏远地区且分布零散，为了降低巡井难度、降低人工劳动强度、降低采油成本、提高生产效率和油田自动化管理水平，基于自动化、网络化、智能化的分布式抽油机远程监控系统是未来的发展趋势。本文设计了一种分布式抽油机远程监控系统，该系统能实时监抽油井的生产状况，有效地解决了相对分散的抽油机设备参数的实时采集和无线传输等问题，能够集中、系统化地管理所有的油井[1]，使油井自动化管理水平大幅提高，降低了采油难度和劳动强度，极大地提高了油井生产的可靠性。

1 系统总体要求

为了对偏远地区且分散的油井进行监控和管理，要求监控系统能实时监测现场的运行信息，并能提供故障报警及诊断信息。此外，大部分油田都有视频监控的需求，以观察是否有不明人员闯入油田[2-3]，因此监控系统需要能够实时监控油井的视频信息。考虑到实时监测油井的数据量较大，监控系统还需具备数据存储和历史数据查询等功能。另外，随着网络技术的快速发展，监控系统应能实现不同油井数据的共享，并能提供远程访问的功能[3]。监控系统主要包括6个功能：①井场运行参数实时读取及传输功能；②现场视频信息实时监测及传输功能；③数据库管理功能；④自动报警及故障诊断功能；⑤用户权限管理功能；⑥网站发布与数据共享功能。

2 系统总体方案设计

该分布式抽油机远程监控系统主要由远程监控中心、远程通讯网络和现场设备(数据采集终端)3部分组成。远程监控系统模型如图1所示。

图1 远程监控系统模型

数据采集终端从油田现场采集到油井的工作状态参数，通过远程通讯网络将数据传输到远程监控中心，进行相关处理、分析之后显示；监控中心也可以向数据采集终端发送控制指令，控制数据采集终端的启停。

2.1 远程监控系统总体结构

分布式抽油机远程监控系统基于GPRS和互联网的远程无线传输网络架构，再根据系统总体要求，总体结构方案如图2所示。

远程数据采集终端实时采集现场抽油机的运行参数及运行状态信息，将这些信息发送至 GPRS数据传输模块；然后在发送到GPRS网络；GPRS网络与远程监控中心通过Internet相连。为传输过程中数据的安全性，在远程监控中心之前设置防火墙；监控端通过实时获取采集的信息，将数据存储到数据库服务器中，同时PC端监控软件能与摄像头连接，显示摄像头的实时视频图像；数据库使用的是SQL Server 2008，供PC端监控软件存储和查询数据，Web浏览器端也能够查询数据库中油井的实时数据和历史数据；用户通过Web浏览器访问数据库，显示数据库中相应查询结果。通过设置路由器和交换机实现了监控端、数据库、服务器及浏览端的互联和数据共享。

图2 抽油机远程监控系统总体方案

本系统实时性好，可靠性高，能满足大量数据的远距离无线传输，建设成本低，安装和维护方便，通过设置多层防火墙极大地提高了分布式抽油机远程监控系统的安全性，能够满足现代化抽油机远程监控系统的需求。

2.2 远程监控方案设计

该监控系统包括远程监控中心、远程通讯网络、数据采集终端3部分。远程监控方案的设计主要包括远程监控中心和远程通讯网络的设计。

2.2.1 远程监控中心

远程监控中心主要包括PC端监控软件、数据库服务器、Web浏览器和Web服务器4部分，其基本结构如图3 所示。

图3 分布式抽油机远程监控系统基本结构

PC端监控软件接收现场采集的数据信息和视频信息，并将其存储在数据库中；同时可以控制井场抽油机的运行和启停；通过Web服务器，将油井的各种实时数据和视频数据发布到局域网上，从而实现用户之间数据共享；用户可以通过Web 浏览器访问数据库查看井场相关信息。

2.2.2 远程通讯网络

远程监控系统除了远程数据采集终端、监控中心外，远程通讯网络也是其关键部分之一。对于远程通讯网络，首先应该选择数据的传输方式，通常包括有线和无线2种传输方式[4]。考虑到国内油田相对分散且都在偏远地区，有线传输组网困难、维护成本高，因此有线传输不符合油田实际需求。无线数据传输方式建网更加灵活，后期维护更加方便、简单，因此无线传输方式更加适合抽油机远程监控系统。

常见无线传输方式有卫星通讯、微波通讯、GSM 短消息、红外线、蓝牙、GPRS 等。在上述几种无线传输方式中，GPRS连接不需要等待，数据传输速度较高，使用成本低，数据传输的可靠性和稳定性较高，能够远距离传输，能够无盲区覆盖国内主要油田，是现阶段抽油机远程监控系统常用的传输方式[5]。因此，本文选择基于 GPRS 的无线网络传输方式。基于 GPRS 的无线网络传输接入到远程监控中心主要有3种方式，分别为特定专线接入方式、Internet 接入方式及 GPRS 接入方式，如图4所示。

图4 三种 GPRS 接入方式

3种GPRS接入方式各有特色，专线方式需要通过专线传输，系统具有较高的安全性，传输延时性很小，但是成本较高[6]；Internet 接入方案的整体费用比专线接入方案低，并且 Internet 接入不受地域的影响，在全国都可以来访问某地的GGSN 网关，由于该方案数据通过 Internet 传输，系统的安全性不高，需要设置安全防火墙提高系统的安全性[7]；GPRS接入方案中，数据也不通过Internet传输，完全在GPRS内部网络中进行传输，该方案安全性能一般，但是相较于上述2种方案，其成本最低，但是由于后台监测中心也是采用GPRS无线传输模块[8]，所以传输速率将受到GPRS系统带宽的限制[9]，适合少量数据远程传输。

考虑到油井分布偏远和零散的特点，并且需要实时监测抽油机的运行信息和现场的视频信息，数据量较大，本系统选择Internet接入方式，至于其数据传输的安全性问题，可以通过设置多层防火墙来加以改善。

3 系统调试与应用

3.1 测试平台的搭建

测试平台由抽油机、控制柜、摄像头和远程监控中心组成抽油机通过电缆线与控制柜相连，数据采集控制器安装在控制柜中，远程监控中心与数据采集控制器通过网线连接。测试平台的数据采集终端是RTU控制器，其主要功能是：采集抽油机的运行参数信息，包括电压、电流、功率、频率以及运行状态等信息，并将运行状态信息通过网络通讯对外传输到远程监控中心。

测试平台的几个部分通过局域网互联，控制器安装在控制柜中，通过局域网与远程监控中心的PC电脑连接起来，摄像头也通过局域网络与远程监控中心的电脑连接起来，形成了一个局域网络环境。控制器从油井中获取数据，远程监控软件通过无线传输网络获取控制器采集的各种实时参数，显示实时数据并通过控制器进行参数设置和控制。

3.2 测试结果及分析

本文主要是对PC端监控软件和Web远程监控进行功能测试，并且对测试结果进行分析。对于PC端监控软件，主要是测试实时数据显示和历史数据显示；对于Web浏览端，主要测试油井视频。

3.2.1 PC端监控软件测试

1) 实时数据测试。 实时数据包括电参数、设备参数、示功图、报警信息。电参数包括三相电流、电压、有功功率、无功功率、电能等参数；设备参数包括冲程、冲次、温度等参数；示功图反映了油井抽油机工作状况的好坏，其利用位移和载荷等信息绘制出来；报警参数包括电机断相报警，电机过热报警、光杆等参数。示功图是判断井下抽油机工作状况的重要依据，通过对示功图的测试及分析，可以快速了解抽油机运行状况，及时采取正确的处理方法，保证正常生产。图5～6分别显示抽油机正常工作时和光杆断裂时的实时数据和示功图。数据显示油压变化为 0 MPa，井口无压力，油没有抽上来，电流平均值为4.2 A；解析示功图得出抽油机光杆断裂，现场用虎钳旋动抽油机光杆，初步判断该抽油机光杆断裂。

2) 历史数据测试。历史查询界面提供用户根据时间段和故障分类综合查询历史数据的功能，用户可以自行修改起止时间和选择故障分类，从而进行精确的查询。该界面能够显示油井的历史数据，包括图形记录和数据记录，同时可以根据历史时段、故障类型进行查询。

图5 抽油机正常工作时的示功图

图6 抽油机发生光杆断裂时的示功图

3.2.2 Web 远程监控测试

考虑到IE浏览器通用，且兼容性好，本文主要利用 IE浏览器来测试Web视频监控功能。初次进入油井视频页面，Web浏览器会提示下载Active X控件，按照默认路径下载并安装 Active X 控件以后，进入监控主界面。

4 结语

针对油井分散的特点，开发了一种分布式抽油机远程监控系统，能够远程实时监测抽油机的工作状况及井场视频信息，方便生产和管理。通过分析分布式远程监控系统中不同的远程数据传输方式以及无线通讯网络的接入方案，确定了基于GPRS 的无线传输方案，并采用 Internet 接入方案。基于油井现场提出的远程监控系统的总体要求，提出了总体设计方案；搭建了监控系统的测试平台，分别对 PC段监控软件和 Web 远程监控进行了测试及测试结果的分析。本系统选择基于GPRS及Internet接入的远程监控方案，但是目前只是在局域网中得到了实现，在后续的开发过程中，将着重考虑远程无线传输方式的实现。

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Design and Test of Distributed Remote Monitoring System for Pumping Unit

ZHENG Hua1，LI Huiying2，CHEN Jing3，YU Gang2

(1.No.5 Oil Production Plant，Changqing Oilfield Company，Xi’an 710200，China；2.No.7OilProductionPlant，ChangqingOilfieldCompany，Qingcheng745100，China；3.ChangqingDrillingBranch，CCDE，Xi’an710018，China)

Based on the general requirements for wells site management proposed of remote monitoring system，a general structure program design of oil machine remote monitoring system for distributed control has been made，respectively the remote monitoring center and wireless communications network of design program were shown in this paper.Through analysis of distributed remote monitoring system in the different remote data way and wireless communications network of access program，wireless transmission program based on GPRS of was determined，and internet access program was used.Introduction was made for the distributed remote monitoring system for oil control test platform build respectively for PC monitoring software and Web browser related tests，and test results were analyzed.

remote monitoring and control；pumping unit；Web server；general packet radio service wireless transmission

1001-3482(2016)12-0033-04

2016-07-24

郑 华(1982-)，女，陕西西安人，工程师，硕士，主要从事软件工程及数字化管理工作。

TE933.3

B

10.3969/j.issn.1001-3482.2016.12.009