基于油田井场的燃油在线监控系统

关学忠 赵丽丽 崔 凡 卞 强 李倩文

(东北石油大学电气信息工程学院)

基于油田井场的燃油在线监控系统

关学忠 赵丽丽 崔 凡 卞 强 李倩文

(东北石油大学电气信息工程学院)

为了实现对油田井场柴油的实时监控，设计了一种无线式的基于油田井场的燃油在线监控系统。通过现场对柴油油罐进行实时监测，采集数据信号，经由GPRS无线通信传输到数据采集发布系统，并存储到数据库。继而通过Web服务器发布所采集的数据，实现对现场柴油的实时监控。

在线监控系统 油田 GPRS 实时监控 Web发布

随着无线通信技术与计算机技术的快速发展，监控技术已经成为发展迅速、应用广泛的一种技术，远程监控也成为必然的发展趋势[1]。油田井场燃油设备效率在线监测系统具有远程监控、效率高和管理方便的优点。对每一个油罐的动态数据进行监测，可以分析某一井队的油量使用情况和生产能力；监测到的流量、压力、温度及GPS定位信息等数据是油田企业重要的信息[2]。

目前，油田井场基本都是靠柴油发电机供电，可是对于柴油消耗，自始至终没有一种科学有效、精确的管理方法。因此笔者设计了一套对井场柴油数据实时监控的燃油在线监控系统[3]。

1 系统总体设计

在线监控系统主要包括现场监控系统和数据采集发布系统。其中，现场监控系统为系统的硬件部分，包括单片机主控制板、各部分数据采集分系统、GPRS无线通信系统、GPS定位系统及供电系统等；数据采集发布系统为系统的软件部分，其组成有在线数据采集软件和基于互联网的远程网络发布系统[3]。燃油在线监控系统构成如图1所示。

图1 燃油在线监控系统构成

2 系统主要硬件部分

2.1 流量监测模块

采用TDS-100型超声波流量计，在油罐管道处设置一个流量监测点，实时测量柴油瞬时流量、累计流量等，采集的数据通过RS485总线传输到单片机主控制器，最终由GPRS无线传输到数据采集中心。数据传输时遵循Modbus RTU协议，监测精度小于1.0%，RS485接口电路如图2所示。

图2 RS485接口电路

2.2 液位监测模块

采用HM23Y压力传感器，在油罐底部设置液位监测点，测量油罐内柴油压力来监测总体的液位高度，进而换算成质量。其工作原理为：液体中某一点的静压力与该点到液面的距离成正比，即p=ρgh[4]。监测精度等级为0.25级。

2.3 箱体温度监测

采用DS18B20温度传感器，安装在电池、电源、单片机箱体内和外部环境，以监测各个位置的温度，当外部温度低于-5℃时，启动加热装置；加热到8℃时，停止加热，以保证电子器件工作正常。

2.4 GPS定位模块

使用IT-300型卫星定位器，进行井场定位，每40s发送一次数据。工作时，通过单片机串口2读取GPS定位数据，由GPRS将接收的信息发送至数据采集系统。其硬件电路如图3所示。

图3 GPS模块硬件电路

2.5 GPRS无线通信模块

采用F2114型GPRS无线通信模块，将接收到的各井队的生产信息发送至数据采集中心，GPRS传输数据框图如图4所示。这些信息包含燃油设备的瞬时流量、累计流量、柴油罐液位高度、GPS定位信息、220V掉电报警、直流后备电源电压低报警及温度监测等数据信息。

3 系统软件部分

燃油设备效率在线监测系统具有丰富的应用功能，为实现柴油效率节约化，合理安排生产提供了很大便利，其功能主要包括以下几个部分[5]：

a. 实时监测。从下位机传输过来的各种数据，进行处理后显示在软件界面上，使数据动态并直观地显示出来。如图5左上图所示，左侧的3个图表分别表示油罐内液面高度曲线、瞬时流量曲线、温度曲线；右侧是数据的直观表示，右下角是包含经纬度信息和打开电子地图的按钮。

b. 信息查询。下位机传输过来的各种数据信息，分析处理后存储在数据库中，管理人员使用时，就可以对数据库中的各种数据进行查询。如图5左下角图所示，输入井队号、查询的参数和要查询的时间，就可以在界面下部的图表中查看想要查询的信息。这些信息以曲线的形式呈现在界面上。

图4 GPRS传输数据框图

c. 数据分析。通过对数据库中的各种数据进行分析，可将过去一段时间内的用油量和耗油量的各种细节以图表的形式显示出来，方便管理人员进行对比分析，便于管理，如图5右下角所示。

图5 燃油设备在线监控系统

通过燃油在线监控系统功能分析，发现了柴油消耗存在的不足，为节约柴油消耗提供了有力保障，确保了柴油消耗诊断的及时性和经济性的统一[5]。

4 结束语

根据以上设计和调试，总结出此系统具有如下突出特点：可以实现油料使用历史数据的查询、分析、统计；实时提供井队的经纬度信息，可准确定位井队施工地点；柴油罐内液面和剩余柴油量在现场实时显示，方便井队查询。该项目自2013年完成，投入生产使用至今，运作情况良好，数据信息回传稳定精确，经系统联机调试后，监测精度已经达到设计要求。

[1] 高志亮，梁宝娟.数字油田在中国：油田物联网计数与发展[M].北京：科学出版社，2013.

[2] 付长顺，侯万雍，金德明，等.基于GPRS的数字油田智能监控系统[J].化工自动化及仪表，2015，42(3)：310～312.

[3] 杨小聪，袁子清，周汉民，等.尾矿库安全在线监测系统在铜矿峪矿尾矿库的应用[J].金属矿山，2010，(z)：70～72.

[4] 关学忠，唐磊，杨冬滨，等.钻井燃油罐液位自动监测系统[J].自动化技术与应用，2011，30(12)：27～30.

[5] 丁健，李利民，刘期宏.煤耗在线监测系统构建及应用[J].广东电力，2013，26(10)：102～107.

OnlineMonitoringSystemforDieselBasedonWellSiteinOilfield

GUAN Xue-zhong, ZHAO Li-li, CUI Fan, BIAN Qiang, LI Qian-wen

(1.BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics; 2.NortheastPetroleumUniversity)

In order to realize real-time monitoring of diesel at the well site in oilfield, an well site-based wireless online fuel monitoring system was designed, which monitors diesel tank in-situ and at real time and collects its data signals and then transmits them to a special publishing system via GPRS communication and stores them to the database. Publishing the data collected and via Web server can achieve real-time monitoring of the diesel.

real-time monitoring system,oilfield, GPRS, Web release

TH165+.2

A

1000-3932(2017)01-0073-03

关学忠(1962-)，教授，从事神经网络控制和故障诊断技术的研究，gxzdqpi@163.com。

2016-06-22，

2016-11-30)