油气生产远程监控体系的关键技术探讨

2021-11-22赵卫芳

中国管理信息化 2021年8期

赵卫芳

（新疆油田公司数据公司，新疆克拉玛依 834000）

0 引言

随着我国石油工业的进步与发展，在油气生产过程中，工业自动化水平与工作自动化技术也得到了进一步的提高。油气田生产中应用的远程监控体系可以基于无线传输系统实现，进而通过无线电传感器的网络传感辅助，实现监控效果，进而形成一个新的远程三维虚拟数据中心监视系统。

1 油气生产远程监控体系的关键技术分析

1.1 RTU 终端单元与手持移动PDA 双重冗余

监视系统的通用结构模式是基于信息采集的大型站与现场的三级信息采集建构模式形成的。远程终端单元（Remote Terminal Unit，RTU）完成各种信息的收集，如井口压力，气体浓度和每个站阀的状态。工业控制计算机和计算机人机界面形成了一个平台，用于在站设备之间交换信息。该平台可以浏览和导航瞬时站信息，在突发危险（如非常高的压力）的情况下，通过系统网络进行本地和远程控制；为了对实时信息进行远程现场监视，将数据远程通信模块以数据流的形式加载到计算机上，以形成远程数据监视系统。实时数据收集系统由传感器、变送器、流量计、工业控制机器、大型机和其他智能设备组成。数据采集与监视控制系统SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）采用总线的结构和模块化设计，一辆总线可承载数百台交通计算机和数据采集终端，一台总线计算机可承载8 个流，一个采集终端可在16 个点采集信息，因此，其将来扩展系统硬件非常方便［1］。

1.2 无线传感器网络和基于APN 的无线通信网络相结合

由于石油工业的特殊性，油气勘探开发通常发生在偏远地区，具有较高的流动性，集中点和集中点之间的距离较远，不可能通过集中布线来收集相关数据。监控油井内的情况所需要的数据要求较低，由于油井地势较为开阔，在信息传输的过程中，采用无线传感器的效果明显，安装更便捷，节点的移动性较高，并且无线传感器的传感效果也非常适合油井的检测工作。通过无线电传感网络可以进一步提高无线传感器的信息采集效果，进而将通用无线分组业务（General Packet Radio Service，GPRS）的实时数据进行准确地采集与计算，如果在油气中出现各种油气泄漏或者温度变化的情况，传感器将通过网络将各项数据准确及时地传输到网络中，使传输后的数据在中心平台上具有良好的传输效果，然后采用GPRS+网络接入技术（Access Point Name，APN）有效保证数据传输的可靠性与安全性。

使用验证用户识别模块（Subscriber Identification Module，SIM）卡的唯一性来标识和验证SIM 卡的电话号码，并将SIM卡号码与网络侧的APN 关联，可以限制用户对特定系统的访问［2］。要访问特殊的APN，只有通过专用的IP 和VPN 模式才能访问专用网络，普通的互联网协议（Internet Protocol，IP）地址与VPN 网络无法实现模式连接与传输，Internet 接口在封闭与隔离之后形成对掌上电脑（Personal Digital Assistant，PDA）的保护，保障移动电话、系统平台和专用油气网络的安全。在GPRS 服务数据连接的网络中，网关GPRS 支持节点（Gateway GPRS Support Node，GGSN）与CommHUB 都是利用其APN/Radius/动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）特性，通过访问GPRS 网络形成的后台数据，实现对网络信息的创建与服务。

1.3 基于虚拟数据中心的数据融合平台

油气田收集的数据不仅是勘探、钻探的地质数据，还有油气开采、测试和其他数据，因此，整合油气田信息必须提供有效的基本信息，以进行预测和快速决策。为了进一步满足生产计划的实际需求，管理人员应当针对同一视图与静态分布数据情况进行对数据源与分布式结构的处理，保证不同架构下的静态数据呈现出不同的结构特性。而在系统的灵活性与特性的影响下，虚拟数据中心系统也在油气田的信息集成平台架构中发挥了重要作用，增强了数据源与分布式数据的作用。

鉴于分布式和异构数据源不利于详细深入地进行信息处理，决策与预测数据在网络连接中形成了明显的脱机状态。基于大量的数据，在数据动态的改动与处理中，信息集中到一个信息中心中，存储空间出现了大量的浪费，而数据也基于要求进一步存储在数据中心的内容中，所有数据整合成为一个完整的数据中心，有效地为管理与监控工作提供视图。根据完整的数据程序与用户状态来看，数据中心的数据存储情况存在差异［3］。

在技术架构方面，当前各个部门（包括研究、开发、生产计划等）数据源收集过程和数据质量保证被集成到一个标准化系统中，系统执行数据输入、质量检查和数据加载。虚拟数据中心系统是基于分布式的数据管理系统形成的，在安全管理与元数据管理方面，数据中心的管理人员将程序的管理操作与用户登录界面进行了统一，企业也可以基于用户的实际管理与监控需求进行改进处理，可以设置统一的搜索与登录界面，进一步改善信息资源的整合环境。

对于实时数据，当应用程序或用户发出请求时，交换中心负责从数据源接收数据并定期更换。对于存储在数据中心中的历史数据，交换中心定期从各种数据源（如生产数据库、安全数据库、物料数据库等）向数据中心交换相关数据。数据中心的数据可以由高级应用程序直接使用，也可以通过交换中心进行请求。对于某些静态数据或实时性较低的数据，多次请求的数据不会随时间变化。数据交换中心以单一标准格式与各种应用程序、数据源和用户进行交互，在用户需要通过应用程序获取数据的时候，其可以将请求发送到数据交换引擎［4］。

1.4 收集微信、微信的事件通知技术

与系统有关的危险信息必须及时传达给相关人员。移动互联网传输方式的出现促进了文本消息的创建，从而提供了一种方便、经济高效且快速的信息传输方式。但是用户需要手动接收短消息，并且实时性不强。鉴于微信服务的普及和高度实时性，数据库系统将短消息和微信结合在一起，可以确保及时处理重要事件和崩溃警报。

公司的内部网络架构基于工业移动平台，在短信息服务（Short Message Service，SMS）的服务器中，警报与微信、邮件等多种服务进行有效结合建立数据库，数据库中的警报信息根据不同级别依次排序，形成警报数据，在恢复正常后，数据库中的警报信息自动存储到警报数据库中。

数据库系统依照出现事件的实际类型与情况设计警报模式，对重要警报根据邮件的内容与主题进行分类，然后依据用户的SMS 地址分析不同服务用户的实际情况与邮件处理质量，过滤掉不重要的邮件，自定义事件类型和警报级别来识别邮件收件人。同时，邮件内容发送到微信或搜索网络网关，将微信信息传输到消息中心，短信传输到短信信息技术平台，然后在接收到信息之后快速地将信息与实际技术相结合，形成有效的传输警报系统，进而避免大量信息传输的情况，提高信息传输的安全性，保障油气田的生产安全。

2 数据采集、传输与控制实现的流程探究

在远程监控系统中，数据收集、传输和管理的整个过程需要考虑以下方面。首先，通过流量计算机和RTU 收集有关生产和安全的信息。例如，油气生产的过程中通过无线传感器可以准确掌握钻井、测井、管道信息。其次，在室外设备发生故障的情况下，立即激活备用设备，使用手持移动PDA，可以手动收集和传输数据。同时，现场数据传输单元（Data Transfer Unit，DTU）通过GPRS（码分多址）+APN 网络发送采集到的数据，远程控制中心将数据传输到各个数据库中，数据在数据库中形成交互效果，然后基于实际需求情况展开程序的变换与实施。最后，警报模块的控制面板会根据预警阈值评估收集的数据来生成警报，并通过SMS 和微信通知控制人员。控制人员可以通过PDA 接收到指令，进而通过远程控制阀门与控制系统针对现场的生产设备与生产情况进行信息处理，保证油气田的监控与油气田的生产处于安全状态。

油气田企业通过远程信息传输与采集系统可以进行有效的生产管理，油气处理与传输过程中主要有信息采集、传输与处理3 个阶段，远程信息传输与采集系统替代了以前的通用数据收集方法，并开发了一种用于油气田远程监控的新技术，通过PDA 移动手持终端子系统，基于码分多址与APN 的传输通道实现对子系统信息数据的传输控制，进而将数据传输到监控平台系统中，实现数据的分享与传输效果。子系统之间的结合处理可以有效地将远程信息情况与监控系统相结合，实现对信息数据的移动监控。