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长庆油田边远井数字化建设研究

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谭海峰万想金雯

摘要：通信系统对企业的生产指挥调度有着重要的影响。对于石油企业来说，每个油田都有自己的通信网络，可以为油田的生产建设提供良好的通信服务。然而，随着产能建设的不断发展，新开发区块分散且距离较远，给整个通信系统的数据传输带来了较大的困难，影响了企业的生产指挥调度。因此，本文对长庆油田第二采油厂边远井数字化建设进行了研究，分析了边远井数字化建设的方案及调试情况，旨在为石油企业的数字化发展提供一定的借鉴。

关键词：长庆油田;边远井;数字化建设

中图分类号：G642? ? ? ?文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）10-0065-03

随着通信技术的发展，宽带无线通信技术和IP电话技术已经成熟，在油田边远井组网中我们可以充分利用这两种技术。边远井网络建设的思路是使用4G无线路由器，并在4G无线路由器上插上电话卡，可将井场主RTU数据透过网络远传到企业内网，上传到油气平台，实现数据远传功能。该网络可以实現计算机的联网，它与采油厂局域网直接相连，完成数据信息共享的功能。

1 边远井数字化建设概述

长庆油田井场采油转运到各场站的方式主要有两种，一是通过铺设输油管线将井场原油利用压差传输到各接收站点，这类井场多建设较早，已经稳定运行了一段时间;二是先将原油储存在井场的储油罐内，再通过油罐车将储油罐内原油拉至卸油台进行卸油，这类井场多见于探井和边远地区井场，其特点是管道建设进度滞后于井场建设，抽油机常使用柴油机供电运行，随着数字化建设进行，逐步取消柴油机，改为大电带动电机采油。

从数字化建设的角度来看，边远井数字化建设主要实现两方面要求：一是油井功图数据采集，进而计算产液量，分析井下泵工况，指导油井生产运行;二是对现场储油罐液位、动液面等数据进行监控，加强对边远井现场的管理。

为实现上述目的，在长庆油田采油二厂项目组的指导下，选取岭南作业区悦47井场和庄259井场进行试验，实现功图数据采集和现场监控的目的。

2 边远井数字化建设实施方案

2.1 功能设计要求

边远井数字化建设要坚持“低成本”要求，和常规井场数字化建设存在明显不同，边远井一般有专人值守，一般无大电，且多是单井。在油田公司现行SCADA系统下，边远井和常规井场数字化建设存在的不同主要体现在以下几点：

2.1.1数据采集目标

边远井数据采集主要包括油井功图数据采集，油井运行状况信息采集，除此之外还需要添加储油罐液位、动液面、蓄电池电压及容量信息采集。常规井场数字化建设主要采集油井功图数据，油井运行工况信息，还可以采集电机运行电参数。从数据采集目标看，两者存在差别。

2.1.2供电系统设计

常规井场供电系统设计由其使用设备决定，一般井场提供大电，可支持各类设备供电，其供电系统核心电压为交流220V。边远井井场无大电，采用蓄电池作为供电系统核心，搭载风光互补控制器，风机，太阳能板构建完整供电系统，设备选型需考虑蓄电池提供电压和容量限制。

2.1.3数据远传设计

常规井场数字化建设多使用网桥或光缆实现井场数据远传。边远井场无大电，使用大功率网桥传输不现实，多未接入光缆，且光缆传输需要的光纤收发器大多需要交流220V电，故无法满足要求。边远井场数据远传使用4G无线路由器实现，在4G无线路由器上插上电话卡，可将井场主RTU数据透过网络远传到长庆内网，上传到油气院平台，实现数据远传功能。

2.1.4 现场实时监测设计

常规井场数字化使用云台摄像机或枪机拍摄现场视频，通过网络交换机传输回监控平台。边远井考虑到网络传输无法使用网桥或光缆，无法实时传输视频，因此使用可拍照摄像机实现数据远传，可在上位机开发程序实现井场视频定时拍照和保存功能。

2.2 设备选型

整个边远井建设最关键的部分就是设备选型，设备选型的结果将直接影响到整个项目的成败。综合考虑供电系统，数据传输系统，远传系统和摄像机拍照系统等因素，最终确定各设备厂家及产品型号。

2.2.1 供电系统设备选型

供电系统设备选型是整个系统设计的前提条件，主要考虑供电电压级别和耗电功率两个因素。设计之初考虑使用蓄电池、风机、太阳能板和风光互补控制器搭建整个供电系统。

从蓄电池的角度来看，电压等级主要有DC12V、DC24V、DC36V。考虑到现场使用的RTU、摄像机、远传装置等的供电电压需求，主要包括DC12V和DC24V，因此首先将DC36V供电系统淘汰。因此有两套方案可选，方案一是选择DC12V蓄电池搭建供电系统，搭配DC12V转DC24V升压变压器实现DC24V电源供电;方案二是选择DC24V蓄电池搭建供电系统，搭配DC24V转DC12V降压变压器实现DC12V电源供电。

这两种方案各有优缺点，从以下角度进行比较：（1）蓄电池体积：从同等蓄电池容量的角度看，DC12V蓄电池的体积要比DC24V蓄电池体积大一倍。（2）太阳能板体积：因为风光互补控制器不具备电压调节能力，则DC12V供电系统的太阳能板体积要比DC24V太阳能板体积小一半。（3）系统安全角度：蓄电池电压等级越低一般认为安全性能越好。在这一点上DC12V要优于DC24V。

综合上述因素，使用DC12V电压等级搭建边远井供电系统，选配DC12V变DC24V变压器实现部分设备供电。蓄电池选择铅蓄电池，单块蓄电池容量为100AH，每个井场埋设两块电池，并联方式连接，总容量为200AH。考虑工作电流均值为2A时，考虑极端天气因素，仅靠蓄电池供电，可保证连续供电至少100小时，约为4-5天，符合系统设计要求。风光互补控制器主要有三个作用，一是将风能和太阳能存储到蓄电池里;二是将蓄电池、风能、太阳能对外输出稳定的12V电压，为外部设备供电;三是起到调节风能、太阳能给蓄电池供电的能力，避免过冲和过放，保障供电系统稳定运行。常用风光互补控制器控制系统图如下：

2.2.2 数据采集装置设备选型

整套数据采集装置选用安控设备，包括主RTU和井口RTU，主RTU型号为L201，井口RTU型号为L308。

选用安控设备主要原因是性能稳定，调试简便。L308和L201之间通过天线通讯，通信速率为2.4GHz。L308中有模拟量端子，可用于接模拟量仪表，如储油罐液位，或动液面采集。L201通过网线向外部发送数据，可接宏电4G无线路由器模块实现数据远传。

在井口安装井口采集箱，给井口采集箱供电DC24V。L308下载程序版本为“L308_S907_S910_ZIGBEE_V3.10.bin”，在配置软件里配置地址，通道，调整冲程与实际相符即可。L201下载程序版本为“L211_SCADA_ZIGBEE_V3.31.bin”，本版本L201程序支持485仪表数据采集，增加类似安控PLC采集块功能，可实现485仪表数据远传，在实际使用中可用于采集风光互补控制器的蓄电池电压等数据。

2.2.3 远传装置设备选型

远传装置采用宏电H7920或H7921模块，搭配电信专网卡实现L201数据通过网络接入长庆内部局域网。现场实践证明H7920和H7921两种模块都可以实现数据接入。宏电模块如下图所示：

2.2.4 摄像机装置设备选型

边远井场所用摄像机和常规井场不同。不同于常规井场夜晚有大灯照射，具备较高亮度环境，供电电压无法满足大功率供电要求，数据传输不要求实时视频传输，通讯方式上无法采用光纤传输等。根据项目具体要求，选择尚新航电子出品的SXH485-L1串口摄像头，产品实物及尺寸如下图所示。

SXH485-L1系列串口摄像头是一款具有视频采集和图像压缩功能的摄像机，具有200万像素CMOS摄像头，最大分辨率可达到1600×1200，它是一个内含有拍摄控制、捕捉、图像数据采集、图像JPEG压缩、SD卡存储、串口通信等功能的齐全的工业用图像采集设备。采用标准的JPEG图像压缩算法，本产品的图像输出格式与常用计算机完全兼容。同时，本产品带有红外照明功能，能够实现自动照度补偿、在黑暗的光線下仍有较好的图片质量。按照工业级标准设计的，输入电压可以支持（6V～12V）直流电源。可在-40～85摄氏度度范围内正常工作。

3 边远井数字化建设调试说明

3.1 上位机软件选型与调试

上位机组态软件选型主要从功能，费用，后期维护等角度考虑。功能上主要实现边远井数据采集显示功能，包括功图采集与显示，功图上传到油气院平台，储油罐液位、动液面数据采集与显示。费用上考虑由于是测试阶段，尽量节约软件费用，可实现相应功能即可。后期维护角度考虑主要是维护方便，操作简便。

当前长庆油田所用的上位机软件主要包括力控和亚控两种，基于完整的SCADA系统，二者均可以实现服务器到客户端的数据采集与传输模式，它们作为一套成熟的系统，功能强大，造价贵，维护复杂。基于上述考虑选择过渡阶段版的力控组态软件。

3.2 网络传输解决方案

选用安控井口RTU和主RTU实现工图采集并转网口输出。井口采集使用安控L308模块，通过无线方式将工图数据传输到L201上，在L201上通过网口连接到宏电H7920或H7921上。

宏电7920模块和宏电7921模块的区别在于是否有VPN功能，对本项目来说，如果有专网卡，那么VPN专网功能借助于运营商提供的专网网络来实现，就可以不用模块本身再带有VPN功能了，因此选择宏电7920模块还是7921模块都可以实现要求功能。

3.3 油气院客户端安装

在边远井客户端的D盘可实现ERG文件采集，将采集回来的ERG文件通过油气院客户端软件上传到油气院平台，实现单井产液量的计量。油气院量油软件运行画面如下图所示：通过油气院软件客户端，将erg功图文件上传到厂油气院平台，实现油井功图上线计量产液量，工况分析。

3.4 图片采集与传输

使用485转232模块加上串口线，将摄像机和笔记本电脑连接起来。打开摄像头调试软件。首先选择串口号，将其选择为电脑为USB串口线虚拟的串口。本次调试时电脑给串口线虚拟的串口是COM1口。接着点击“打开串口”，此时打开串口按钮变为灰色。接着点击摄像头波特率设置里面的查询按钮。使用查询按钮可以自动查询到当前串口摄像机的地址和波特率。此时在摄像头波特率设置里显示波特率和地址为当前摄像机的参数。与此同时串口参数里的波特率和地址也自动变为当前串口摄像机的地址和波特率。

如果需要更改摄像机的波特率和地址，则在下图波特率和地址处填写当前的波特率和地址，然后点击保存前面的框，在新里面输入要更改的地址，然后点击设置即可，更改成功后在下方将有提示“地址更改成功”。

4 结束语

宽带无线接入技术的应用不仅可以完成数据通信的功能，同时也可以在这个网络基础上实现话音通信以及视频会议或视频监控，真正满足油田边远生产指挥调度、传输勘探开发数据的需求，为油田信息化创造了条件。通过对长庆油田第二采油厂边远井站控系统的数字化建设研究，使其更有效应用于井站一体化模式，在该模式下更加高效平稳运行。长庆油田边远井站控系统的建设，在推进智能化前端建设中起到了极大的作用。同时，站控系统作为井站数据一体化的重要组成部分，需要进行不断更新和优化以满足生产发展实际，更需要持续提升系统性能，使系统更好地服务于气田生产。

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【通联编辑：梁书】

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