油井生產數據采集與管理系統軟件的設計與開發

李鳳民，潘居臣，宋 松，趙 沖，梁華慶

（1.中石油華北油田分公司數據中心，河北 任丘062552；2.中國石油大學（北京）地球物理與信息工程學院，北京102249）

油井生產數據采集與管理系統軟件的設計與開發

李鳳民1，潘居臣1，宋 松1，趙 沖2，梁華慶2

（1.中石油華北油田分公司數據中心，河北 任丘062552；2.中國石油大學（北京）地球物理與信息工程學院，北京102249）

研發的油井生產數據采集與管理系統軟件，控制油井遠程數據采集設備（RTU），可完成油井生產數據的遠程自動采集、傳輸、存儲、顯示與查詢等功能。系統軟件基于易語言可視化開發環境，采用可移植性好、使用方便、功能強的Oracle9I作為數據的存儲管理數據庫，充分利用API，COM、DLL、OCX等組件進行UI界面和主要功能的開發。文中詳細介紹了軟件的主要關鍵功能模塊及其實現技術。該系統部署于油田現場，可實現油井生產的實時高效監管，生產問題的全面、快捷診斷，保障油井生產安全運行。

油井生產數據；采集與管理軟件；Oracle數據庫；易語言

華北油田二連分公司地處內蒙草原高寒地區，東西長430公里，南北寬210公里，其油井地處偏遠，分布范圍廣。如果油井生產數據全靠人工采集，不僅工人勞動強度大，需要耗費大量的人力和物力；而且采集的數據為非連續性數據，對油井出現的異常情況不能及時發現、及時采取措施而降低了生產效率，增加了采油成本。為此，在油井井場部署RTU終端和各類傳感器，研發油井生產數據采集與管理系統軟件，實現油井生產參數的自動采集和遠程控制，生產參數的超限報警，操作人員可以在中心控制室對油井的生產進行7× 24小時全天候實時監控管理，將傳統的人工巡檢方式轉變為智能巡檢、組織運維。

1　系統整體框架

系統由位于井場的各類傳感器 （油井功圖、電參量、壓力、溫度等傳感器）、遠程數據采集設備（RTU）、McWill無線傳輸模塊和基站，以及位于中控室的上位機組成。所研發的軟件部署于中控室的上位機上，控制和管理RTU設備，完成油井功圖、電參、壓力、溫度等參數的采集和管理，并監控油井運行狀態。

系統框圖如圖1所示。

圖1　系統框圖

2　系統軟件的設計

2.1功能需求分析

系統軟件，一方面要有控制和管理RTU的功能，另一方面要有良好的數據管理功能，具體應滿足以下需求：

1）可視化管理RTU設備信息的功能；

2）良好地輪詢訪問RTU的功能；

3）實時保存數據的功能；

4）實時顯示數據的功能；

5）查詢處理歷史數據的功能。

2.2功能模塊設計

根據上述需求，設計以下模塊：

1）RTU設備管理模塊

現場RTU設備安裝完畢后，所有設備初始的IP、端口、網關等參數均是相同的，因此需要對有設備的上述參數進行配置。由于設備數量眾多，如果采用人工對每一臺設備逐一現場配置，不僅工人的勞動強度大，也不利于設備的隨時增減管理。因此需要開發RTU設備管理模塊，完成局域網內所有在線RTU設備參數的遠程配置。

2）輪詢控制管理模塊

該模塊可手動配置多個采集命令，進行多設備多命令的輪詢采集控制。

3）數據管理模塊

該模塊對Oracle數據庫中的信息進行動態添加、歷史數據的查詢。

4）輸出模塊

該模塊包括采集參數的實時顯示，數據和圖像的導出以及打印。

系統軟件功能模塊結構圖如圖2所示。

圖2　系統軟件功能模塊結構圖

3　軟件的開發與實現

3.1開發環境

使用Windows XPSP3、易語言V5.3、Oracle9I版本作為數據庫，使用ModScan32作為采集校驗對比工具。

3.2關鍵功能的實現技術

1）在線RTU設備偵測

所有RTU通過以太網與上位機連接，通信協議采用標準的Modbus TCP協議。

該模塊主要實現對局域網內所有在線RTU的設備參數自動錄入功能。上位機通過UDP廣播通信協議向局域網廣播地址發送特定協議數據幀廣播包。RTU通過特定端口收到合法的廣播包后進行數據包校驗、響應應答。

上位機收到RTU的響應報文后，按照協商好的偵測協議，進行數據包的解析、校驗，完成在線設備的參數顯示、錄入功能。若CRC校驗錯誤，則不顯示當前設備參數。由于初始配置的RTU設備可能其IP地址、端口等參數均是相同的，但其設備的具體序列號卻不同。因此上位機進行顯示時，按照返回的數據包中的設備序列號不同進行相應錄入操作，相同的則不予顯示。

在線設備偵測流程圖如圖3所示。

圖3　在線設備偵測流程圖

2）遠程RTU配置

軟件經TCP網絡協議連入單個設備，可以對單井RTU進行具體參數配置和單井的數據采集。通過協商好的PC與RTU CFG配置協議，完成對單井的MAC地址、IP地址、子網掩碼、默認網關以及端口號進行讀參數和寫參數操作。

讀參數操作時，上位機通過TCP方式向當前連入的設備IP地址和特定端口發送命令報文，采集設備收到后進行解析校驗，成功則進行數據響應。若校驗失敗，則返回協議幀頭，上位機顯示讀取失敗信息。同樣，在上位機對RTU設備進行寫參數操作時，響應模式同上。然后逐一對在線設備完成IP等參數配置。

連入該設備時，可實現實時控制RTU進行數據采集、上傳。實現單井數據的采集、查看功能。

上位機與采集設備RTU CFG配置由通信數據幀頭和數據參數組成。其中，數據幀頭格式如表1示，CFG配置協議數據幀格式如表2示。

表1　CFG配置數據幀頭

3）輪詢數據采集

可以通過采集管理進入對多設備的多命令輪詢數據采集。按照Modbus TCP協議，通過對Address、Device ID、Length以及Modbus pt參數配置，基于Modbus命令報文的編譯，再通過上位機多線程技術發送給采集設備，可同時實現對同一個設備進行數據采集的多個不同的命令配置，即遠程控制RTU設備執行多個不同的采集命令。設定好輪詢的采集時間間隔，便可以進行自動數據采集。

表2　CFG配置協議數據參數

輪詢采集流程圖如圖4所示。

圖4　輪詢采集控制流程圖

4）遠程Oracle數據庫的存儲、讀取

采集到的數據，按照Modbus協議進行數據解析，經過特定算法處理，將模擬量轉換為實際值進行實時顯示，并操作Oracle存儲過程將數據進行入庫、更新。

Oracle數據庫遠程登陸子程序核心代碼如下：

①主機名=編輯框_主機名.內容

②數據庫名=編輯框_數據庫名.內容

③用戶名 =編輯框_登錄用戶.內容

④用戶密碼=編輯框_登錄密碼.內容

⑤標簽_信息顯示.標題=“正在連接數據庫，請稍候......”

⑥標簽_信息顯示.刷新顯示 （）

⑦是否連接成功 =數據庫_連接.打開（“DRIVER=｛Oracle in instantclient10_2｝；DBQ=//”+主機名+“/”+數據庫名+“；UID=”+用戶名 +“；PWD=”+用戶密碼 +“；”，，，）

⑧如果真 （是否連接成功=假）

標簽_信息顯示.標題=“數據庫連接失敗！”+#換行符 +數據庫_連接.最后錯誤

返回 （）

如果真結束

⑨_啟動窗口.標題 =“數據庫連接成功！”

執行代碼⑦需要在本地計算機上安裝oracle客戶端，以便遠程訪問oracle服務端。

4　主要界面及運行效果

所研發的軟件經過測試，數據采集解析正常，并能夠正確進行數據顯示和存儲，實現了預定功能。下面簡要介紹其主要界面及運行效果。

1）在線設備偵測界面

如圖5所示，程序啟動后，通過進入在線設備偵測界面，可通過掃描或刷新按鈕來對局域網內的在線RTU設備在線偵測。該模塊通過UDP方式，向局域網內的廣播地址發送偵測命令包，采集設備通過設定端口監聽到廣播數據包進而響應來實現。

2）輪詢管理界面

如圖6所示，通過更新按鈕將需要輪詢的設備IP加入到輪詢設備IP列表中，也可以自定義設備IP，或刪除。按照Modbus協議，采用類似ModScan32工具的參數設定，進行采集命令的編譯后，設定好輪詢采集間隔時間后，便開始進行輪詢采集。采集到的數據一方面動態顯示，同時進行Oracle數據庫存儲。

圖5　在線設備偵測界面

圖6　輪詢管理界面

5　結束語

油井生產數據采集與管理系統是以提高油田管理水平、油井產量、系統效率為目的，集數據采集、數據管理、控制執行于一體的硬軟件綜合平臺。所研發的系統軟件經過測試，運行良好、性能穩定。人機界面友好，操作簡單實用，現有功能可以滿足油田現場數據采集與管理的需求。

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Design and development of data acquisition and management system for oilwell production

LIFeng-min1，PAN Ju-chen1，SONG Song1，ZHAO Chong2，LIANG Hua-qing2
（1.Data Center of North China Oil Field，Renqiu 062552，China；2.College of Geophysics and Information Engineering，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

The designed data acquisition and management system software for oil well production，controls remote terminal units（RTUs）and can automatic acquire，transmit，store and display production parametersofoilwells in real-time.Based on the E-Language visual development environment and Oracle9I database，the system softwaremakes full use of API，COM，DLL，OCX and other components to develop the UIinterface andmain functions.The key functionmodulesof the software and their realization technology are introduced in detail.The system isdeployed in the oil field，which can realize the real-timeand efficientsupervision ofoilwellproduction，make a comprehensive and quick diagnosisofproduction problems，and ensure the safe operation ofoilwells.

oilwell production data；acquisition andmanagement software；Oracle database；E-Language

TN919

A

1674-6236（2016）19-0018-04

2015-10-15稿件編號：201510090

國家發改委下一代互聯網技術在智慧油田的應用示范項目（CNGI-12-03-043）

李鳳民（1964—），男，河北館陶人，高級工程師。研究方向：油田自動化。