摘要：地處偏遠地區、沙漠、海洋等地區的油田單井罐的液位測量是在油田生產過程中，迫切需要解決的問題。本方案針對油田單井罐，采用非接觸式數據采集，進行液位檢測，通過無線通信技術傳輸、組網，實現單井罐液位檢測智能化，為全面實現油氣田生產物聯網控制奠定基礎，具有一定的實用價值。

關鍵詞：油田;單井罐;液位;檢測;報警;無線通信

1概述

近年來，許多高新技術、新方法和新型儀表如計算機、微電子等高新技術已經應用到油罐的計量領域，使油田單井罐液位檢測進入到一個多功能、高精度的新階段。但在油田原油生產中真正得到應用的為數不多，這主要是由于原油檢測條件惡劣，罐內油水界面隨時間、溫度變化二變化，尤其是產量不穩定的單井，液面上升規律動態變化大，經常會發生冒罐、漏油等生產事故，造成不必要的生產損失。為了提高儲單井罐的生產效率，了解儲單井罐中油層的高度，就必須準確的測量出原油的上界面，以便安全地輸入原油，防止溢出;同時也必須準確地測量出原油的下界面，以便放出不含油的水。因此，設計和開發一種非接觸式的、移動式的、遠程全自動儲油罐的多界面監測、報警裝置，并進行自動記錄、存儲、分析、顯示和打印就尤為必要。

2項目研究內容和擬解決的問題

2.1一種具有液位檢測報警功能的油田單井罐

單井罐液位檢測報警系統采用非接觸移動式電容法的檢測，參數的測定及計算。總體設計框圖如下：

電容傳感器：完成單井罐液位非接觸式數據檢測;

信號采集電路：把傳感器檢測到的微弱信號進行初步處理;

信號變換電路：把采集的數據信號變換為適合于主處理器存儲，傳輸的數據格式;

主控制器：完成液位信號檢測、傳輸、控制;

驅動控制電路：完成單井罐相關部件的報警、液位保護處理等;

無線數據通信電路：包括無線數據發送和接收。通過無線通信和網絡模塊把需要發送和接收到的控制信息進行數據傳輸。多個的單井罐可以實現組網控制。

供電電路：完成整個報警系統電路的電路供電。根據具體需要可提供電池供電和太陽能補充供電模式。并且能夠進行自動切換。

2.2液位檢測設備安裝圖

液位檢測報警工作過程及參數的測定。現場設備構成示意圖如下：

3單井罐報警控制中的無線通信技術

大大小小的油田單井罐成百上千，相距幾十米到幾百公里。傳統的報警數據存儲在單井罐本地，采用人工方式采集這些數據，效率低，不能準確及時，并對工作人員的安全構成極大威脅。隨著技術的發展，出現了應用GPRS，GSM，數字電臺采集這些數據的方法。但是經過一些油田的使用發現也存在許多問題。首先是這些設備造價昂貴，維護和運營費用高。ZIGBEE無線通信技術和LoRa網絡技術的出現和應用可以使這些問題得到很好的解決，實現了高效率、智能化，并且為進一步實現大數據環境下油田單井罐物聯網建設奠定了硬件基礎。

3.1單井罐液位報警控制中無線通信技術應用的必要性

（1），基于單井罐地理環境多為偏遠地區或為海上、湖泊，沙漠等限制無法使用有線傳輸，無線網絡成為首選;

（2）基于單井罐地理分布特點，無線網絡需要實現廣域覆蓋;

（3） 建設傳統的運營商無線專網成本非常昂貴;

（4） 數據傳輸的安全性需求;

（5） 實現單井罐液位監控遠程化，為油氣井生產物聯網生產監控奠定基礎。

3.2無線數據傳輸組網技術方案

根據單井罐的分布規律系統采用ZIGBEE 技術和LoRa網絡技術結。由于單井罐一般是成群分布，在井場內部和井群內部由ZIGBEE 終端節點，路由節點，協調器節點組成一個無線網。整個井群的數據再經LoRa網絡傳回相距交遠的數據中心數據庫。數據中心或使用單位經過對數據處理，對油井進行時時監測和控制。

該系統方案在單井罐罐口安裝具有無線收發功能的液位數據采集及存儲等信息模塊。

數據無線傳輸技術采用LoRa低功耗技術，LoRa是一種基于擴頻技術的遠距離無線傳輸技術，采用直序擴頻方式，抗干擾性強，接收靈敏度高;我司的lora模塊鏈路預算優，單個節點可以覆蓋幾十公里范圍，同時滿足低功耗需求;具備安全、豐富的功能。

本方案設計可通過無線通信進行可識別井號、采集數據具有時間信息的液位檢測。檢測數據時無需人工到現場打開單井罐，實現真正的無人值守。單井罐維修時可在罐外無線讀取液位數據，測試安全方便，大大減輕勞動強度，有效提高巡井質量，可促使巡檢人員在規定的時間、確定的油井和水井位置取得實際、有用、數據準確的液位檢測值，有利于確保基礎分析數據的準確性，為油田生產過程制定出有針對性的合理的調控措施，為增產措施提供依據，促進油田的生產。

4系統方案特點

（1）采用模塊化設計，系統集成化程度高;

（2） Zigbee、LoRa無線通信技術成熟;

（3）Zigbee通信不需要任何費用、節省控制成本;

（4）LoRa無線傳輸采用AES加密技術，能夠有效保證數據在通信過程中的安全，即便數據被截獲也難以破解;

（5）FEC前向糾錯技術是一種非常重要的防干擾算法，能極大地減少通信中的誤碼率;

（6）工作模式：透明傳輸數據、定點傳輸、廣播與數據監聽。

5結語

本文給出了一種基于無線通信技術的具有液位檢測報警功能的油田單井罐液位檢測報警系統方案，具有保溫功能，能夠縮短油氣分離時間，并設置液位檢測報警裝置。基于本設計方案設計的單井罐液位檢測報警裝置，可提高油氣單井罐安全性能，實現了非接觸數據檢測、無線數據傳輸控制，為油氣井生產實現物聯網監控奠定基礎，系統應用市場前景良好。

參考文獻

[1]胡緒堯，孫曉英，肖安山，楊靜怡，馬明，賈潤中.探地雷達在加油站地下罐區泄漏檢測中的應用[J].安全、健康和環境.2016.

[2]楊梅，楊智超，李鳳緒，王成林儲油罐設計儲存液位高度的計算[J]..當代化工.2015（02）

作者介紹：

韓麗英（1966.5.19—）;女;吉林省樺甸;漢;大學;教授;通信;電子信息;吉林省長春市長春理工大學光電信息學院。