基于物聯網技術智慧化油田數據采集教學裝置的研制

王輝　叢榆坤　陳金陽　王敏

摘 要：以專業人才的工程能力培養為導向，結合企業對能源裝備制造類專業學生的技能需求，文中提出一種基于物聯網技術智慧化油田數據采集系統教學裝置。設計開放式、多維度、創新性的實訓項目，為機械、電氣、石油等專業相關課程提供真實的實訓環境，能夠提高學生綜合設計能力和工程實踐能力。

關鍵詞：物聯網技術;教學設備;智慧油田;數據采集;能力培養;能源裝備

中圖分類號：TP484文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）04-00-02

0 引 言

中國石油全面推進“十三五”信息技術總體規劃實施，一批批智慧化油田相繼邁上新臺階，在為全面建成世界水平綜合性國際能源公司，努力實現信息化與工業化的兩化深度融合，打造信息化中國石油的數字化企業過程中提供著有力支撐。智慧化油田數據采集系統是一個集采集、傳輸、監測、展示、分析于一體的信息化管理系統，也是智慧化油田的核心。近些年，隨著高等職業教育的快速發展，為滿足能源裝備類企業對高技能復合型人才的需求，迫切需要一種適合高職學生的智慧化油田數據采集教學裝置。因此，本文旨在提出一種面向職業院校的智慧化油田數據采集教學裝置的研制思路。1999年，東北大慶油田首次在全球范圍內提出了數字化油田的理念，到2008年，在克拉瑪依誕生全球首個數字化大油田。中國石油石化已有8個油田實施了數字化油田項目。實際上，數字油田是逐步發展與完善的，是一個系統工程。所謂的數字化油田就是建設一套超大型的SCADA系統。數字化油田是油田信息化建設的最終戰略目標，得到了全世界石油企業的廣泛關注。在“十二五”末，信息化水平大幅提升，保持國際先進、國內一流。開展信息化三大標志性工程建設，標志著中國石油數字化油田建設又邁入“智慧化”時代，但目前國內還沒有智慧化油田相關教學設備的

研究。

盤錦市是全國最大的稠油、高凝油生產基地和重要石化工業基地。近年來，盤錦市著力打造“空間轉型、經濟轉型、社會轉型、機制體制轉型”四個轉型的總體發展格局，形成了追蹤世界前沿的能源裝備制造（含海工配套裝備）等產業體系，迫切需要大量高素質能源裝備制造的技術人才做支撐。隨著智慧化油田的普及，迫切需要將新技術引入課程中來，通過對該技術的深入研究，結合高職教育的特點。通過對該教學設備的研制，解決學生對智慧化油田數據采集系統的安裝調試能力和解決實際問題的能力，將教學緊密與企業生產實踐結合，為培養學生一線工程實踐能力、科技創新能力提供了良好的條件，也填補了暫無此類型教學設備的空白。

1 教學設備總體設計

以單井生產參數采集系統研究假設，設計制造本教學裝置，具體如圖1所示。本系統創新之處在于，首次將圖1所示工業現場系統轉化成適合學生實訓的教學設備，有效解決了學生實訓內容與企業一線生產實踐脫鉤的問題，提高了學生對智慧化油田數據采集系統的設計調試能力。硬件部分主要由PLC控制器、電參數模塊、GPRS模塊、無線載荷變送器、無線壓力變送器、無線液位計模塊和位置傳感器組成，根據不同的井組選裝相應的上述硬件設備后，構成數據自動采集與發射系統。應用軟件部分主要由油井計量專用服務器程序、GPRS模塊管理中心程序、控制軟件、基層客戶端報警和管理軟件、后臺數據庫發布平臺等組成。

本文所提出的智慧化油田數據采集教學裝置無線通信技術方面用數傳電臺通信模塊DTU和CDMA/GPRS兩種通信模式，并根據需要可以在兩種通信模式間切換。傳感器儀器儀表主要包括電參數模塊、GPRS模塊、無線載荷變送器、無線壓力變送器、無線液位計模塊、抽油機一體化示功儀，它們將采油井的工作狀態采集出來，傳輸至PLC控制器，再經數傳電臺通信DTU和CDMA/GPRS模塊傳輸至數據采集服務器，能夠完成示功圖、電流圖（或功率圖）、電流、電壓、溫度、壓力等參數的實時趨勢、歷史趨勢監視功能，具有靜態數據瀏覽和編輯等功能，包括抽油機型號、配置電機型號、油井井號、沖程、線路名稱、量程、報警上下限、油井井況等方面的數據，并能添加新開油井、刪除停產油井、修改作業井的基本數據。本教學設備可以單獨使用模擬單井數據采集系統，也可以多個設備同時聯網使用，來模擬多井口數據采集，此時采用輪換查詢的方式收集井口控制器數據，模擬真實的智慧化油田數據采集系統，可以根據教學實際需要自由組合。本教學設備的結構組成示意圖如圖2所示。未來可引入GIS地理信息管理系統，能非常直觀形象地反映整個油區油井的工作狀況。

2 結 語

在盤錦市雙元培育改革試點城市建設背景下，結合本區域經濟發展對能源裝備高技能復合型人才的需求，深入石油類企業生產一線調研，將企業真實的工業現場系統整合后引入課堂教學，為了達到專業課程與崗位需求無縫銜接，開發了適合機電類、石油類專業的教學載體，即智慧化油田數據采集教學裝置。

目前，該教學裝置擬在電氣自動化技術、機電一體化、物聯網技術等相關專業試行，設計了開放、創新、多維度的實訓項目。在具體實訓項目的教學實施過程中，學生以團隊合作的方式完成硬件調試、軟件編制等實訓項目。在整個學習過程中注重培養學生職業素養、團隊精神以及嚴謹的工作態度，能夠實現由“以前的學生被動接受老師教育模式”到

“學生能夠獨立自主創新、設計調試和實際實施”新的人才培養模式的轉變，培養了大學生自主學習和解決工程問題的能力，也提高了大學生創新創業的質量。

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作者簡介：王 輝（1982—），男，副教授，研究領域為自動控制、圖像處理與模式識別。