探討物聯(lián)網(wǎng)下的智能化氣田監(jiān)控

賈展鵬

摘要：天然氣作為我國(guó)的清潔化能源，人們對(duì)其依存度液越來(lái)越高，隨著蘇里格氣田的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)管理企業(yè)面臨的管理難度也越來(lái)越大。目前作業(yè)區(qū)管轄范圍廣，地理跨度大，交通條件相對(duì)不太便利，沙漠腹地工作環(huán)境惡劣，采氣工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，設(shè)備監(jiān)控效率并不高。隨著氣田發(fā)展，我們也開(kāi)始提出物聯(lián)網(wǎng)條件下的智能化氣田監(jiān)控，數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，對(duì)研究實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能化控制系統(tǒng)的研究提出迫切要求。

關(guān)鍵詞：天然氣;范圍廣;監(jiān)控效率;智能化

一、采氣工藝監(jiān)控需求分析

（一）井場(chǎng)數(shù)據(jù)采集現(xiàn)狀

（1）現(xiàn)有無(wú)線遠(yuǎn)傳信號(hào)不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)上傳效果差;

（2）存在井場(chǎng)套壓、氣體檢測(cè)數(shù)據(jù)未能自動(dòng)上傳功能，巡井工作強(qiáng)度依舊很大;

（3）數(shù)據(jù)采集受無(wú)線信號(hào)傳輸影響，并且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度存在一定的偏差，不能正確直觀顯示。

（二）監(jiān)控系統(tǒng)需求分析

根據(jù)我廠現(xiàn)有情況，結(jié)合目前數(shù)據(jù)監(jiān)控現(xiàn)狀，對(duì)現(xiàn)有氣田井場(chǎng)監(jiān)控進(jìn)行改造。主要考慮氣井生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集對(duì)生產(chǎn)有無(wú)直接影響，氣井所處環(huán)境惡劣，能否滿足正常生產(chǎn)工況，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全隱患突出，對(duì)井場(chǎng)的安全狀況進(jìn)行可靠、準(zhǔn)確的監(jiān)視是氣田安全生產(chǎn)的保障。

（三）主要監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

（1）壓力數(shù)值

主要監(jiān)控油管壓力、套管壓力，利用那個(gè)無(wú)線壓力傳感器進(jìn)行采集。油壓顯示是氣井生產(chǎn)狀況的直觀表現(xiàn)，油壓高，則氣井供液能力強(qiáng)，相反則比較弱。套壓是指氣井油套環(huán)形空間的壓力，同樣由無(wú)線壓力采集器采集，它的大小反映環(huán)形空間壓力大小。

（2）溫度

溫度監(jiān)測(cè)主要是對(duì)氣井生產(chǎn)凍堵情況的預(yù)防。

（3）流量

流量監(jiān)測(cè)主要是對(duì)氣井供氣流量變化的監(jiān)控。

（4）泄漏氣體濃度。

我廠存在高硫氣井，氣井泄漏氣體檢測(cè)是主要安全監(jiān)控措施，通過(guò)對(duì)環(huán)境氣體濃度的檢測(cè)進(jìn)一步確?，F(xiàn)有環(huán)境是否具備安全作業(yè)條件。

（5）視頻圖像

建立圖像傳輸，進(jìn)一步對(duì)分散廣闊，偏遠(yuǎn)的井、站進(jìn)行監(jiān)控，從而進(jìn)一步降低采氣工人力勞動(dòng)強(qiáng)度。

（6）截?cái)嚅y

截?cái)嚅y門遠(yuǎn)程操作，是自控系統(tǒng)執(zhí)行器，該單元在接收到中央控制中心指令后，自主進(jìn)行開(kāi)啟、關(guān)閉操作，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送管道中氣體的通斷實(shí)現(xiàn)控制。

二、系統(tǒng)功能需求

對(duì)目前井場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及環(huán)境狀況進(jìn)行采集，將采集數(shù)據(jù)通過(guò)井口RTU遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控中心。并且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、處理、進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、環(huán)境信心在中央處理器中的管理，從而提高生產(chǎn)決策的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，從而達(dá)到對(duì)井場(chǎng)的智能化管理的目的。

基于物聯(lián)網(wǎng)條件下的主要系統(tǒng)功能：

（1）生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集

實(shí)時(shí)采集井場(chǎng)氣井油壓、套壓、井口溫度、流量、泄漏氣體濃度等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)統(tǒng)一監(jiān)視、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理等功能。

（2）生產(chǎn)過(guò)程控制

過(guò)程管控是物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的重要安全操作控制，該功能能夠在氣井出現(xiàn)異常高壓及低壓的異常情況下，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程關(guān)閉截?cái)?。高壓安全截?cái)?，低壓?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)氣井。

（3）生產(chǎn)環(huán)境安全狀態(tài)監(jiān)控

環(huán)境安全監(jiān)測(cè)，針對(duì)高含硫氣井硫化氫氣體監(jiān)控、監(jiān)測(cè)。并通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)評(píng)估作業(yè)環(huán)境的安全程度，下發(fā)操作人員安全作業(yè)指令。

（4）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控

采用視頻監(jiān)控代替人工巡視，及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，提高安全巡檢的效率和可靠性。

三、智能化氣田監(jiān)控系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

結(jié)合總體氣田監(jiān)控系統(tǒng)方案，對(duì)氣田井場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控管理中心進(jìn)行有效集成。

（一）數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)組成

數(shù)據(jù)采集與控制通過(guò)氣井井場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)的采集傳感器、井口控制器 RTU 和其它輔助設(shè)備組成，良好的采集傳感器及完備的井口控制器進(jìn)一步?jīng)Q定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。

（二）數(shù)據(jù)采集控制子系統(tǒng)配置

（1）溫度、壓力無(wú)線傳感器

無(wú)線壓力傳感器 P102-T、無(wú)線溫度傳感器 T101-F，由電源模塊、采集處理模塊、無(wú)線收發(fā)模塊及存儲(chǔ)模塊組成，集檢測(cè)傳感器、ZigBee 無(wú)線射頻技術(shù)、路由技術(shù)為一體的新型傳感器。傳感器內(nèi)部集成 A/D 轉(zhuǎn)換器的MSP430F149 單片機(jī)，A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入端接有信號(hào)調(diào)理電路模塊，信號(hào)調(diào)理電路模塊由依次相接的放大電路和濾波電路模塊組成，放大電路的輸入端接有壓力或溫度傳感器。[1]

（2）硫化氫泄漏檢測(cè)傳感器

BX-XP-913H檢測(cè)儀運(yùn)用當(dāng)前最先進(jìn)的微電子處理技術(shù)，通過(guò) 32 位微處理器和 24 位數(shù)據(jù)采集器后，多次進(jìn)行全量程的溫濕度補(bǔ)償，然后用高純度的標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)，指示精度0.1ppm;指示范圍 0～100ppm;可直接輸出模擬電流 4～20mA，模擬電壓 0.4～2V、0～5V，可快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)目標(biāo)氣體，無(wú)零點(diǎn)漂移，抗干擾能力強(qiáng)，含有最高三防設(shè)計(jì)：防高濃度過(guò)載、防人員誤操作、防雷擊，使其即使在惡劣的環(huán)境下，也能安全使用。[1]

（3）LGX 楔形流量計(jì)

LGX 楔形流量計(jì)，是一種新型差壓流量測(cè)量傳感器。當(dāng)流體通過(guò)流量計(jì)流件時(shí)，下流流體產(chǎn)生壓降，壓降的大小與通過(guò)管道的流量或流速在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)遵循能量守恒定律——伯努力方程和流動(dòng)連續(xù)性方程，管道中的瞬時(shí)流量與在 V 型節(jié)流件上、下游取壓口處所測(cè)得的差壓的平方根成正比關(guān)系，所以只需要上下游取壓口的差壓值，就可以求出流過(guò)管道的流量或流速。[1]

（4）視頻服務(wù)器

智能化監(jiān)控系統(tǒng)采用 BNC-IPV800HDW 視頻服務(wù)器。H.264 視頻壓縮技術(shù)及 OggVorbis 音頻壓縮技術(shù)將視頻圖像進(jìn)行壓縮、分析等預(yù)處理，并將處理之后的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為交換機(jī)可以接受的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模式，經(jīng)交換機(jī)轉(zhuǎn)無(wú)線網(wǎng)橋傳輸至監(jiān)控管理中心。

結(jié)論

本文針對(duì)氣井生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)需求功能方面進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，通過(guò)氣井管理現(xiàn)狀，進(jìn)一步分析系統(tǒng)需求。并且根據(jù)系統(tǒng)需求簡(jiǎn)單介紹實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及集中監(jiān)控的硬件構(gòu)成，從溫傳、壓傳、流量計(jì)、視頻服務(wù)幾個(gè)方面進(jìn)行配置，采用現(xiàn)場(chǎng)傳感器、一體化高速云臺(tái)攝像機(jī)、井口控制器RTU 等設(shè)備構(gòu)建了信息采集系統(tǒng);利用無(wú)線網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)信息傳輸;搭建服務(wù)器構(gòu)建監(jiān)控管理中心。系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)三層構(gòu)架為基礎(chǔ)，完整的搭建了智能化氣田監(jiān)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)，確保了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 梁寶娟，高志亮.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字化井場(chǎng)建設(shè)中的應(yīng)用[J].西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，15（6）：88～93.