長慶油田邊遠井數字化建設研究

譚海峰 萬想 金雯

摘要：通信系統對企業的生產指揮調度有著重要的影響。對于石油企業來說，每個油田都有自己的通信網絡，可以為油田的生產建設提供良好的通信服務。然而，隨著產能建設的不斷發展，新開發區塊分散且距離較遠，給整個通信系統的數據傳輸帶來了較大的困難，影響了企業的生產指揮調度。因此，本文對長慶油田第二采油廠邊遠井數字化建設進行了研究，分析了邊遠井數字化建設的方案及調試情況，旨在為石油企業的數字化發展提供一定的借鑒。

關鍵詞：長慶油田;邊遠井;數字化建設

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）10-0065-03

隨著通信技術的發展，寬帶無線通信技術和IP電話技術已經成熟，在油田邊遠井組網中我們可以充分利用這兩種技術。邊遠井網絡建設的思路是使用4G無線路由器，并在4G無線路由器上插上電話卡，可將井場主RTU數據透過網絡遠傳到企業內網，上傳到油氣平臺，實現數據遠傳功能。該網絡可以實現計算機的聯網，它與采油廠局域網直接相連，完成數據信息共享的功能。

1 邊遠井數字化建設概述

長慶油田井場采油轉運到各場站的方式主要有兩種，一是通過鋪設輸油管線將井場原油利用壓差傳輸到各接收站點，這類井場多建設較早，已經穩定運行了一段時間;二是先將原油儲存在井場的儲油罐內，再通過油罐車將儲油罐內原油拉至卸油臺進行卸油，這類井場多見于探井和邊遠地區井場，其特點是管道建設進度滯后于井場建設，抽油機常使用柴油機供電運行，隨著數字化建設進行，逐步取消柴油機，改為大電帶動電機采油。

從數字化建設的角度來看，邊遠井數字化建設主要實現兩方面要求：一是油井功圖數據采集，進而計算產液量，分析井下泵工況，指導油井生產運行;二是對現場儲油罐液位、動液面等數據進行監控，加強對邊遠井現場的管理。

為實現上述目的，在長慶油田采油二廠項目組的指導下，選取嶺南作業區悅47井場和莊259井場進行試驗，實現功圖數據采集和現場監控的目的。

2 邊遠井數字化建設實施方案

2.1 功能設計要求

邊遠井數字化建設要堅持“低成本”要求，和常規井場數字化建設存在明顯不同，邊遠井一般有專人值守，一般無大電，且多是單井。在油田公司現行SCADA系統下，邊遠井和常規井場數字化建設存在的不同主要體現在以下幾點：

2.1.1數據采集目標

邊遠井數據采集主要包括油井功圖數據采集，油井運行狀況信息采集，除此之外還需要添加儲油罐液位、動液面、蓄電池電壓及容量信息采集。常規井場數字化建設主要采集油井功圖數據，油井運行工況信息，還可以采集電機運行電參數。從數據采集目標看，兩者存在差別。

2.1.2供電系統設計

常規井場供電系統設計由其使用設備決定，一般井場提供大電，可支持各類設備供電，其供電系統核心電壓為交流220V。邊遠井井場無大電，采用蓄電池作為供電系統核心，搭載風光互補控制器，風機，太陽能板構建完整供電系統，設備選型需考慮蓄電池提供電壓和容量限制。

2.1.3數據遠傳設計

常規井場數字化建設多使用網橋或光纜實現井場數據遠傳。邊遠井場無大電，使用大功率網橋傳輸不現實，多未接入光纜，且光纜傳輸需要的光纖收發器大多需要交流220V電，故無法滿足要求。邊遠井場數據遠傳使用4G無線路由器實現，在4G無線路由器上插上電話卡，可將井場主RTU數據透過網絡遠傳到長慶內網，上傳到油氣院平臺，實現數據遠傳功能。

2.1.4 現場實時監測設計

常規井場數字化使用云臺攝像機或槍機拍攝現場視頻，通過網絡交換機傳輸回監控平臺。邊遠井考慮到網絡傳輸無法使用網橋或光纜，無法實時傳輸視頻，因此使用可拍照攝像機實現數據遠傳，可在上位機開發程序實現井場視頻定時拍照和保存功能。

2.2 設備選型

整個邊遠井建設最關鍵的部分就是設備選型，設備選型的結果將直接影響到整個項目的成敗。綜合考慮供電系統，數據傳輸系統，遠傳系統和攝像機拍照系統等因素，最終確定各設備廠家及產品型號。

2.2.1 供電系統設備選型

供電系統設備選型是整個系統設計的前提條件，主要考慮供電電壓級別和耗電功率兩個因素。設計之初考慮使用蓄電池、風機、太陽能板和風光互補控制器搭建整個供電系統。

從蓄電池的角度來看，電壓等級主要有DC12V、DC24V、DC36V。考慮到現場使用的RTU、攝像機、遠傳裝置等的供電電壓需求，主要包括DC12V和DC24V，因此首先將DC36V供電系統淘汰。因此有兩套方案可選，方案一是選擇DC12V蓄電池搭建供電系統，搭配DC12V轉DC24V升壓變壓器實現DC24V電源供電;方案二是選擇DC24V蓄電池搭建供電系統，搭配DC24V轉DC12V降壓變壓器實現DC12V電源供電。

這兩種方案各有優缺點，從以下角度進行比較：（1）蓄電池體積：從同等蓄電池容量的角度看，DC12V蓄電池的體積要比DC24V蓄電池體積大一倍。（2）太陽能板體積：因為風光互補控制器不具備電壓調節能力，則DC12V供電系統的太陽能板體積要比DC24V太陽能板體積小一半。（3）系統安全角度：蓄電池電壓等級越低一般認為安全性能越好。在這一點上DC12V要優于DC24V。

綜合上述因素，使用DC12V電壓等級搭建邊遠井供電系統，選配DC12V變DC24V變壓器實現部分設備供電。蓄電池選擇鉛蓄電池，單塊蓄電池容量為100AH，每個井場埋設兩塊電池，并聯方式連接，總容量為200AH。考慮工作電流均值為2A時，考慮極端天氣因素，僅靠蓄電池供電，可保證連續供電至少100小時，約為4-5天，符合系統設計要求。風光互補控制器主要有三個作用，一是將風能和太陽能存儲到蓄電池里;二是將蓄電池、風能、太陽能對外輸出穩定的12V電壓，為外部設備供電;三是起到調節風能、太陽能給蓄電池供電的能力，避免過沖和過放，保障供電系統穩定運行。常用風光互補控制器控制系統圖如下：

2.2.2 數據采集裝置設備選型

整套數據采集裝置選用安控設備，包括主RTU和井口RTU，主RTU型號為L201，井口RTU型號為L308。

選用安控設備主要原因是性能穩定，調試簡便。L308和L201之間通過天線通訊，通信速率為2.4GHz。L308中有模擬量端子，可用于接模擬量儀表，如儲油罐液位，或動液面采集。L201通過網線向外部發送數據，可接宏電4G無線路由器模塊實現數據遠傳。

在井口安裝井口采集箱，給井口采集箱供電DC24V。L308下載程序版本為“L308_S907_S910_ZIGBEE_V3.10.bin”，在配置軟件里配置地址，通道，調整沖程與實際相符即可。L201下載程序版本為“L211_SCADA_ZIGBEE_V3.31.bin”，本版本L201程序支持485儀表數據采集，增加類似安控PLC采集塊功能，可實現485儀表數據遠傳，在實際使用中可用于采集風光互補控制器的蓄電池電壓等數據。

2.2.3 遠傳裝置設備選型

遠傳裝置采用宏電H7920或H7921模塊，搭配電信專網卡實現L201數據通過網絡接入長慶內部局域網。現場實踐證明H7920和H7921兩種模塊都可以實現數據接入。宏電模塊如下圖所示：

2.2.4 攝像機裝置設備選型

邊遠井場所用攝像機和常規井場不同。不同于常規井場夜晚有大燈照射，具備較高亮度環境，供電電壓無法滿足大功率供電要求，數據傳輸不要求實時視頻傳輸，通訊方式上無法采用光纖傳輸等。根據項目具體要求，選擇尚新航電子出品的SXH485-L1串口攝像頭，產品實物及尺寸如下圖所示。

SXH485-L1系列串口攝像頭是一款具有視頻采集和圖像壓縮功能的攝像機，具有200萬像素CMOS攝像頭，最大分辨率可達到1600×1200，它是一個內含有拍攝控制、捕捉、圖像數據采集、圖像JPEG壓縮、SD卡存儲、串口通信等功能的齊全的工業用圖像采集設備。采用標準的JPEG圖像壓縮算法，本產品的圖像輸出格式與常用計算機完全兼容。同時，本產品帶有紅外照明功能，能夠實現自動照度補償、在黑暗的光線下仍有較好的圖片質量。按照工業級標準設計的，輸入電壓可以支持（6V～12V）直流電源。可在-40～85攝氏度度范圍內正常工作。

3 邊遠井數字化建設調試說明

3.1 上位機軟件選型與調試

上位機組態軟件選型主要從功能，費用，后期維護等角度考慮。功能上主要實現邊遠井數據采集顯示功能，包括功圖采集與顯示，功圖上傳到油氣院平臺，儲油罐液位、動液面數據采集與顯示。費用上考慮由于是測試階段，盡量節約軟件費用，可實現相應功能即可。后期維護角度考慮主要是維護方便，操作簡便。

當前長慶油田所用的上位機軟件主要包括力控和亞控兩種，基于完整的SCADA系統，二者均可以實現服務器到客戶端的數據采集與傳輸模式，它們作為一套成熟的系統，功能強大，造價貴，維護復雜。基于上述考慮選擇過渡階段版的力控組態軟件。

3.2 網絡傳輸解決方案

選用安控井口RTU和主RTU實現工圖采集并轉網口輸出。井口采集使用安控L308模塊，通過無線方式將工圖數據傳輸到L201上，在L201上通過網口連接到宏電H7920或H7921上。

宏電7920模塊和宏電7921模塊的區別在于是否有VPN功能，對本項目來說，如果有專網卡，那么VPN專網功能借助于運營商提供的專網網絡來實現，就可以不用模塊本身再帶有VPN功能了，因此選擇宏電7920模塊還是7921模塊都可以實現要求功能。

3.3 油氣院客戶端安裝

在邊遠井客戶端的D盤可實現ERG文件采集，將采集回來的ERG文件通過油氣院客戶端軟件上傳到油氣院平臺，實現單井產液量的計量。油氣院量油軟件運行畫面如下圖所示：通過油氣院軟件客戶端，將erg功圖文件上傳到廠油氣院平臺，實現油井功圖上線計量產液量，工況分析。

3.4 圖片采集與傳輸

使用485轉232模塊加上串口線，將攝像機和筆記本電腦連接起來。打開攝像頭調試軟件。首先選擇串口號，將其選擇為電腦為USB串口線虛擬的串口。本次調試時電腦給串口線虛擬的串口是COM1口。接著點擊“打開串口”，此時打開串口按鈕變為灰色。接著點擊攝像頭波特率設置里面的查詢按鈕。使用查詢按鈕可以自動查詢到當前串口攝像機的地址和波特率。此時在攝像頭波特率設置里顯示波特率和地址為當前攝像機的參數。與此同時串口參數里的波特率和地址也自動變為當前串口攝像機的地址和波特率。

如果需要更改攝像機的波特率和地址，則在下圖波特率和地址處填寫當前的波特率和地址，然后點擊保存前面的框，在新里面輸入要更改的地址，然后點擊設置即可，更改成功后在下方將有提示“地址更改成功”。

4 結束語

寬帶無線接入技術的應用不僅可以完成數據通信的功能，同時也可以在這個網絡基礎上實現話音通信以及視頻會議或視頻監控，真正滿足油田邊遠生產指揮調度、傳輸勘探開發數據的需求，為油田信息化創造了條件。通過對長慶油田第二采油廠邊遠井站控系統的數字化建設研究，使其更有效應用于井站一體化模式，在該模式下更加高效平穩運行。長慶油田邊遠井站控系統的建設，在推進智能化前端建設中起到了極大的作用。同時，站控系統作為井站數據一體化的重要組成部分，需要進行不斷更新和優化以滿足生產發展實際，更需要持續提升系統性能，使系統更好地服務于氣田生產。

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【通聯編輯：梁書】