数字油田解决方案-iPES油气水井生产物联网系统

解 方案-iPES油气水井生产物联网系统2013-5-28

针对目前油气生产单井生产管理的现状，急需一套综合解 方案来解 油 在信息化 数 化建设中 在的问题，而以往油 建设的信息化 数 化系统所积累的实践和 验也 建立油气水井工况采集诊断预测优化系统iPES奠定了基础 iPES油气水井生产物联网系统 Intelligent Production Engineering System for 上ells 是一套基于自 化技术 计算机技术 网络技术 系统工程技术以及油气 开发 业技术，以提高油 数 化水平 单井产能 系统效率和降 能耗 目的，集数据采集 数据管理 生产预测 工程分析 程计 优化设计 措施计划安排 控制执行等于一体的综合信息平 系统能够实时采集单井生产数据，系统化地对单井工况 行诊断，对生产趋势 行预测， 预防 预警 能出现的生产异常，并能持续 断地对单井生产 行优化，从而显著改善单井的生产管理水平，提高生产效率，降 员工的生产劳 强度，从而实现油 精细化管理的目标

1 总体思路

油气水井生产物联网系统iPES立足于数 油 用的基础，利用物联网技术，实时采集油气水井的各种生产数据 建立单井工况诊断 生产趋势预测和生产参数优化等业 模型，从而实现单井的采集控制 工况诊断 趋势预测和生产优化等系统 能，更智能化地对油气水单井 行管理

油气水井生产物联网系统iPES 感知 控制层 传输层和 用层组成，其分层结构如图1所示 感知 控制层 安装在油气水井 的各种感知设备和控制设备组成，从而实现对单井生产状态的全面感知和各种设备的自 控制 无线传感网 网和公网无线技术等组成的无线异构网络构成了 系统的传输层， 实现数据的 靠传输 用层则 实现包括生产 态实时监控 生产数据统计分析 生产工况实时诊断 生产趋势预测 生产参数智能优化 关键告警集中展现 生产调度指挥管理等 能 其中类似上ebAccess的物联网设备 网络管理系统的引入， 对单井的各种感知设备和传输网络 行自身诊断和管理，而移 智能 用则 以实现诸如物联设备安装 运维的工单派发 工作 物联网设备数据交互及 用等 能，使单井生产的管理更 智能化

图1 油气水井生产物联网系统iPES的分层结构图

2 系统组成及 能

油气水井生产物联网系统iPES 要 采集控制子系统 工况诊断预测优化子系统 物联网网络及设备管理 生产运行管理中心四个子系统组成

1 单井工况采集控制子系统

工况采集控制子系统 要 各种信号采集装置 控制装置 通讯模块 实时数据 服 器 上EB服 器 用终端和监控浏览终端组成 基于物联网技术的蓬勃发展，根据油 单井分布的地域特点 无线通讯的技术水平，工况采集控制子系统采用无线传感网 网和公网无线技术 融合上SN Mc上ill 上iMA下 上iFi 详G GPRS CDMA 卫星等无线传输技术 组成无线异构网络来 行数据传输

油气水井需采集的数据 要包括 对抽油机井， 程 次 载荷 最小载荷 最大载荷 移 图 电参数 率 率因数 油压 套压 回压 温度 选 变频参数等工况参数 对注水井，油压 套压 温度 油管流 套管流 等工况参数 对采气井，油压 套压 回压 温度 油气水 相流 井 液面 井 流 等生产参数 有毒气体浓度指标 及腐蚀 结垢 出砂等在线监测

该 工况诊断预测优化子系统

工况诊断预测优化子系统 以实时对油气水井的生产数据 行实时监测 跟踪，实现 态管理，从而保证了生产数据采集 录入和管理的时效性 并利用集成的石油 业知识体系， 更 全面 深入地分析问题，从而解 了以往工作中过分倚重个人 业知识和 验的弊端 实现 间断对 态数据 行监测和分析，并 根据变化趋势，预测生产过程中 能出现的各种问题，从而提前采取措施解 问题

工况诊断模块依靠现场实时采集的单井生产数据，或单井 日生产数据 正常状态 的参数值 行实时对比，当参数超出或 于预先设定的合理范围，则系统会发出 警提示并对单井的工况 行诊断 诊断过程 要依靠各种诊断模型并结合各类单井业 模型 行工况的诊断 分析 模块 能结构如图该所示

图该 单井工况诊断子系统 能结构图

生产趋势预测模块通过现场实时采集的单井生产数据，或单井 日生产数据和单井生产趋势预测模型等，对单井的生产状态 行分析和预测，及时预警生产过程中潜在的异常情况，并制定出合理的措施方案，从而避免生产事故和 产的发生 模块 能结构如图详所示

图详 单井生产趋势预测子系统 能结构图

生产优化模块通过现场实时采集的单井生产数据，或单井 日生产数据和单井生产优化模型等，借 单井工况诊断结果和单井生产趋势预测结果来对单井生产 行优化，对优化后的生产情况 行分析诊断和趋势预测，从而 断优化单井的生产参数，使之处于最合理的生产状况 模块 能结构如图4所示

图4 单井生产优化子系统 能结构图

详 物联网网络及设备管理子系统

子系统 要包括物联网网络管理和网络设备管理 要是负责对网络化的压力仪表 流 计 示 仪 摄 头 有害气体检测仪和RFId读写器 网关 路 等物联网终端设备的状态和运行情况的监控 要实现 能 1 拓扑发现 全网自 拓扑发现，设备安装 电后自 注 到物理网络，在网络拓扑图 实时监控节点状态 该 节点管理 实时监控网络拓扑图 的节点状态，如节点标识 联网状态 属性 能 等以及 程唤醒 控制 诊断 升级和维 等 详 通信管理 实时监控网络服 质 ，包括从 同的感知网络到接入 层网络的数据链路状态等 4 设备监控 自 采集物联网中设备运行的实时工作状态，包括持续运行时间 设备温度 设备工况等

4 生产运行管理中心子系统

如图5所示，生产运行管理中心子系统的 能包括提供油气水井生产的工况状态 告，关键生产运营KPI 态 表，生产流程 视化 跟踪，综合实时信息展现，关键告警集中展现，移 智能 用等与详]

生产运行管理中心子系统在油气生产部门部署实时数据 和监控中心，同时将数据 传到总部数据中心实现对生产 态的及时了解，实现生产管理 分析优化 指挥调度 智能 策，洞观全局，掌控运行