油田信息自动采集系统的设计与实现

ｍｅｎｔ
Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８５，Ｃｈｉｎａ）
ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ＧＰＲＳ，ＴＤ－ＳＣＤＭＡ ｒａｄｉｏ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｉｎｇ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｌｏａｄ ｄａｔａ
ｏｎ ｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｅｍｂｅｄｄｅｄ
ｗｅ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ａｎｄ Ｂ／Ｓ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ， ｆｉｅｌｄ
ｄｅｖｅｌｏｐ
ａ
ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｄａｔａ
ｔｏ
ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ，ａｎｄ ｃｏｌｌｅｃｔ ｄａｔａ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ｂｙ
ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．Ｕｓｉｎｇ ｒａｄｉｏ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｆｏｒ
Ｆ２１０３ ＧＰＲＳ ＩＰ
通过３Ｇ网络将各计量站采集数据传送到厂级服 务器．实现与厂级ＯＲＡＣＬＥ数据库管理系统的数 据对接。 ２．５数据采集监控中心子系统的设计 数据采集监控中心的软件设计采用Ｂ／Ｓ（ｂｒｏｗｓ． ｅｒ／ｓｅｒｖｅｒ）架构，即浏览器和服务器结构。它是随着 Ｉｎｔｅｍｅｔ技术的兴起．对Ｃ／Ｓ结构的一种变化和改进 的结构。在这种结构下，用户的工作界面是通过Ｉｎ． ｔｅｍｅｔ浏览器来实现．极少部分事务逻辑在前端 （Ｂｒｏｗｓｅｒ）实现，但是主要事务逻辑在服务器端 （Ｓｅｒｖｅｒ）实现，形成所谓三层３一ｔｉｅｒ结构。将系统整 体分为“客户层”（用户界面），“应用层”（商用逻辑）。 “数据层”（数据库）３层。这样就大大简化了客户端 电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量． 降低了用户的总体成本（ＴＣＯ）。目前，软件系统的改 进和升级越来越频繁．Ｂ／ｓ架构的产品明显体现着 更为方便的特性。今后，软件升级和维护会越来越 容易，而使用起来会越来越简单，这对用户人力、物 力、时间、费用的节省是显而易见。该子系统的设计 包括以下几个部分： （１）通信服务器：它打开服务器的某一端口。监 听并接受所有ＧＰＲＳ终端向该端口发送的ＵＤＰ数 据包，然后将数据包解析成相应参数的数据．写进数 据库服务器中。 （２）数据库服务器：通信服务器从ＧＰＲＳ终端获 得的数据都存储在数据库服务器上．同时数据库服 务器还自动对数据进行备份。 （３）Ｗｅｂ服务器：它连接着数据库服务器和客 户端．向客户端提供Ｗｅｂ服务。 （４）客户端：它采用瘦客户端。只需要一个Ｉｎｔｅｒ－ ｎｅｔ浏览器即可。客户端的任务就是向Ｗｅｂ服务器 发出ｈｔｔｐ请求．然后将Ｗｅｂ服务器返回的ｈｔ—ＩＩｌｌ格 式文件显示给用户。 该系统集数据采集、数据维护、查询统计、报表 输出及日志管理、系统参数维护、数据发布及共享等
图１ Ｆｉｇ．１
系统应用整体架构图
Ｆｒａｍｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
２
系统构成及各部分功能
油田信息自动采集系统设计由５个部分组成：
体介质（油、水、天然气）的实时分别计量，可以取代 传统的测试分离器和计量站。 每个计量站安装一套ＸＦ一２００５油水气三相流 量计．对多口井（最多不超过１６口井）的油、水、气三 相流体进行轮巡测量．测量数据通过ＧＰＲＳ传输。同 时仪表上配备３２０ｘ２４０点阵的彩色ＬＣＤ。可切换显 示各参数的历史记录曲线、操作记录、工况参数等信 息。通过设定的各井轮巡测量时间，自动控制多通 道阀进行换井．可实现计量站无人值守作业。 ２．３加压注水站信息采集 注水可以使油田能量得到补充，保持油层压 力。达到油田产油稳定．提高油田最终采收率的 目。每个注水站对多１３油井进行注水作业，为合理 地安排每口井的注水生产量．提高油品采收率，要 求实现对每口井的注水压力、温度、注水流量信息 的采集。 采用８０５２单片机加ＡＤ７７０５快速采样芯片进
ＭＯＤＥＭ．该模块通过内置的嵌入
式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到
Ｇ豫Ｓ无线网络．
采集信号经ＤＴＵ传送到ＧＰＲＳ无线网络．再与 Ｊ２ＥＥ技术相结合后，由Ｊ２ＥＥ（Ｊａｙａ
ｔｅｒｐｒｉｓｅ ２
ｐｌａｔｆｏｒｍ．ｅｎ—
ｅｄｉｔｉｏｎ）平台自动加载到公司信息中心实时
数据库。为各级管理部门提供集中监控平台．构成 了网络化的远程数据自动采集系统。在系统底层硬 件设计中。采用一种基于通用分组无线业务ＧＰＲＳ 无线上网技术的自动数据采集方案。在上层软件设 计中．采用美国Ｓｕｎ公司推出的Ｊ２ＥＥ平台。系统采 用了Ｊａｖａ技术。Ｊ２ＥＥ架构开发的先进的自主群件 平台。Ｊａｖａ技术由于其跨平台特性。面向对象特性， 安全特性等使之已经成为构建各类应用的标准。 Ｊ２ＥＥ把数据库访问、Ｊａｖａ组件和ＷＥＢ技术等有机 地集成在一起．使之特别适合于构建复杂的大中型 应用，更好支持Ｂ／Ｓ结构，保证系统具有很好的可扩 展性。如图２所示。
１）井口测量数据采集；２）计量站信息采集；３）加压 注水站信息采集；４）无线数据远传系统；５）数据采 集监控中心。各部分的设计介绍如下：
２．１ 井口测量数据采集
井口数据采集子系统对各采油井设备的电压、 电流、电度、温度、压力、流量、液位、界面、含水、示 功图、红外报警等数据进行采集，对流量、电量进行 累积积算．并将数据进行远传。 在每口井的采油磕头机旁安装ｌ台数据采集 设备（ＲＴＵ）对各参数进行采集。ＲＴＵ采用基于 Ｃｏｒｔｅｘ—Ｍ３内核的嵌入式微控制器进行设计。Ｃｏｒ－ ｔｅｘ—Ｍ３是ＡＲＭ公司基于ＡＲＭｖ７架构的最新ＡＲＭ 嵌入式内核．它采用执行Ｔｈｕｍｂ一２指令的３２位哈 佛微体系结构和系统外设．使用分离指令和数据总 线。具有更小的基础内核、价格更低、速度更快等优
口
万方数据
ｐ邓ｗ—？掣意麓嘲
行嵌入式数据采集设备的设计．每台设备对最多达 ８口油井的注水压力、温度、流量进行采集。并对流 量进行累积积算。通过ＲＳ４８５与ＤＴＵ模块通讯．进 行数据远传。 ２．４无线数据远传系统 本系统主要利用ＧＰＲＳ的分组无线业务．通过 无线网络连接到现场的仪表测量装置上进行数据 采集。ＧＰＲＳ把分组交换技术引入现有无线网络系 统，为移动用户和数据网络之间提供通信。 ＧＰＲＳｔ２１数据采集模块ＤＴＵ是系统硬件的主要 部分．通过ＲＳ４８５接口与ＲＴＵ进行连接．实现数据 的无线传输。ＧＰＲＳ ＤＴＵ终端选用厦门四信生产的
ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ
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ｃａｌｌ
ｐｒｏｖｉｄｅ
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ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｓ，ｗｈｉｃｈ ｍａｋｅｓ ｗｏｒｋｅｒｓ ａｎｄ ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｏｒｓ ｍａｓｔｅｒ
ｔｏ
Байду номын сангаас
ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ
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ｔｉｍｅｌｙ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｐｅｒａｔｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ，ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｅｖｉｄｅｎｃｅ ｆｏｒ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｃｏｓｔ，ａｎｄ ｌａｙｓ ａｕｔｏｍａｔｉｃ
可使ＲＴＵ具有更好的性能。
每台ＤｒＩ＇Ｕ的ＲＳ４８５通讯口与ＧＰＲＳ ＤＴＵ模块 相连．通过ＤＴＵ数传模块将采集数据发送到ＧＰＲＳ 网络。 ２．２计量站信息采集 油气水三相流体是石油开采中常见的流体流动 工况．近年来随着石油工业的迅猛发展。油田开发中 大量注水生产．油井开采中油水气三相流多介质的 分别测量也越发重要．各计量站要求实现多口井油、 气、水含量的实时检测及计量，并将数据进行远传， 为注水作业提供数据依据。 采用基于ＡＲＭ７内核的３２位ＣＰＵ设计 ＸＦ一２００５油水气三相流量计．采用高效分离 装置、气液平衡可调节三通阀及动静态结合 法测油含水装置．解决了大气量油井的气液 分离及油含水测量．使得气液测量精度可达± ２％。油含水精度达－，－（５—１０）％。流量测量范围 宽，液量可达１：１００，气量可达１：２０，重线性 好。无论是低产、高产、间歇出油，一台测量装 置不更换任何部件均可满足测量。本装置无 需调试．结构简单．体积小．无维护量，适合于 油田单井、计量站（多口井），可控制多通道选 井阀．并与其组成撬装测量装置，适用于油井三相流
作者简介：李虢（１９５６一），男，高级实验师，高级技师，高级考评员，研究方向为仪表自动化系统设计与安装。
自动化与仪表２０１１。（６）
团
万方数据
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优化生产参数，采收率低，造成能源浪费。 针对现有技术存在的缺点．本文提出一种油井 信息自动采集、远程无线传输系统。该系统无需现 场繁琐的电缆布线．可对现场参数实时采集与远 传．具有实时性强、可靠性高、结构小巧等特点。实 现了井口传感器、加压注水站、计量站现场仪表信 息采集．经无线网络传输到公司信息中心实时数据 库．为各级管理部门提供集中监控平台，构成了网 络化的远程数据自动采集监控系统．如图ｌ所示。 在系统底层硬件设计中．采用一种基于通用分组无 线业务ＧＰＲＳ无线上网技术的自动数据采集方案． 支持Ｂ／ｓ结构．保证系统具有很好的可扩展性。 点．这里采用美国ＴＩ公司生产的ＬＭ３Ｓ１６２６作为 ＲＴＵ的ＭＣＵ进行总体设计．其芯片内置双通讯口，
ａｎｄ Ｈｕａｂｅｉ ｏｉｌ ｆｉｅｌｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｉｌ ｆｉｅｌｄ；ｇｅｎｅｒａｌ ｐａｃｋｅｔ ｒａｔｉｏ
ｓｅｒｖｉｃｅ（ＧＰＲＳ）；ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ；ｒａｄｉｏ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ
为配合油田自动化建设．实现油田生产信息数 据自动采集与远程监控功能．对油田现有生产设 备、现场仪表进行改造，设计一套采用嵌入式［３］采集 系统、ＧＰＲＳ无线传输技术及Ｂ／Ｓ设计架构。自动加 载数据到公司信息中心实时数据库．为各级管理部 门提供开放的数据平台．集油田自动采集监控及数 据传输为一体的油田信息自动采集系统。该系统可 以大大提升生产系统自动化管理水平．提高油田采 收率、降低操作人员劳动强度、降低运行成本、保证 人身安全、从而提高油田核心竞争力。
中图分类号：ＴＰ３９１ 文献标志码：Ｂ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
ＬＩ Ｓｈｅｎｌ，ＪＩＡＮＧ
Ｘｉｕ—ｙｉｎｇＩ，ＺＨＡＮＧ Ｓｈａｈ—ｍｉｎ９２
（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｂｏｈａｉ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４０２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｃｈａｎｇｈｕｉ Ｉｎｓｔｒｕ－
文章编号：１００１．９９４４（２０１ ００６．００５７—０４
４…、：一制意嘲烟
油田信息自动采集系统的设计与实现
李 耽１，姜秀英１，张善明２
（１．天津渤海职＿ｑｋ技术学院电气系，天津３００４０２；２．天津昌晖自动化系统有限公司，天津３００３８５）
摘要：以嵌入式系统及ＧＰＲＳ、ＴＤ—ＳＣＤＭＡ，Ｌ线传输技术及Ｂ／Ｓ设计架构技术为基础．研制开 发了油田开采信息自动采集系统。通过嵌入式系统实现数据实时检测．通过无线传输网络自 动加栽数据到公司信息中心实时数据库．为各级管理部门提供开放的数据平台，使生产和管 理人员及时了解和控制生产动态，达到提高生产过程自动化、实现节能降耗、减员增效的功 能和目的。为降低生产成本提供重要依据，为油田实现自动化监控奠定基础。本系统已在大 港、新疆、长庆等油田成功应用。 关键词：油田；ＧＰＲＳ；嵌入式；无线传输；数据采集
收稿日期：２０１１－０４—１２；修订日期：２０１１－０５—０９
１
油田工艺及系统组成
油田信息自动采集是油田生产过程中的关键环
节。油田开采属野外作业，流动性强，点多、分散、距 离长．施工现场与公司之间的信息交流长期以来没 有很好的解决方案。油田采油生产过程中［・ｊ原先采 用人工的方式对数据进行采集．由于各采油井分布 距离较远．随着所开井数的增加。现有的人员越来越 无法胜任该项工作。特别是计量大多采用分离式测 量，数据滞后且流程复杂，难以实现连续计量，无法
ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ
ａｓ
ｏｆ
ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．Ｔｈｉｓ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｒａｔｉｏ ｉｎ
ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｔｏ
ｐｒｉｃｅ，ａｎｄ
ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ａｓ
ｓｏｏｎ
ｐｏｓｓｉｂｌｅ．
Ｔｈｉｓ
ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ
ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ
Ｄａｇａｎｇ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ