無線儀表及無線RTU在冀東數字化油田建設中的應用_無線儀表_無線RTU

無線儀表及無線RTU在冀東數字化油田建設中的應用

2011/2/24 18:37:00

井站自動化系統是油田地面工程自動化系統最底層、范圍最廣、最關鍵的現場級控制系統，主要完成對現場井口、站點的數據采集和控制，以及現場視頻監控功能。包括：抽油機油井、螺桿泵油井、電潛泵油井、注水井，以及計量配水站等。

1.項目介紹

        中國石油冀東油田公司是中國石油天然氣集團公司所屬地區公司，集油氣勘探、開發、研究、生產、銷售為一體的大型石油公司。作業區域跨唐山、秦皇島兩市，登記探礦權面積5797平方千米，有利勘探面積1570平方千米，其中：陸地面積570平方千米，灘海面積1000平方千米。
        自2000年以以來，冀東油田在部分區塊已經建立了井站自動化系統，典型系統如高尚堡作業區，覆蓋了25個計量站、約400口油井。但是原有系統的覆蓋面小，對于整個冀東油田而言，仍有一半以上的井口、站點尚未實現自動化監控；另一方面，隨著電子技術、通信技術的發展，在已有系統中，早期建成的部分系統采用的產品和技術已經逐漸失去了先進性，在使用維護過程中暴露出的一些問題。
       2010年冀東油田的井站自動化系統項目，包括無線油水井監控工程、作業區遠程監控系統完善兩大部分。前者完成對現場的抽油機油井、螺桿泵油井、電潛泵油井、注水井的自動化建設，后者則針對中控室和計量站進行建設。最終要在2010年建立起覆蓋整個油田的、技術先進、質量可靠、便于使用維護的油田數據采集和監控（SCADA）系統，實現數字化油田的建設目標。
        在實時監控方面，實現對油井的遠程示功圖采集、電量采集和中控室遠程啟停控制，以及計量站的自動計量和站內無人值守；在生產管理方面，通過抽油機示功圖對油井工況進行診斷分析，通過電量數據掌握油井耗電情況和采取節能措施，通過功圖計產、計量站量油和含水率分析制定油井管理措施；在生產信息方面，在各個中控室設置數據庫服務器和WEB發布服務器，實現油田生產信息在油田范圍內的信息共享。

1.1無線油水井監控工程

既包括新建區塊（對原來沒有實現自動化的區塊進行自動化建設），也包括老區塊改造（對已有自動化的區進行改造和完善）。其中新建區塊的抽油機井約1000口、螺桿泵井約100口、電潛泵井約150口，此外還包括幾十口注水井；老區塊改造的油水井總數約數百口。這些油水井隸屬于共計160多個計量站，每個計量站的周邊1公里距離內，下轄少則數個、多則20余個井口。

各種井口要實現的功能如下：

1.2作業區遠程監控系統完善

        項目為了完善冀東油田作業區控制系統，涉及到了陸上和南堡兩個采油作業區，要求軟件分別開發，功能和界面保持一致。其中陸上作業區分別在8個采油區建立控制室，實現各自采油區所轄油水井和集輸系統的自動監控，實現無集中的陸上作業區SCADA中控室。
        陸上作業區的第1、2、3采油區3個控制室作為遠端監控終端，網絡和存儲中心設在原柳贊作業區中控室機房，配備數據和發布服務器、交換機等設備；第4、5、6采油區3個控制室作為遠端監控終端，網絡和存儲中心設在原高尚堡作業區中控室機房，配備數據和發布服務器、交換機等設備；第7、8采油區2個控制室作為遠端監控終端，網絡和存儲中心設在原老爺廟作業區中控室機房，配備數據和發布服務器、交換機等設備。
       南堡油田采油作業區涉及陸岸平臺、NP2-3平臺、2號人工島分屬1號島采油隊、NP2-3采油隊和2號島采油隊。1號島采油隊控制室直接進原SCADA中心；NP2-3平臺監控設備與轉油站控制設備設在同一控制室（在建）；在2號島新建采油隊控制室。南堡作業區原SCADA中心作為南堡作業區中控室，可直接操作各采油隊監控設備，進行數據存儲和發布。

總體數據采集走向如下圖:

2.井站自動化系統的總體結構設計和產品選型

        井站自動化系統主要由井口控制終端(RTU)、現場檢測設備、通訊鏈路、計量終端（PLC）、中心控制設備組成的一套（SCADA）數據采集控制系統。如何選用功能完備的RTU和檢測儀表、如何選用可靠的通訊方式進行井口數據通訊以及如何使數據穩定準確及時的傳輸到中控室，都決定了系統的穩定性、實用性和可靠性。
        在2010年的新系統建設和老區塊改造項目中，盡管各種油水井的功能同以前建設的已有系統類似，但是在井站系統的通信系統設計和產品、技術選型方面，卻發生了本質的變化。
        在產品選型方面，選用北京安控科技股份有限公司最新生產的高性能一體化RTU產品和無線儀表，安控產品既保留了其傳統的高性能、高可靠性等特點，同時又全面支持最新的ZigBee無線技術。對于冀東油田已有系統的老RTU，也采用北京安控公司的ZigBee無線通信模塊進行改造，擴充出無線通信接口。
在井站系統通信設計方面，井口儀表與井口RTU之間、井口RTU與計量站數據采集器之間，均采用先進的ZigBee無線技術，具備大容量、低功耗、高可靠性、高安全性的優點，代表了短距離無線通信技術的發展趨勢，并由此帶來施工簡化、調試維護簡單、建設周期短等優點。計量站與上級作業區監控中心之間的數據通信和視頻傳輸，則采用了已有的光纖通信網絡。

2.1井站自動化系統的總體結構

在高標準、高性能、高穩定性的原則指導下，冀東油田井站自動化系統結構如下圖所示，包括數據采集部分、網絡通訊部分和作業區監控中心（中控室）三大部分：

2.2產品選型

在冀東井站自動化系統的建設中，井口相關部分選用了北京安控科技股份有限公司的采集和控制設備。這些設備均支持ZigBee通信技術。ZigBee通信技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術。ZigBee技術是基于IEEE802.15.4物理層、MAC層和數據連接層上制定出的標準，具有高可靠、高性價比、低功耗的網絡應用規格。
北京安控科技股份有限公司（簡稱“安控科技”），是專業從事工業級RTU產品研發、生產、銷售和系統集成業務的高新技術企業，是行業領先的工業級RTU產品供應商和系統集成服務商，擁有完善的遠程控制終端（RTU）產品鏈，擁有完善的油氣田自動化和環保在線監測專用產品。

2.2.1無線電量模塊

抽油機井、電潛泵井的數據采集設備，選用的是北京安控公司的Super32-L308無線電量模塊，可實現對三相電壓、三相電流和對抽油機的啟停控制以及狀態采集。模塊具備6路AI、4路DI、4路DO通道。在通信接口方面，具備1個RS232接口、1個RS485接口，內置了高性能的Zigbee通信芯片，并配套提供2.4G高增益天線。
Super32-L308無線電量模塊采用先進的32位處理器，不僅能完成邏輯運算、定時、計數控制，還能實現數據處理、通訊聯網等功能。與同類RTU相比，具有更大的存儲容量，更強的計算功能，更簡便的編程與開發能力；強大的通訊組網能力和卓越的環境指標特性，能夠適應各種惡劣工況環境。通過無線通訊協議與計量間無線數據采集器進行數據通訊。

2.2.2無線載荷位移傳感器

抽油機井選用了北京安控公司的SZ902N型號無線載荷位移傳感器，可自動測量功圖和自動測量沖次，實現對有桿泵示功圖的采集。示功圖數據以Zigbee無線通信方式，傳輸到井口無線電量模塊和計量站無線數據采集器通信主站。
SZ902N型號無線載荷位移傳感器，設備簡單，只有一個與傳統載荷傳感器相似的終端組成；安裝方便，與傳統的載荷傳感器安裝方法相同，但是免去了有線儀表電纜敷設的施工量，安裝簡化快捷；運行穩定，使用電池供電，可消除外界電網干擾；安全防盜，示功儀與卡鎖一起上下運動，不易被人為破壞；技術先進，可設置多個頻<