為配合油田自動化建設．實現油田生產信息數據自動采集與遠程監控功能．對油田現有生產設備、現場儀表進行改造，設計一套采用嵌入式采集系統、GPRS無線傳輸技術及B／S設計架構。自動加載數據到公司信息中心實時數據庫．為各級管理部門提供開放的數據平臺．集油田自動采集監控及數據傳輸為一體的油田信息自動采集系統。該系統可以大大提升生產系統自動化管理水平．提高油田采收率、降低操作人員勞動強度、降低運行成本、保證人身安全、從而提高油田核心競爭力。
1 油田工藝及系統組成
油田信息自動采集是油田生產過程中的關鍵環節。油田開采屬野外作業，流動性強，點多、分散、距離長．施工現場與公司之間的信息交流長期以來沒有很好的解決方案。油田采油生產過程中原先采用人工的方式對數據進行采集．由于各采油井分布距離較遠．隨著所開井數的增加。現有的人員越來越無法勝任該項工作。特別是計量大多采用分離式測量，數據滯后且流程復雜，難以實現連續計量，無法優化生產參數，采收率低，造成能源浪費。
針對現有技術存在的缺點．本文提出一種油井信息自動采集、遠程無線傳輸系統。該系統無需現場繁瑣的電纜布線．可對現場參數實時采集與遠傳．具有實時性強、可靠性高、結構小巧等特點。實現了井口傳感器、加壓注水站、計量站現場儀表信息采集．經無線網絡傳輸到公司信息中心實時數據庫．為各級管理部門提供集中監控平臺，構成了網絡化的遠程數據自動采集監控系統．如圖l所示。在系統底層硬件設計中．采用一種基于通用分組無線業務GPRS無線上網技術的自動數據采集方案．支持B／s結構．保證系統具有很好的可擴展性。
圖1 系統應用整體架構圖
Fig．1 Frame diagram of system application
2 系統構成及各部分功能
油田信息自動采集系統設計由5個部分組成：1)井口測量數據采集；2)計量站信息采集；3)加壓注水站信息采集；4)無線數據遠傳系統；5)數據采集監控中心。各部分的設計介紹如下：
2.1 井口測量數據采集
井口數據采集子系統對各采油井設備的電壓、電流、電度、溫度、壓力、流量、液位、界面、含水、示功圖、紅外報警等數據進行采集，對流量、電量進行累積積算．并將數據進行遠傳。在每口井的采油磕頭機旁安裝l臺數據采集設備(RTU)對各參數進行采集。RTU采用基于Cortex—M3內核的嵌入式微控制器進行設計。Cortex—M3是ARM公司基于ARMv7架構的最新ARM嵌入式內核．它采用執行Thumb一2指令的32位哈佛微體系結構和系統外設．使用分離指令和數據總線。具有更小的基礎內核、價格更低、速度更快等優點．這里采用美國TI公司生產的LM3S1626作為RTU的MCU進行總體設計．其芯片內置雙通訊口，可使RTU具有更好的性能。
每臺DTU的RS485通訊口與GPRS DTU模塊相連．通過DTU數傳模塊將采集數據發送到GPRS網絡。
2.2 計量站信息采集
油氣水三相流體是石油開采中常見的流體流動工況．近年來隨著石油工業的迅猛發展。油田開發中大量注水生產．油井開采中油水氣三相流多介質的分別測量也越發重要．各計量站要求實現多口井油、氣、水含量的實時檢測及計量，并將數據進行遠傳，為注水作業提供數據依據。
采用基于ARM7內核的32位CPU設計XF一2005油水氣三相流量計．采用高效分離裝置、氣液平衡可調節三通閥及動靜態結合法測油含水裝置．解決了大氣量油井的氣液分離及油含水測量．使得氣液測量精度可達±2％。油含水精度達±(5—10)％。流量測量范圍寬，液量可達1：100，氣量可達1：20，重線性好。無論是低產、高產、間歇出油，一臺測量裝置不更換任何部件均可滿足測量。本裝置無需調試．結構簡單．體積小．無維護量，適合于油田單井、計量站(多口井)，可控制多通道選井閥．并與其組成撬裝測量裝置，適用于油井三相流體介質(油、水、天然氣)的實時分別計量，可以取代傳統的測試分離器和計量站。
每個計量站安裝一套XF一2005油水氣三相流量計．對多口井(最多不超過16口井)的油、水、氣三相流體進行輪巡測量．測量數據通過GPRS傳輸。同時儀表上配備320x240點陣的彩色LCD。可切換顯示各參數的歷史記錄曲線、操作記錄、工況參數等信息。通過設定的各井輪巡測量時間，自動控制多通道閥進行換井．可實現計量站無人值守作業。
2.3 加壓注水站信息采集
注水可以使油田能量得到補充，保持油層壓力。達到油田產油穩定．提高油田最終采收率的目。每個注水站對多13油井進行注水作業，為合理地安排每口井的注水生產量．提高油品采收率，要求實現對每口井的注水壓力、溫度、注水流量信息的采集。
采用8052單片機加AD7705快速采樣芯片進行嵌入式數據采集設備的設計．每臺設備對最多達8口油井的注水壓力、溫度、流量進行采集。并對流量進行累積積算。通過RS485與DTU模塊通訊．進行數據遠傳。
2.4 無線數據遠傳系統
本系統主要利用GPRS的分組無線業務．通過無線網絡連接到現場的儀表測量裝置上進行數據采集。GPRS把分組交換技術引入現有無線網絡系統，為移動用戶和數據網絡之間提供通信。
GPRS數據采集模塊DTU是系統硬件的主要部分．通過RS485接口與RTU進行連接．實現數據的無線傳輸。GPRS DTU終端選用廈門四信生產的F2103 GPRS IP MODEM．該模塊通過內置的嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝后發送到GPRS無線網絡．
采集信號經DTU傳送到GPRS無線網絡．再與J2EE技術相結合后，由J2EE(Jaya 2 platform．en—tERPrise edition)平臺自動加載到公司信息中心實時數據庫。為各級管理部門提供集中監控平臺．構成了網絡化的遠程數據自動采集系統。在系統底層硬件設計中。采用一種基于通用分組無線業務GPRS無線上網技術的自動數據采集方案。在上層軟件設計中．采用美國Sun公司推出的J2EE平臺。系統采用了Java技術。J2EE架構開發的先進的自主群件平臺。Java技術由于其跨平臺特性。面向對象特性，安全特性等使之已經成為構建各類應用的標準。J2EE把數據庫訪問、Java組件和WEB技術等有機地集成在一起．使之特別適合于構建復雜的大中型應用，更好支持B／S結構，保證系統具有很好的可擴展性。如圖2所示。
圖2 GPRS無線傳輸及B／S架構圖
Fig．2 GPRS radio transmission and B／S design
architecture
應新疆克拉瑪依采油廠的要求．采用TD—SCDMA代替GPRS實現無線數據傳輸，采用信威通信生產的U229數據采集模塊代替GPRS DTU．通過3G網絡將各計量站采集數據傳送到廠級服務器．實現與廠級ORACLE數據庫管理系統的數據對接。
2.5 數據采集監控中心子系統的設計
數據采集監控中心的軟件設計采用B／S(brows．er／server)架構，即瀏覽器和服務器結構。它是隨著Intemet技術的興起．對C／S結構的一種變化和改進的結構。在這種結構下，用戶的工作界面是通過In．temet瀏覽器來實現．極少部分事務邏輯在前端(Browser)實現，但是主要事務邏輯在服務器端(Server)實現，形成所謂三層3一tier結構。將系統整體分為“客戶層”(用戶界面)，“應用層”(商用邏輯)。“數據層”(數據庫)3層。這樣就大大簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統維護與升級的成本和工作量．降低了用戶的總體成本(TCO)。目前，軟件系統的改進和升級越來越頻繁．B／s架構的產品明顯體現著更為方便的特性。今后，軟件升級和維護會越來越容易，而使用起來會越來越簡單，這對用戶人力、物力、時間、費用的節省是顯而易見。該子系統的設計包括以下幾個部分：
(1)通信服務器：它打開服務器的某一端口。監聽并接受所有GPRS終端向該端口發送的UDP數據包，然后將數據包解析成相應參數的數據．寫進數據庫服務器中。
(2)數據庫服務器：通信服務器從GPRS終端獲得的數據都存儲在數據庫服務器上．同時數據庫服務器還自動對數據進行備份。
(3)Web服務器：它連接著數據庫服務器和客戶端．向客戶端提供Web服務。
(4)客戶端：它采用瘦客戶端。只需要一個Internet瀏覽器即可。客戶端的任務就是向Web服務器發出http請求．然后將Web服務器返回的ht—IIll格式文件顯示給用戶。
該系統集數據采集、數據維護、查詢統計、報表輸出及日志管理、系統參數維護、數據發布及共享等功能于一身，實施簡捷、方便、迅速，系統軟件的數據處理結果被存人數據庫中，數據每1rain記錄一次，每日8點出具原油交接計量憑證及日報表。各采集點使用GPRS數據傳輸終端．通過移動GPRS網絡與數據采集監控中心相連。
圖3為運行在某采油廠的監控終端數據查詢的界面。
圖3客戶瀏覽囂畫面
Fig 3 Reference to the ctient browser screen
3 結語
針對大港油田、長慶油田、新疆克拉瑪依等油田開采數據采集的需要．建立油田相關生產數據采集、遠傳、監控管理的平臺，設計自動化信息采集系統。通過GPRS網絡傳送采集數據到油田信息中心實時數據庫服務器．并以B／S設計架構．使生產管理的各個部門能夠及時掌握油田工作狀態．縮短油田故障處理時問．合理利用資源、提高開井時率．增加油產趕．提高工作效率。油田數據采集系統的投用為油田生產提高了效率、確保了生產的安全、精簡了組織機構．使油田生產自動化水平得到一個新的提高。系統的性價比高．取得了較好的經濟效益和社會效益．綜合效益明顯提高。經調研全國幾十個油田、幾十萬1：3油井．目前實現油田信息自動采集系統的數量較少．所以本項技術的實現具有很高的推廣價值。
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本文標題：油田信息自動采集系統的設計與實現
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