1.系統(tǒng)設計說明
油田自動化信息系統(tǒng)建設主要包括油井遠程監(jiān)控、配電線路自動化系統(tǒng)、輸油管線泄露監(jiān)測、集輸站庫自動化監(jiān)控等四個部分，其目的是利用現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)源頭自動采集，借助油田現(xiàn)有網(wǎng)絡資源自動加載到廠級實時數(shù)據(jù)庫，為各級管理部門應用提供開放的數(shù)據(jù)平臺，使生產(chǎn)和管理人員及時控制和掌握生產(chǎn)動態(tài)，從而實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的自動化；并可以對取得的實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、優(yōu)化，從而為保證生產(chǎn)設備正常運轉(zhuǎn)、降低生產(chǎn)成本提供重要依據(jù)。下面我們就油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行論述。
1.1.現(xiàn)狀綜述
全國各地各采油廠已不同程度地進行了油井監(jiān)控的試點工作，目前參與的廠商數(shù)量比較多，水平參差不齊，各個廠家都是在做試點工作，也有個別廠家開始規(guī)模推廣。也暴露出很多的問題，主要表現(xiàn)在油井現(xiàn)場設備可靠性差，可維護性差，不能承受油井現(xiàn)場惡劣的工作環(huán)境（包括高溫、低溫、潮濕和沙塵）。數(shù)據(jù)開放性不夠，往往是各個廠家互不兼容，軟件數(shù)據(jù)不能共享，呈現(xiàn)一個個的自動化孤島。
全國十幾萬口油井，已經(jīng)采用油井監(jiān)控的油井不會超過一萬口，不足總數(shù)的10％。
1.2.設計思想
目的：
油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過對井口參數(shù)的實時檢測，采用輪詢-應答的通信方式，將檢測到的油井狀態(tài)，通過無線方式傳送給采油廠實時數(shù)據(jù)庫服務器，并以C／S或Ｂ／Ｓ模式，使生產(chǎn)管理的各個部門能夠及時掌握油井工作狀態(tài)，縮短油井故障處理時間，提高開井時率，增加原油產(chǎn)量，提高工作效率。另外，油井井口的控制器具有電量計算功能，可以為6kV 電力線路配電自動化系統(tǒng)提供基礎計算數(shù)據(jù)。
原則：
自動化工程必須按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫”的原則建設，系統(tǒng)方案必須整體考慮網(wǎng)絡通訊、系統(tǒng)安全等問題，保證實時數(shù)據(jù)庫標準開放，使整個系統(tǒng)具有極高的可靠性與實用性。
系統(tǒng)設計遵循“實用性、可靠性、先進性、易維護”的基本原則，以方便操作、可靠運行為實施根本；方案設計既立足于實際，便于實施，又著眼于未來，為發(fā)展留有余地。技術方案普遍采用近幾年發(fā)展和改進的新技術、新設備、新系統(tǒng)，其所有硬件和軟件均應經(jīng)過生產(chǎn)現(xiàn)場考驗，經(jīng)驗證具有先進性和可靠性。
整個油田自動化系統(tǒng)在局域網(wǎng)上根據(jù)地域特點在每個采油廠設一個實時數(shù)據(jù)傳控中心（包括通訊處理機、實時數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器），用于集中管理和存放各采油廠所轄區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)井、6KV 配電線路、聯(lián)合站、輸油管線的現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，做到實時數(shù)據(jù)庫開放的原則。
整個系統(tǒng)構成如下：
方案說明：
井口控制器采集油井示功圖、電量、回壓、溫度等參數(shù)，經(jīng)CDMA/GPRS 網(wǎng)或者數(shù)傳電臺，以CDMA/GPRS 專線方式或者數(shù)傳電臺接口(RS232) 接入采油廠通訊機、實時數(shù)據(jù)庫服務器，廠礦小隊的計算機可以用瀏覽器或客戶端方式對實時數(shù)據(jù)庫進行訪問。井口控制器改變以往只采電壓、電流有效值地模式，而是實時采集計算電機電量參數(shù)，可為配電線路自動化系統(tǒng)提供所需的數(shù)據(jù)。
6kV 配電線路遠方終端、采油廠通訊機、實時數(shù)據(jù)庫、配電SCADA 應用服務器、工作站等，利用CDMA/GPRS 網(wǎng)，組成配電線路自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)對配電線路運行狀況的實時監(jiān)控和管理。
集輸站庫自動化系統(tǒng)與輸油管線泄漏檢測系統(tǒng)均是相對獨立的一個系統(tǒng)，經(jīng)局域網(wǎng)將系統(tǒng)采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳采油廠實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)網(wǎng)上數(shù)據(jù)共享。
通過B/S 模式，可以使管理者瀏覽和查詢?nèi)珡S實時數(shù)據(jù)，及時了解現(xiàn)場生產(chǎn)情況。也可以通過C/S 模式對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析。
為了保證系統(tǒng)的時鐘一致性，系統(tǒng)配備專用的GPS 時鐘，用于同步全網(wǎng)的系統(tǒng)時鐘，包括定時與各FTU、SU 遠方對時。
系統(tǒng)中通訊機、實時數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器等重要節(jié)點采用雙機熱備用配置，保持主機和備機之間數(shù)據(jù)的一致性，使主、備機可以在故障時可以隨時切換運行。
數(shù)據(jù)中心采用雙網(wǎng)冗余配置，且與油田局域網(wǎng)隔離，當主網(wǎng)出現(xiàn)故障，備網(wǎng)可隨時切換為主網(wǎng)運行。
網(wǎng)絡安全性設計，采用防火墻、數(shù)據(jù)加密、網(wǎng)絡隔離、用戶權限管理等技術和手段保證網(wǎng)絡和信息的安全。用戶權限管理工作包括系統(tǒng)用戶資料庫管理、用戶注冊、用戶級別設置、用戶權限設置等主要內(nèi)容。
目前全油田網(wǎng)絡范圍內(nèi)已建立起了病毒防治體系，因此本系統(tǒng)病毒防治依照油田統(tǒng)一規(guī)范執(zhí)行。
1.3.油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)
根據(jù)油井分布的地域特點與無線通訊技術發(fā)展的水平，油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)考慮用CDMA/GPRS 或者數(shù)傳電臺通訊模式，系統(tǒng)主要由傳感器、井口控制器SU、CDMA/GPRS （數(shù)傳電臺）通訊模塊DTU、采油廠通訊機、實時數(shù)據(jù)庫服務器、WEB 服務器、監(jiān)控瀏覽終端等組成。系統(tǒng)框圖如上面總圖所示。
油井工作狀態(tài)傳感器主要有溫度傳感器，壓力傳感器，電機電流、電壓傳感器抽油機載荷、位移傳感器、變壓器一次側(cè)電流傳感器，它們將油井的工作狀態(tài)變換成對應的電壓或電流值送至井口控制器SU。然后經(jīng)CDMA/GPRS 網(wǎng)或數(shù)傳電臺，接入采油廠通訊機，數(shù)據(jù)通訊機采用輪詢方式收集井口控制器數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過分析經(jīng)處理后，進采油廠實時數(shù)據(jù)庫。廠礦小隊的計算機可根據(jù)不同的權限，采用C/S 或B/S模式對實時數(shù)據(jù)庫進行訪問。
1.3.1.系統(tǒng)實現(xiàn)的功能
電泵井 SU 主要進行電壓、電流、油井回壓、井口溫度等參數(shù)的測量。抽油機井SU 主要進行示功圖、電壓、電流、油井回壓、井口溫度等參數(shù)的測量，且保留油井遙控啟停功能。
井口控制器具有電機有功功率、無功功率、功率因數(shù)、日用電量等參數(shù)的計算功能。
對電潛泵井停機、電壓過壓、欠壓、電流過流、欠載、井口回壓過高、過低等異常情況檢測報警；對抽油機井停機、電壓過壓、欠壓、電流過流、欠載、井口回壓過高、過低、載荷過低等異常情況檢測報警。線路來電瞬間，也作為異常情況報警。
采油隊監(jiān)控機按照管理權限僅能查詢本隊油井的工作狀態(tài)、實時收據(jù)、及相關通信模塊工作狀態(tài)、配電線路工作狀態(tài)。
抽油機井示功圖、電流圖（或功率圖），除定時采集保存外，采油隊可根據(jù)生產(chǎn)情況，手動選擇油井井號，實時索要示功圖、電流圖（或功率圖）。
當電潛泵井出現(xiàn)過載停機故障時，將停機前一分鐘內(nèi)三相電流（Ia、Ib、Ic）與線電壓(如Uab)的數(shù)據(jù)上傳數(shù)據(jù)庫，為電泵故障診斷提供分析數(shù)據(jù)。
采油隊監(jiān)控機具有靜態(tài)數(shù)據(jù)瀏覽和編輯等功能：包括抽油機型號、配置電機型號、油井井號、沖程、線路名稱、量程上、下限、報警上、下限、油井井況等方面的數(shù)據(jù)，并能夠添加新開油井、刪除停產(chǎn)油井、修改作業(yè)井的基本數(shù)據(jù)。
系統(tǒng)具有示功圖、電流圖（或功率圖）、電流、電壓等參數(shù)的實時趨勢、歷史趨勢監(jiān)視功能，可方便地了解長時間的參數(shù)變化情況，方便快速分析。
系統(tǒng)應將地理概念引入圖形系統(tǒng)，使圖形能反映地理信息，可以非常直觀形象反映整個油區(qū)的工作狀況。
采油廠、礦與相關科室能夠通過瀏覽器查詢廠、礦、隊油井的工作狀態(tài)與實時數(shù)據(jù)，當天停井情況、開機時率統(tǒng)計，以及歷史數(shù)據(jù)與歷史記錄。
1.3.2.需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)
抽油機井需上傳數(shù)據(jù)主要有：載荷（最大與最小值）、回壓、井口溫度、電流(Ia、Ib、Ic) （最大與最小值）、電壓(Ua、Ub、Uc)有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、上下沖程最大電流值、上下沖程功率、平衡率、日用電量、累計電量、沖次、系統(tǒng)狀態(tài)、采集時間等數(shù)據(jù)。示功圖、電流圖（或功率圖）需要一個沖次內(nèi)載荷、電流（或功率）的所有采集量，每個圖約需要200 個數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)總量約為430 個數(shù)據(jù)，其中基本數(shù)據(jù)量為30 個數(shù)據(jù)。
電潛泵井需上傳數(shù)據(jù)主要有：回壓、井口溫度、電流(Ia、Ib、Ic)、電壓(Ua、Ub、Uc)、變有功功率、無功功率、功率因數(shù)、日用電量、累計電量、系統(tǒng)狀態(tài)、采集時間等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總量約為20 個數(shù)據(jù)。
1.3.3.采油隊主站
油井生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)由安裝在油井上的監(jiān)測終端、安裝在采油廠級的通訊和數(shù)據(jù)服務器、采油隊等用戶使用的監(jiān)測界面、現(xiàn)場通訊系統(tǒng)和管理通訊系統(tǒng)五個部分組成。系統(tǒng)結構如下圖所示：
油井監(jiān)測系統(tǒng)軟件由通訊軟件、數(shù)據(jù)處理軟件、命令處理軟件、報警和事件處理軟件、安全控制軟件、圖形界面軟件和圖形制作軟件組成。
通訊軟件主要負責通過設定的通訊規(guī)約和接口與現(xiàn)場設備進行通訊，獲取現(xiàn)場設備所采集的數(shù)據(jù)或向現(xiàn)場設備發(fā)送數(shù)據(jù)和指令。
數(shù)據(jù)處理軟件主要負責將通訊軟件得到的原始數(shù)據(jù)按現(xiàn)場采集點的類型進行轉(zhuǎn)換、判斷是否需要產(chǎn)生報警及數(shù)據(jù)存儲管理。
命令處理軟件主要負責處理用戶的下發(fā)命令、將命令轉(zhuǎn)換為通訊服務器的控制指令，并協(xié)調(diào)多個用戶同時下發(fā)命令時的關系。
報警和事件處理軟件負責實現(xiàn)預定的報警效果、對報警和事件進行記錄、存儲。
安全控制軟件負責管理系統(tǒng)用戶的認證和授權信息，對系統(tǒng)用戶進行身份認證和權限檢查。
圖形界面軟件和圖形制作軟件用于生成和顯示用戶圖形界面。
系統(tǒng)基本處理流程為：
油井的數(shù)據(jù)由油井終端負責采集，油井終端上裝通訊模塊，采集到的數(shù)據(jù)由通訊模塊送至位于采油廠信息中心的通訊服務器。數(shù)據(jù)經(jīng)處理后存
