油田边缘井物联网解决方案探索
来源:用户上传
作者:
[摘 要]边缘井的管理一直是各油田生产管理的难题，由于单井地理位置分散，距离中心站点距离较远，一般没有集输管线，采用单罐生产的方式。当油罐储油量达到拉油液位时，由拉油罐车运至集中拉油站。边缘井虽然距离采油作业区中心站较远，但生产管理不能放松，仍然需要每天进行单井巡检、资料录取、产量计量、安全环保等工作，耗时耗力。当今世界物联网技术不断发展，为人们提供了很多解决边缘井生产方式落后难题的手段，相关研究人员经过不断尝试测算，进行了一些初步探索，实现了偏远油井物联网接入，解决了生产管理中的一些难题。
[关键词]边缘井;物联网;解决方案
doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.14.054
[中图分类号]F270.7;TP393 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2020）14-0-02
1 油田边缘井物联网管理现状
准东采油厂沙南作业区某区块由于油井开发时间周期较长，且管理的油井大多是该区块的探井，目前该区块的网桥只覆盖到转油站附近的油井，无法实现边缘井的网络覆盖。偏远单井与转油站距离较远，最远的井距离转油站直线距离达25千米，敷设输油管线性价比低，且油井周围农田树木环绕，涉及征地等诸多问题，故这些偏远油井仍然采用单井单罐、人工巡检的生产方式。但随着开发进度的不断加快，油井数逐年增加，除了转油站附近的部分油井通过集输管线接入转油站，其他新开发井仍然按照老的生产模式运行，全部是单罐生产，目前这些井口无任何自动化设备;到井区的公路是简易石子路面，崎岖不平，巡检人员从作业区出发驱车前往该井区巡井单程需要花费一个半小时，且为了完成每天两次的巡井任务，中午不能回到驻地，只能在附近镇上吃饭午休，极大地消耗了人力、物力资源，这种情况为作业区带来了巨大的用工压力，增加了人员、车辆安全管控风险，使生产管理难度大。现阶段，急需寻找一种合适的物联网解决方案解决上述生产实际问题。
2 单井数据采集监控需求
进行单井物联网建设，首先要考虑用什么样的传输方式实现井口各类采集参数的上传。而用什么方式上传数据，又与采用的传输方式的带宽、距离、性价比等因素相关。所以建设单位应先进行单井数据量的测算，再确定用什么传输方式传输。单井数据采集仪表可根据实际情况选择有线仪表或者无线仪表。单个油井井口数据包括压力、流量、温度、电压、电流、储罐液位、储罐的油温、罐远程加热控制、电参及功图等。精度要求小数点后两位，每个数据量用十进制表示共需6位数，用二进制表示只需12 B即可。若取6个参数，共需72 B，每次传输数据量不会超过100 B。
根据沙南作业区参数采集需求，井口需采集以下参数：油压、套压、载荷、油温、电参数、抽油机状态检测、储罐液位、储罐的油温和罐远程加热控制等。同时，作业区有监控边缘井井场视频监控的需求，若视频传输达不到要求，可以采用图像抓拍定时回传的方式，要求每30分钟抓拍一张图片或出现异常事件时抓拍图像传回到中控室进行图像识别监控。根据现场需求，要求图片分辨率为1 920×1 080，图像大小为180 kB。一小时图片数据量为360 kB，采集井口参数数据量为360 kB，一小时数据总量为720 kB。经过分析，井口采集参数总数据量为720 kB，不超过1 MB。然后可以对比分析具体传输手段，选择最优的传输方案解决问题。
3 北斗卫星数传方式探索
基于北斗卫星的数据传输系统由北斗一体化测控终端、地面站、北斗卫星、中心网关和数据管理监控子系统等部分组成，传感器采集油井、气井、计量站等现场实时数据并传输到数据采集设备。测控终端将数据采集设备的数据依据北斗短报文通信协议编码和加密，通过北斗卫星发送到地面站。地面站接收到通信申请信号后，经过脱密和再加密后，由北斗卫星广播传给用户。中心网关接收到卫星信号，经过解调解密，增加北斗通信状态数据，将数据通过地面有线网络接入数据监控管理子系统，具体过程如图1所示。
无线仪表通过无线信号（470M LORA）将数据发送到北斗网关，北斗网关接到无线仪表数据后将其按北斗报文的规约，通过北斗卫星将数据发送到北斗主站，北斗主站将接收到的数据转换为TCP/IP协议，便于数据平台读写相关数据。北斗短报文通信一次最多可传输120个汉字，发送频次为1分钟/次。在带宽限制下，北斗网关无法满足视频传输需求，但可以满足井口数据回传。北斗数传系统需要购置专用的井口仪表及网关，费用较高，传输速率较慢。
4 卫星小站数传方式探索
卫星小站系统是基于IP包交换技术的天地宽带通信系统，可提供语音、数据、会议电视、宽带接入等综合业务，具有安装简单、调试方便、带宽使用灵活、适应环境好、搬迁机动性强等特点，具体如图2所示。
卫星小站可以满足数传及速率的需求，卫星小站地面站需从专业机构租用，若在每口单井都架设一个卫星地面站，每年会产生较高的租赁费用，卫星小站在单井井口需采取必要的防护措施，规避失窃或人畜损坏的风险。
5 3G/4G数传方式探索
对于距站区距离较远，又没有可用有线、无线网络覆盖的油井，可以考虑依托当地“运营商3G/4G方式+油田APN专线传输”方式（图3），井口自动化数据汇集至井口DTU中的SIM卡，再通过APN专线实现数据上传。采取这种方式可满足数据传输需求，每月需根据流量大小选取一定额度的流量套餐，若套餐流量用完，不续费则无法进行数据传输，持续产生的费用较高。
6 无线网桥数据传输探索
无线网桥通过无线桥接的方式连接两个距离较远的网络，常用来代替光纤、网线，用于几百米、几千米甚至几十千米的网络数据传输（图4）。采用无线网桥进行无线传输的优势是：高带宽、高速率、不需要烦琐的布线、降低施工难度、节省人力物力，降低项目成本。在油田边缘井数据传输的方案选型中，无线网桥的方式经常被采用。通过选取合适的中心网桥基站位置，可以实现10千米左右的油井网络有效覆盖，还可根据油井分布位置選择网桥扇区定向覆盖或者360度全向覆盖。采用无线网桥数据传输方式，若想实现所有边缘井全覆盖，则需要在每个单井配备网桥客户端，并选取合适位置点作为网桥中继实现网络全覆盖。但若只为实现个别单井数传，采用网桥中继和单井网桥客户端方式的建设成本较高。
7 结 语
卫星数传方式的造价、维护、后期费用较高，并不适合作为边缘井区整体数传解决方案的首选方案。无线网桥覆盖大部分油井，个别十分偏远油井采用3G/4G方式实现数据传输。采用“无线网桥+4G”方式是比较经济有效的解决方式。通过解决数据传输链路问题，可以实现偏远油井物联网建设。采取任何一种单一组网方式都不足以解决所有单井数据传输问题，因此，建设单位应采用“有线光纤传输网+无线异构传输网络”相结合的方式组网，结合各油田单井和计量间的分布情况、地形情况和数据传输需求，充分考虑各种技术在覆盖能力、传输带宽、组网能力、安全性以及工程实施难度等方面的特点，合理选用适合的技术，搭建油田专用无线异构网络。
主要参考文献
[1]曹志伟.浅谈卫星通信小站的建立与建设[J].科学与信息化，2018（6）：23.
[2]于雷.卫星小站远程监控系统通信协议的设计与实现[J].电子技术与软件工程，2017（19）：30.
[3]王含宇，张辉军，张彦路，等.基于北斗卫星数据采集传输一体化终端的研发与应用[J].物联网技术，2018（2）：83-84，87.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/3/view-15305746.htm
