【正文】 科技人員占企業(yè)當(dāng)年職工總數(shù)的 92%，其中研發(fā)人員占企業(yè)當(dāng)年職工總數(shù)的 25%以上。一是原油需求迅速膨脹。 一直以來(lái)，注水井生產(chǎn)都采用人工調(diào)節(jié)方式來(lái)控制單井注水量。目前，各油田均采用通過(guò)配水間實(shí)現(xiàn)單井注水，注水量靠人工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)，生產(chǎn)參數(shù)靠人工現(xiàn)場(chǎng)抄取手工匯總的傳統(tǒng)注水方式?？朔艘酝鶄鹘y(tǒng)模式下注水井計(jì)量、水量調(diào)控和生產(chǎn)管理的各種弊端，實(shí)現(xiàn)了對(duì)注水井運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集和無(wú)線遠(yuǎn)程控制，提高了注水井的自動(dòng)化管理水平。 中國(guó)石油股份公司有關(guān)方面負(fù)責(zé)人指出，簡(jiǎn)化是一場(chǎng)革命，地面系統(tǒng)建設(shè)是節(jié)能減排的載體，各油氣田企業(yè)要因地制宜地學(xué)習(xí) 和推廣油田簡(jiǎn)化優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，把簡(jiǎn)化作為今后工作踐行的理念，總體規(guī)劃，分步實(shí)施，做好前期研究，多因素比對(duì)，并延伸到大系統(tǒng)。 2．研究目標(biāo) 太陽(yáng)能供電 全無(wú)線變送器 注水井生產(chǎn)參數(shù)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng) 是一個(gè)集采集、自動(dòng)控制、傳輸、監(jiān)測(cè)、展示和分析于一體的信息化管理系統(tǒng)。 13 （ 7） 采用“微功耗”設(shè)計(jì)理念，“拖帶”技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 一套太陽(yáng)能供電 RTU 系統(tǒng)拖 帶兩個(gè)智能流量控制器的功能 。 3．主要研究開(kāi)發(fā)內(nèi)容 14 太陽(yáng)能供電全無(wú)線變送器注水井生產(chǎn)參數(shù)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)是一套融合計(jì)算機(jī)技術(shù)、微功耗技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、圖像識(shí)別等軟件與硬件的綜合處理系統(tǒng)，同時(shí)響應(yīng)國(guó)家推行綠色環(huán)保節(jié)能的太陽(yáng)能方式給系統(tǒng)及設(shè)備供電，服務(wù)主體為石油開(kāi)采企業(yè)。微功耗無(wú)線壓力變送器和微功耗無(wú)線溫度變送器將采集到的壓力、溫度數(shù)據(jù)通過(guò)短距離無(wú)線方式發(fā)送到測(cè)控主機(jī)，智能流量控制器通過(guò) 485 總線將采集的流量、流速等相關(guān)信息發(fā)送到測(cè)控主機(jī)，測(cè)控主機(jī)將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的預(yù)處理，再通過(guò) GPRS 無(wú)線數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)中心。其主要研究?jī)?nèi)容有： ① 外環(huán)境應(yīng)用的智能流量控制設(shè)備及流量計(jì) 與智能流量控制器之間的閉環(huán)控制，如何實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)； ②流量計(jì)與閥門(mén)的電源系統(tǒng)以及與 RTU 之間的通信 ； 15 ③注水井工作參數(shù)遠(yuǎn)程采集與流量控制； ④注水井無(wú)線智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管 理和分析、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)等。井口所有設(shè)備均采用“微功耗”設(shè)計(jì)理念 以及進(jìn)行了有效的電源管理，對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行了多 方面優(yōu)化，降低系統(tǒng)的靜態(tài)功耗，提高了蓄電池的使用壽命，實(shí)現(xiàn)的安全電壓下的水量智能控制；當(dāng)系統(tǒng)不進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)斷開(kāi)調(diào)節(jié)閥的電源，從而有效降低了調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)損耗；同時(shí)，當(dāng) RTU 檢測(cè)到蓄電池電壓低于工作電壓下限值時(shí)，為保證系統(tǒng)能得到有效監(jiān)控， RTU 將不再執(zhí)行流量調(diào)節(jié)指令，太陽(yáng)能充電充足后，繼續(xù)調(diào)節(jié)。 （ 4）合理優(yōu)化井口布線工藝，便于作業(yè)維護(hù)。 （ 5）低功耗無(wú)線壓力變送器和流量控制裝置均安裝了防盜外殼，這不僅在一定程度上降低設(shè)備被盜 可能性，同時(shí)也由于設(shè)備不外露，提高了設(shè)備的使用壽命以及增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的安全性。 （ 8）該系統(tǒng)內(nèi)嵌多家知名企業(yè)生產(chǎn)的流量計(jì)通信協(xié)議，可幫助油田利用原有流量計(jì)，進(jìn)行一體化改造設(shè)計(jì)，從而進(jìn)一步降低了油田優(yōu)化簡(jiǎn)化的成本。 18 圖 511 注水井流量遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)信息流程示意圖 技術(shù)路線 本地流量檢測(cè)和閥門(mén)控制 本地流量計(jì)采用的是流量積算儀，閥門(mén)控制采用的是磨輪結(jié)構(gòu)電動(dòng)閥門(mén)。 智能流量控制器 收到新的流量 設(shè)定值 值后，將重新啟動(dòng)閥門(mén) 自主調(diào)節(jié)開(kāi)度 ，以使流量滿(mǎn)足用戶(hù)設(shè)定的要求。壓力、流量數(shù)據(jù)以統(tǒng)一格式存入油田公司自動(dòng)計(jì)量數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。 （ 2）可維護(hù)性：售后服務(wù)最優(yōu)化，維修成本最小化。 （ 2） RTU 采用我公司 微功耗測(cè)控主機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)；并對(duì)光伏供電系統(tǒng)電池電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，合理使用電源，以避免蓄電池因過(guò)度放電而損壞。 5% （日配注量小于 dm350 為 dm3%5? ，日配注大于 dm350 為 dm3%10? ） ， 流量范圍： hmhm 33 ? ； 工作壓差 13MPA； 采用太陽(yáng)能供電方式，供電電壓為 DC24V； 21 采用“微功耗”理念，充分降低設(shè)備功耗， 無(wú)采光情況下蓄電池連續(xù)工作時(shí)間： 96 小時(shí) ；同時(shí) 具備一個(gè) RTU 托帶兩個(gè)智能流量控制器的功能 ； 干壓波動(dòng)，自 動(dòng)調(diào)節(jié)，確保注水平穩(wěn) ； 智能流量控制器 選配低扭矩磨輪式調(diào)節(jié)閥、 使用 DC24V直流安全電源，同時(shí)具有手動(dòng)、自動(dòng)雙控制流量功能 ； 通訊方式： RS48無(wú)線遠(yuǎn)傳 ； 通訊協(xié)議： Modbus RTU； 井口流量計(jì)的底數(shù)與網(wǎng)上的展示數(shù)據(jù)一致 ； 1 充分利用原來(lái)流量計(jì) ； 1具備無(wú)線遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)水功能 ； 日配注可遠(yuǎn)程設(shè)定、控制； 具備資料錄取及測(cè)試要求 ； 1具備人機(jī)界面顯示注水井壓力，日配注，瞬時(shí)流量，累計(jì)流量等數(shù)據(jù) ， 能夠?qū)崟r(shí)在線計(jì)量、傳輸、展示水量、壓力等； 1具備壓力超限、流量超限、流速異常、閥門(mén)堵轉(zhuǎn)等相關(guān)報(bào)警功能 ； 可行性分析 技術(shù)支撐 天津市萬(wàn)眾科技發(fā)展有限公司具有在低功耗測(cè)控主機(jī)、 微功耗無(wú)線 壓力變送器、 微功耗無(wú)線溫度變送器、 無(wú)線遠(yuǎn)傳、后臺(tái)數(shù)據(jù)接收和處理、前臺(tái)數(shù)據(jù)展示等方面取得了多項(xiàng)研究成果和專(zhuān)利技術(shù)。 各部件獨(dú)特的設(shè)計(jì)，保證了系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定 。其技術(shù)指標(biāo)如下： 圖 5521 微功耗測(cè)控主機(jī)（ RTU） 23 （ 1） 工作電壓和功耗： 12V 直流，靜態(tài)功耗 600mW，通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時(shí)，瞬態(tài)不超過(guò) 24W。 （ 5） 適用相對(duì)濕度： 10%～ 90%，不結(jié)露。變送器采用“微功耗”設(shè)計(jì)理念，進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)、用電管理、通信協(xié)議的優(yōu)化；采用微發(fā)射功率和高靈敏度接收策略；具有電池電量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)功能，低于設(shè)定值自動(dòng)報(bào)警，提醒用戶(hù)及時(shí)更換電池；嚴(yán)格按照國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì)對(duì)民用無(wú)線控制裝置的技術(shù)要求生產(chǎn)，使用不受限制的433MHz 公用頻道，不必申請(qǐng)專(zhuān)用頻率；采用碼分多址調(diào)制方式，允許在同一區(qū)域多部設(shè)備 間 傳輸數(shù)據(jù)而不會(huì)相互干擾；數(shù)據(jù)可靠傳輸距離可達(dá) 0150 米。其特點(diǎn)如下： 流量計(jì)采用電子 液 晶中文顯示 ， 具有瞬時(shí)流量、累計(jì)流量及日歷顯示； 采用 EEPROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)可防止數(shù)據(jù)丟失； 同時(shí)具有內(nèi)部與外部按鍵，通過(guò)外部按鍵可設(shè)定日注水量； 可同時(shí)輸出流量脈沖信號(hào)及調(diào)節(jié)閥開(kāi)度反饋信號(hào)； 具有 RS485 通訊接口，可實(shí)現(xiàn)雙向通訊控制及無(wú)線遠(yuǎn)傳控制功能； 25 具有超流量保護(hù)及流量計(jì)故障限流功能； 流量計(jì)量采用磁電式流量計(jì)，無(wú)可動(dòng)部件、耐高壓沖擊； 采用了先進(jìn)的磨輪調(diào)節(jié)技術(shù)，在高壓下實(shí)現(xiàn)低扭矩，高 安全性和密封性； 圖 5523 智能 流量控制裝置 智能流量控制 器 中的磨輪式調(diào)節(jié)閥較之傳統(tǒng)形式的調(diào)節(jié)閥有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)形式的調(diào)節(jié)閥一般采用螺紋閥桿升降式結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)流量費(fèi)力耗時(shí)，閥座易堵易卡，關(guān)閉不嚴(yán)，使用壽命短等缺陷。角度之間的任意轉(zhuǎn)動(dòng)，改變由兩塊動(dòng)、靜磨輪組成的流道流通面積的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其工作面上流道變化的全過(guò)程就似天體月亮的圓缺變化的模樣，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)繼續(xù)轉(zhuǎn)至全開(kāi)位置時(shí)，流道被完全打開(kāi)，工作面上的流道截面好像兩 顆滿(mǎn)月的月亮，（如 圖 5524c）所示。此外， PID 控制算法已經(jīng)固化在流量計(jì)中的信息處理芯片中。為確保電力供電持續(xù)性，我們?cè)谠⑺詣?dòng)計(jì)量與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)之上添加了一塊太陽(yáng)能板和蓄電池，也就是目前該系統(tǒng)采用了兩塊 20W 的太陽(yáng)能電池板和兩節(jié) 12Ah、 12V 的蓄電池為 RTU、無(wú)線遠(yuǎn)傳設(shè)備和智能 流量控制器 提供動(dòng)力電源。 （ 3）采用“低功耗”設(shè)計(jì)理念，降低系統(tǒng)靜態(tài)功耗，延長(zhǎng)電池供電時(shí)間，提高電池使用壽命。 ? 后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)展示平臺(tái) （ 1）可以實(shí)時(shí)顯示設(shè)備狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳入服務(wù)器，打開(kāi)相 關(guān)界面可實(shí)時(shí)顯示該井的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，如井口壓力、流量數(shù)據(jù)等 （如下圖所示） ； 31 西 4066 數(shù)據(jù)展示頁(yè)面 （ 2）任何用戶(hù)可以在局域網(wǎng)上及時(shí)準(zhǔn)確的查詢(xún)采油隊(duì)的每口油水井的工作情況，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享 （ 3）授權(quán)用 戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程設(shè)置注水井日配水量，遠(yuǎn)程遙控注水井單井注水量； ? 報(bào)警軟件 工作人員利用此軟件可以查看、處理所轄油井的報(bào)警信息，用戶(hù)可以靈活的根據(jù)需要設(shè)定警報(bào)是否關(guān)聯(lián) 短信和那些警報(bào)關(guān)聯(lián)短信（關(guān)聯(lián)總開(kāi)關(guān)和警種分開(kāi)關(guān)）。 報(bào)警軟件示意圖 可管理性 ? 安全管理 在注水井現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)采用的太陽(yáng)能供電 DC24V 或低于 DC24V安全電壓，完全解決了用電安全隱患問(wèn)題。 先導(dǎo)性試驗(yàn)的實(shí)施效果 20xx 年 3 月在港西油田選擇了 3 口井進(jìn)行 了先導(dǎo) 性 實(shí)驗(yàn)，具體情況如下： （ 一）先導(dǎo)實(shí)驗(yàn) （ 1） 、選井原則 1)、便于開(kāi)展試驗(yàn)（選擇離廠區(qū)較近的井）的原則。 34 表 5541 西 5141 井 5 月 1718 日瞬時(shí)水量在線采集數(shù)據(jù)表 2） 根據(jù)配注要求自動(dòng)調(diào)節(jié)水量，明顯提高了注水井的執(zhí)配能力 。 4） 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程調(diào)控實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 ： 36 西 4066 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程設(shè)置調(diào)節(jié)日配注水量（設(shè)置調(diào)節(jié)精度為2） ① 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程設(shè)置西 4466 油管日配注水量 80 m3/d（ m3/h ），套管日配注水量 60 m3/d（ m3/h ） 。 ③ 將注水井日配注水量調(diào)回油管 80 m3/d 、套管 60 m3/d 5） 注水井干線壓力變化時(shí)流量控制裝置調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) ： 表 5545 西 4466 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 通過(guò)對(duì)西 44 西 5141 和西 4066 三口井的先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)情況， 可以看出該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。根據(jù)油田實(shí)際需求，結(jié)合小試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，完善系統(tǒng)硬件、軟件功能。并將系統(tǒng)設(shè)備再次現(xiàn)場(chǎng)安裝，驗(yàn)證改進(jìn)情況、產(chǎn)品質(zhì)量、穩(wěn)定性及適用性。根據(jù)市場(chǎng)需求，組織車(chē)間批量生產(chǎn)，達(dá)到在油田批量應(yīng)用。該系統(tǒng)克服了以往傳統(tǒng)模式下注水井計(jì)量、水量調(diào)控和生產(chǎn)管理的各種 不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)注水井運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集和無(wú)線遠(yuǎn)程控制，提高注水井的自動(dòng)化管理水平，從而提高油田產(chǎn)量，降低油田開(kāi)采成本，提高油田采收率，最終達(dá)到油田科學(xué)開(kāi)采、當(dāng)采盡采的目的。 ④ 采用遠(yuǎn)程控制日注水量技術(shù)，減少了配水間，使注水工藝流程得到優(yōu)化簡(jiǎn)化。 ⑦ RTU 系統(tǒng)和智能流量控制器整體功耗低，有效了保證了光伏供電的注水井的供電。 43 9．研究工作基礎(chǔ)及條件 ①研發(fā)能力保障 公司現(xiàn)有總 工程師 1 名，軟件工程師 4 名，自動(dòng)化工程師4 名，專(zhuān)家級(jí)顧問(wèn) 2 名，大專(zhuān)以上學(xué)歷員工占員工總?cè)藬?shù)的 90%，從技術(shù)人員比例上 看具備較強(qiáng)的研發(fā)能力； 公司設(shè)有總工程師 1 名，聘請(qǐng)專(zhuān)家級(jí)顧問(wèn) 2 名，下設(shè)研發(fā)部，研發(fā)工程師 15 名，人員配備科學(xué)合理，從機(jī)構(gòu)和人員上保證了公司的研發(fā)能力；公司每年計(jì)劃投入科研經(jīng)費(fèi)為年產(chǎn)值的 8%至 10%，在資金上保證了技術(shù)研發(fā)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)日注水量、瞬時(shí)流量、壓力的自動(dòng)計(jì)量和無(wú)線遠(yuǎn)傳，實(shí)現(xiàn)單井注水量的本地和遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)注水參數(shù)監(jiān)測(cè)、展示和統(tǒng)計(jì)分析。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，證明該項(xiàng)目技術(shù)先進(jìn)、實(shí)用，系統(tǒng)設(shè)備制造原料 易采購(gòu)， 從技術(shù)層面不存在推廣的障礙。建設(shè)數(shù)字化油田、“注好水、多采 油”離不開(kāi)“太陽(yáng)能供電全無(wú)線變送器注水井生產(chǎn)參數(shù)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)”這種先進(jìn)技術(shù)的支撐。 ④ 資金及資金管理能力保障 公司目前財(cái)務(wù)狀況較好，資金上能夠保證正常生產(chǎn)、銷(xiāo)售、人員工資、周轉(zhuǎn)等需要。 ⑤其他能力保障 公司 主營(yíng)業(yè)務(wù)為自動(dòng)測(cè)控設(shè)備研發(fā)、制造、安裝、咨 詢(xún)服務(wù) ，注冊(cè)資本 500 萬(wàn)元。 10．承擔(dān)單位簡(jiǎn)介 天津市萬(wàn)眾科技發(fā)展有限公司是一家集自動(dòng)測(cè)控設(shè)備研發(fā) 、制造、安裝、咨詢(xún)服務(wù)為一體的科技型公司，注冊(cè)資本 500萬(wàn)元。主要提供的 “ 油水 井生產(chǎn)參數(shù)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng) ” 、“無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”、“中低壓 用電設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ”等系統(tǒng)解決方案以及 無(wú)線壓力變送器、無(wú)線載荷變送器、無(wú)線溫度變送器、無(wú)線轉(zhuǎn)速變送器、無(wú)線流量計(jì)、 電 參數(shù)模塊 、 GPRS 模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、測(cè)控主機(jī)（ RTU）、智能流量控制器 的生產(chǎn)和銷(xiāo)售。 20xx 年 3 月，公司開(kāi)始“太陽(yáng)能供電全無(wú)線變送器注水井生產(chǎn)參數(shù)遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)”項(xiàng)目調(diào)研、立項(xiàng)、研發(fā)、先導(dǎo)性實(shí)驗(yàn)工作。 20xx 年 12 月轉(zhuǎn)業(yè)地方，在天津市海格控制工程公司等單位任總工程師。 20xx 年 1 月作為股東進(jìn)入天津市萬(wàn)眾科技發(fā)展有限公司任 副總經(jīng)理兼總工程師。 （ 3） 徐洪超：男， 38 歲，本科學(xué)歷，工程師，畢業(yè)于華中理工大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化系，負(fù)責(zé)硬件及編程工作。 （ 5） 陳建平：女， 28 歲，本科學(xué)歷，工程師， 20xx 年畢業(yè)于天津工程師范學(xué)院自動(dòng)化系，負(fù)責(zé)生產(chǎn)質(zhì)量