【文章內容簡介】 幾十甚至上百公里，分散布局在各個山頭或溝壑， 每個井場由 3~10 口井組成，每口油井獨立對應一個標準儲油罐 。由于各個井場 儲油罐相距較遠 ，目前采用的儲油方法是各井場獨立存油，一段時間后再 通過拉油車將原油運輸到儲油中心 。 管理方面 當前多采用看井工人工管理和統(tǒng)計每日原油灌的儲存量，缺少必要的監(jiān)控手段，所以錯報漏報甚至瞞報現象時有發(fā) 生 ，并且由于缺乏監(jiān)管機制，使不法分子有機可乘，偷盜油現象很嚴重 ， 據有關資料，目前陜北共有分布式油井 3 萬多口，以產油 100 萬噸為生產計劃，歷年來丟油的數量十分驚人，被偷盜原油占總產量的 10％ ~15％之間 [ 3]。 以上存在的問題對油田的管理帶來 很大 影響，并嚴重影響了經濟效益。 隨著我國 國民經濟的高速發(fā)展，市場對石油的需求也日益增多，面對市場經濟中石油 企業(yè)之間的激烈競爭，如何采用集中化、自動化、網絡化的技術手段來實現對 分布式油田的 原油 計量與防盜，降低生產運行維護成本，提高工作效率，以取得更好的經濟效益，是分布式油田 管 理 面臨的新 問題 。 針對分布式油田原油計量和防盜存在的問題， 本 論文 提出了油田的原油計量和防盜的自動化監(jiān)控管理方案。該方案運用 GPRS 無線技術作為通信媒介，利用自動化監(jiān)測技術，實現對分布式油田的原油計量和防盜的遠程監(jiān)控， 可以節(jié)省人力物力，降低勞動成本，改善工人工作條件，提高生產效率與管理水平。 項目 的國內外研究現狀 經過多年的發(fā) 展，我國石油勘探開發(fā)領域技術水平發(fā)展很快，并取得良好的經濟效益， 而在對 采油現場的 原油生產自動化管理上，國內石油企業(yè)與國外 同行還是有一定差距。國外的油田大多采用數字化信息技術對油田 進行實時監(jiān)控， 國內目前只有少數大型、集中分布的油田能夠實現自動化控制 ， 多數的分布式油田工作狀況的管理基本上還是依靠人工的方法測控，大量參數需要報交技術人員進行分析判斷 再 得出相應結論。 針對原油的計量和防盜， 國內目前的發(fā)展狀況是： 在原油計量方面，國內自 二十世紀八十年代末在原油計量管理上推行了三級計量 [4]（ 分廠計量、分礦計量、分隊計量 ）， 采用單獨計量 、 計算管理模式 ， 該模式對于當時國內各油田都處于開發(fā)中期環(huán)境下 ， 原油生產計量 、 外輸交接 、 生產管理與決策起到了很大的作用。隨著國內大部分油田開發(fā)都進入到后期 ， 產能遞減 ， 產液量增加 ，油井 、 計量站規(guī)模加大 ， 原三級計量管理模式在某種程度上不能滿足 當前 油田開發(fā)生產 的 需要。 近年來 國內對原油計量的研究主要有： 李昌嶺工程師用流量計 對原油進行實時測量，用標量體積管來完成對流量 計 的在線標定 [5]；劉曉良工程師采用三相工藝流程對原油進行測量，用油氣分離器和壓力平衡器對液位進行標定 [6]；侯鵬倩工程師應用靶式流量計的原理，對原油計量中的密度進行了修正，解決了含有泥沙雜質的原油計量問題 [7]。長慶氣田采用差壓式孔板流量計，實現了計算機連續(xù)測量，保證了計量的準確性 [8]。袁波等人應用玻璃管液面計 量法，實現對油田的遙控遙測 和 無人值守 [9]。 在原油防盜技術研究方面， 隨著計算機和信息圖像 技術的不斷發(fā)展，越來越多的技術手段被應用在原油防盜問題的解決上，但 目前的研究主要集中在對原油的管道運輸防盜上。 大港油田應用聲波原理，以管道做信道，大地做回路實現了原油防盜及陰極保護參數自動遙測監(jiān)控系統(tǒng)，可實時對原油輸送管道及陰極保護參數進行有效的檢測 [10]。華北油田安裝數字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以視頻替代了操作人員的巡視 [11]。李華工程師在長慶油田采用瞬態(tài)負壓波法，實現長輸管道的泄漏定位，并實時反饋 給 控制中心 [12]?？琢?波工程師在勝利油田應用流量預警器，開發(fā)了單井防盜報警系統(tǒng) [13]。 縱覽國內外關于油田原油計量和防盜的研究現狀及發(fā)展趨勢，為油田原油計量 與 防盜 遠程監(jiān)控方面的研究奠定了扎實的基礎。但在迅速發(fā)展的同時還應當看到對于集中式儲油的管線運輸防盜與計量問題研究的相對較多，而對分布式井場原油 計量 與 防盜 和現場設備防盜的研究相對較少 。 論文 的主要研究內容 分布式油田原油 計量 與 防盜 系統(tǒng) 是要實現在生產管理控制中心，對分散在各局部地域儲油罐的實時監(jiān)控，隨時掌握各油罐的儲油量及總體儲油量， 同時 若有 原油 被盜 時現場報警， 拍攝 現場 照片 ，以 為日后辦案提供證據 的功能 。 整個系統(tǒng)旨在 提高管理水平，為管理 者 提供科學準確的決策依據， 主要的研究內容有： （ 1）儲油罐液面的探測 儲 油罐內部液面的變化直接反映著原油的儲量和正常、異常放油的情況，對原油液面探測是系統(tǒng)實現的前提和關鍵。 儲 油罐在野外，風沙大，溫差大，環(huán)境惡劣，因此 還必須研究非接觸式 測量在惡劣環(huán)境下 探測容積變化的模式 和方法，以及工作的準確性、可靠性和安全性等問題。 （ 2）數據采集 通過傳感器將液位變化的物理量和 儲 油罐閥門開啟位置的變化量轉換為數字量， 對 數據 實時采集、 整理 和 前期運算處理 ，為 數據顯示和 傳輸 做好準備 。 （ 3）無線數據傳輸 由于各井場分散式布局，距離遠，地形地貌復雜，從經濟安全角度考慮，采用無線數據傳輸技術。利用 GPRS 網絡，建立無線通信通道，把所采集的數據上傳到 計算機 監(jiān)控中心。 同時還需要研究在無線數據網絡偶然出現信號受阻問題的時候，如何保障測量數據的連續(xù)性，數據不丟失。 （ 4）建立可靠的防盜報警系統(tǒng) 原油的防盜報警是 整個系統(tǒng)的重要 功能， 從多個方面保證報警系統(tǒng)的可靠性，一是研究放油閥門異常開啟的報警，即 開關報警量；二是研究 油位 在非正常時間，異常變化的報警，即模擬 報警量；三是 當有異常報警發(fā)生時，采集現場圖片數據，為日后辦案提供證據。此外 考慮現場經常也有其他設備被盜的現象，同時也要研究諸如變壓器、電機等設備的防盜報警功能。 論文的組織結構 本項目源 自 于 陜西省 教育廳科技產業(yè)化培育項目， 項目編號 07JC05， 根據 本人 在 項目 中 承擔的 任務 ，論文中 對 遠程 監(jiān)測終端的硬件和軟件 開發(fā) 作了詳細 介紹 ，對 計算機 監(jiān) 控 中心軟件 開發(fā) 只 作了簡要介紹， 論文 最后對 遠程 監(jiān)測終端 的 開發(fā) 設計作了總結。 論 文共分為 7 章，其 組織 結構 如下： 第 1 章 緒論。主要介紹 項目 背景及研究目的和意義，國內外研究現狀，最后給出了本 文的 主要研究內容和組織結構 。 第 2 章 需求分析。根據系統(tǒng)需要解決的問題，對整個系統(tǒng)進行了功能分析，確定了系統(tǒng)各個部分的功能，最后給出了系統(tǒng)的相關技術參數。 第 3 章 總體方案設計。 首先說明了整個系統(tǒng) 的 設計原則 ， 提出了系統(tǒng)總體設計方案。整個系統(tǒng)由 遠程 監(jiān)測終端和計算機監(jiān)控中心兩個部分組成，介紹了這兩個部分的結構框圖，然后對整個系統(tǒng)的可行性進行了分析，最后對 遠程監(jiān)測終端 開發(fā)將用到 的 相關技術進行了介紹。 第 4 章 遠程 監(jiān)測終端的硬件電路設計。 遠程 監(jiān)測終端 采用模塊化的 電路設計 方法，依據系統(tǒng)功能自頂向下的把硬件分成了五 個模 塊，文中對各個模塊的電路進行了詳細說明。 第 5 章 遠程 監(jiān)測終端的軟件設計。 遠程 監(jiān)測終端的軟件通過 先 分層、結合有限狀態(tài)機、利用事件驅動的編程思想來設計的。文中先介紹了軟件編程的思想，在此基礎上對 遠程 監(jiān)測終端的底層驅動程序和應用層程序進行了 介紹 。 第 6 章 計算機監(jiān)控中心的軟件開發(fā)。文中 簡要 介紹了 系統(tǒng)中使用的 數據庫 和 監(jiān)控中心部分功能模塊 。 第 7 章 結論。文中對 所做的工作 進行了總結，并提出了目前存在的不足和今后 改進 的方向。 2 需求分析 充分理解需求信息對系統(tǒng)開發(fā)的成功至關重要，對需求進行詳盡的分析、準確的描述 可 以縮短開發(fā)周期、降低后期開發(fā)成本，也是設計高質量、高可靠性系統(tǒng)的首要工作。 本章通過對 分布式油田的原油計量和防盜需求上進行分析， 以 明確開發(fā) 目標， 滿足 油田管理自動化 應用需求 。 系統(tǒng) 要解決的問題 整個 系統(tǒng) 主要解決 分布式油田的原油 計量 和丟 盜油問題 。 分布式油田的特點是 ： 井場井群分散布局在各個山頭或山溝之間，每個井場由 3~10 口井組成，每口油井獨立對應一個標準儲油罐，待標準油罐儲存滿后，由 20~50 噸 的油罐車運到統(tǒng)一的集油站， 完成由分散到集中的過程。集 中后的原油計量與保管非常標準正規(guī) ， 本 系統(tǒng) 主要 針對的是 分散過 程的 原油 計量 與 丟盜油 問題 ， 主要包括以下兩個方面的內容： （ 1） 研發(fā)原油實時動態(tài)計量系統(tǒng)。解決長期以來油田存在的計量方式簡陋，實時性差，人為誤差大的問題。 （ 2）設計 防盜油報警系統(tǒng)。針對 分布式 油 田油井 分布的地域廣，不好管理 的問題 ， 解決 丟盜油現象 。 遠程 監(jiān)測終端的要求 系統(tǒng) 針對 分布式 油田的實際狀況 ，要求監(jiān)測終端應具備以下功能： （ 1） 用非接觸測量 方法 ，對油罐內的原油進行實時測量。 （ 2） 對油罐閥門的開關及設備的運行狀態(tài)能進行遠程監(jiān)控。 （ 3） 當有偷盜油時，抓拍現場圖片并報警 。 （ 4） 油罐有 油位 上限報 警功能及現場 油位 顯示功能。 （ 5）采用 無線 數據傳輸方式 上傳檢測的各類數據。 （ 6） 現場調試、參數設置功能。 （ 7） 故障自診斷功能。 （ 8）電源必須冗余設計，確保系統(tǒng)供電。 （ 9）具備一定的升級換代 和 擴展功能。 計算機 監(jiān)控中心 的要 求 計算機 監(jiān)控中心 要求 實現 以下功能 ： （ 1） 顯示遠程現場 監(jiān)測終端 的測 量 信息 。 （ 2） 應能自動生成油罐存油的日、月 、年 報表。 （ 3） 統(tǒng)計分析功能，可以查詢任意 油罐中原油 的現存量，歷史存量 。 （ 4） 下達各種測控指令 。 （ 5） 建立數據庫存儲現場數據 。 （ 6）及時的數據備份，保證 數據不丟失。 （ 7）報表打印功能。 遠程 監(jiān)測終端功能分析 分析 整個 項目對遠程監(jiān)測終端需求的功能， 總的來說 應具備 如下幾點： （ 1） 具有 數據采集存儲功能。 遠程 監(jiān)測終端的基本功能是 實時 監(jiān)測存油罐中 油位 高度、油罐閥門狀態(tài)、報警器狀態(tài)，當 報警器被觸發(fā) 時，采集現場的圖片數據，以為 辦 案 提供 第一手資料 。 （ 2） 具有 數據處理功能 。遠程監(jiān)測終端 對模擬量可分別設置報警上、下限，有效上、下限，當數據越限值時可生成報警記錄。 （ 3） 具有 通信功能。遠程監(jiān)測終端把各監(jiān)測數據通過 GPRS 無線網絡發(fā)送至計算機監(jiān)控中心，其通訊方式采用 突發(fā)事件主動上報和定時上報兩種。遠程監(jiān)測終端也能接收來自監(jiān)控中心的各種命令。 （ 4） 具有 電源切換及電池充電功能 。 當有交流電源時系統(tǒng)使用交流電源為系統(tǒng)供電，并給蓄電池充電。當交流供電丟失時，系統(tǒng)能夠自動切換到由蓄電池為系統(tǒng)供電，并保證系統(tǒng)在電池供電的情況下可以持續(xù)工作一定的時間。 （ 5） 具備 一定 的 功能 擴展 能力 。 本課題中以分布式油田采油現場的儲油罐為對象，實現原油的計量和防盜，整個系統(tǒng)可以稍加修改應用到其它設備的遠程監(jiān)控上，另外遠程監(jiān)測終端的硬件設計也為系統(tǒng)的功能擴展留有余地，以進一步實現對采油現場抽油機等設備 的監(jiān)控。 計算機 監(jiān)控中心軟件功能分析 根據項目需求 ， 計算機 監(jiān)測 中心軟件 應具備通信 、數據庫管理及數據處理、各種顯示、報表打印和參數設置等功能， 計算機監(jiān)控中心 軟件的功能分述如下： （ 1）通信功能。 計算機 監(jiān)控中心通過 固定的 IP 地址接入 Inter 網絡，接收監(jiān)測終端采集的 數據 ；同時 可 下達各種控制命令給 遠程 監(jiān)測終端。 （ 2）數據庫管理及數據處理功能。 建立數據庫存儲現場數據 ， 對通信采 集的原始數據進行加工處理 、 并進行各種累計和統(tǒng)計工作。 （ 3）顯示功能。全部數據列表、分組數據列表、單點的歷史數據列表（年、月、 日）顯示、故障列表顯示等功能。 （ 4）報表功能。以表格的形式，記錄、顯示各監(jiān)測點的數據信息，可代替人工抄表填寫工作運行報表。 （ 5）打印功能。提供多種打印 方式 ，可根據需要將報表打印出來?？纱蛴〉膬热莅ǜ鞣N報表、統(tǒng)計圖表、趨勢曲線 等 各種表格。 系統(tǒng)技術參數 運行環(huán)境 （ 1） 各 監(jiān)測點分散分布 、 距離遠 、 地形和環(huán)境復雜。 （ 2） 溫濕度變化范圍大。 （ 3） 各種電磁干擾。 測量參數及要求 本系統(tǒng) 監(jiān)測 的 物理量 共三種 ，分別是 模擬 量 信號 、開關量 信號 和視頻信號。 （ 1） 油位 變化范圍： 0~8 米； 測量精度： ≤ 30 毫米 。 （ 2） 外部 開關量 電平輸入 ： 高電平 16V~24V，低電平 0V~8V。 （ 3）視頻信號接口方式： RS232。 無線通信范圍 GPRS：在移動基站覆蓋的地域 。 3 總體 設計 方案 設計原則 系統(tǒng)的設計原則體現了整個系統(tǒng)的實現思路，是系統(tǒng)實現的技術基礎和依據。 根據分布式油田現場的實際情況， 本系統(tǒng)中 按下列原則進行了總體設計： （ 1）可靠性原則 可靠性是整個系統(tǒng)的基本要求，在使用中要求系統(tǒng)具有抗惡劣工作環(huán)境的能力，無故障工作時間長。具體包括硬件系統(tǒng)的可靠性設計，軟件的抗干擾和可靠性設計、系統(tǒng)故障的自保護、自檢