【文章內(nèi)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(yīng)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?shù)絻τ椭行?。 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(xiàn)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(xiàn)象很嚴重 ， 據(jù)有關(guān)資料，目前陜北共有分布式油井 3 萬多口，以產(chǎn)油 100 萬噸為生產(chǎn)計劃，歷年來丟油的數(shù)量十分驚人，被偷盜原油占總產(chǎn)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(jīng)濟效益。 隨著我國 國民經(jīng)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(jīng)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(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)手段來實現(xiàn)對 分布式油田的 原油 計量與防盜，降低生產(chǎn)運行維護成本，提高工作效率，以取得更好的經(jīng)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(shù)作為通信媒介，利用自動化監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)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(chǎn)效率與管理水平。 項目 的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 經(jīng)過多年的發(fā) 展，我國石油勘探開發(fā)領(lǐng)域技術(shù)水平發(fā)展很快，并取得良好的經(jīng)濟效益， 而在對 采油現(xiàn)場的 原油生產(chǎn)自動化管理上，國內(nèi)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(shù)字化信息技術(shù)對油田 進行實時監(jiān)控， 國內(nèi)目前只有少數(shù)大型、集中分布的油田能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制 ， 多數(shù)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(shù)需要報交技術(shù)人員進行分析判斷 再 得出相應(yīng)結(jié)論。 針對原油的計量和防盜， 國內(nèi)目前的發(fā)展狀況是： 在原油計量方面，國內(nèi)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(nèi)各油田都處于開發(fā)中期環(huán)境下 ， 原油生產(chǎn)計量 、 外輸交接 、 生產(chǎn)管理與決策起到了很大的作用。隨著國內(nèi)大部分油田開發(fā)都進入到后期 ， 產(chǎn)能遞減 ， 產(chǎn)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(chǎn) 的 需要。 近年來 國內(nèi)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(yīng)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(zhì)的原油計量問題 [7]。長慶氣田采用差壓式孔板流量計，實現(xiàn)了計算機連續(xù)測量，保證了計量的準確性 [8]。袁波等人應(yīng)用玻璃管液面計 量法，實現(xiàn)對油田的遙控遙測 和 無人值守 [9]。 在原油防盜技術(shù)研究方面， 隨著計算機和信息圖像 技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的技術(shù)手段被應(yīng)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(yīng)用聲波原理，以管道做信道，大地做回路實現(xiàn)了原油防盜及陰極保護參數(shù)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(shù)進行有效的檢測 [10]。華北油田安裝數(shù)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(xiàn)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(yīng)用流量預(yù)警器，開發(fā)了單井防盜報警系統(tǒng) [13]。 縱覽國內(nèi)外關(guān)于油田原油計量和防盜的研究現(xiàn)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(chǔ)。但在迅速發(fā)展的同時還應(yīng)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(xiàn)場設(shè)備防盜的研究相對較少 。 論文 的主要研究內(nèi)容 分布式油田原油 計量 與 防盜 系統(tǒng) 是要實現(xiàn)在生產(chǎn)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(xiàn)場報警， 拍攝 現(xiàn)場 照片 ，以 為日后辦案提供證據(jù) 的功能 。 整個系統(tǒng)旨在 提高管理水平，為管理 者 提供科學(xué)準確的決策依據(jù)， 主要的研究內(nèi)容有： （ 1）儲油罐液面的探測 儲 油罐內(nèi)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(xiàn)的前提和關(guān)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)換為數(shù)字量， 對 數(shù)據(jù) 實時采集、 整理 和 前期運算處理 ，為 數(shù)據(jù)顯示和 傳輸 做好準備 。 （ 3）無線數(shù)據(jù)傳輸 由于各井場分散式布局，距離遠，地形地貌復(fù)雜，從經(jīng)濟安全角度考慮，采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。利用 GPRS 網(wǎng)絡(luò)，建立無線通信通道，把所采集的數(shù)據(jù)上傳到 計算機 監(jiān)控中心。 同時還需要研究在無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)偶然出現(xiàn)信號受阻問題的時候，如何保障測量數(shù)據(jù)的連續(xù)性，數(shù)據(jù)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(guān)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(xiàn)場圖片數(shù)據(jù)，為日后辦案提供證據(jù)。此外 考慮現(xiàn)場經(jīng)常也有其他設(shè)備被盜的現(xiàn)象，同時也要研究諸如變壓器、電機等設(shè)備的防盜報警功能。 論文的組織結(jié)構(gòu) 本項目源 自 于 陜西省 教育廳科技產(chǎn)業(yè)化培育項目， 項目編號 07JC05， 根據(jù) 本人 在 項目 中 承擔的 任務(wù) ，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(shè)計作了總結(jié)。 論 文共分為 7 章，其 組織 結(jié)構(gòu) 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(nèi)外研究現(xiàn)狀，最后給出了本 文的 主要研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu) 。 第 2 章 需求分析。根據(jù)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(guān)技術(shù)參數(shù)。 第 3 章 總體方案設(shè)計。 首先說明了整個系統(tǒng) 的 設(shè)計原則 ， 提出了系統(tǒng)總體設(shè)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(jié)構(gòu)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(guān)技術(shù)進行了介紹。 第 4 章 遠程 監(jiān)測終端的硬件電路設(shè)計。 遠程 監(jiān)測終端 采用模塊化的 電路設(shè)計 方法，依據(jù)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(shè)計。 遠程 監(jiān)測終端的軟件通過 先 分層、結(jié)合有限狀態(tài)機、利用事件驅(qū)動的編程思想來設(shè)計的。文中先介紹了軟件編程的思想，在此基礎(chǔ)上對 遠程 監(jiān)測終端的底層驅(qū)動程序和應(yīng)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(shù)據(jù)庫 和 監(jiān)控中心部分功能模塊 。 第 7 章 結(jié)論。文中對 所做的工作 進行了總結(jié)，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(guān)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(shè)計高質(zhì)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(yīng)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(yīng)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(nèi)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(shè)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(xiàn)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(yīng)具備以下功能： （ 1） 用非接觸測量 方法 ，對油罐內(nèi)的原油進行實時測量。 （ 2） 對油罐閥門的開關(guān)及設(shè)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(xiàn)場圖片并報警 。 （ 4） 油罐有 油位 上限報 警功能及現(xiàn)場 油位 顯示功能。 （ 5）采用 無線 數(shù)據(jù)傳輸方式 上傳檢測的各類數(shù)據(jù)。 （ 6） 現(xiàn)場調(diào)試、參數(shù)設(shè)置功能。 （ 7） 故障自診斷功能。 （ 8）電源必須冗余設(shè)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(xiàn) 以下功能 ： （ 1） 顯示遠程現(xiàn)場 監(jiān)測終端 的測 量 信息 。 （ 2） 應(yīng)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?nèi)我?油罐中原油 的現(xiàn)存量，歷史存量 。 （ 4） 下達各種測控指令 。 （ 5） 建立數(shù)據(jù)庫存儲現(xiàn)場數(shù)據(jù) 。 （ 6）及時的數(shù)據(jù)備份，保證 數(shù)據(jù)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(yīng)具備 如下幾點： （ 1） 具有 數(shù)據(jù)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(xiàn)場的圖片數(shù)據(jù)，以為 辦 案 提供 第一手資料 。 （ 2） 具有 數(shù)據(jù)處理功能 。遠程監(jiān)測終端 對模擬量可分別設(shè)置報警上、下限，有效上、下限，當數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通過 GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)場的儲油罐為對象，實現(xiàn)原油的計量和防盜，整個系統(tǒng)可以稍加修改應(yīng)用到其它設(shè)備的遠程監(jiān)控上，另外遠程監(jiān)測終端的硬件設(shè)計也為系統(tǒng)的功能擴展留有余地，以進一步實現(xiàn)對采油現(xiàn)場抽油機等設(shè)備 的監(jiān)控。 計算機 監(jiān)控中心軟件功能分析 根據(jù)項目需求 ， 計算機 監(jiān)測 中心軟件 應(yīng)具備通信 、數(shù)據(jù)庫管理及數(shù)據(jù)處理、各種顯示、報表打印和參數(shù)設(shè)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(wǎng)絡(luò)，接收監(jiān)測終端采集的 數(shù)據(jù) ；同時 可 下達各種控制命令給 遠程 監(jiān)測終端。 （ 2）數(shù)據(jù)庫管理及數(shù)據(jù)處理功能。 建立數(shù)據(jù)庫存儲現(xiàn)場數(shù)據(jù) ， 對通信采 集的原始數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)列表、分組數(shù)據(jù)列表、單點的歷史數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jù)需要將報表打印出來。可打印的內(nèi)容包括各種報表、統(tǒng)計圖表、趨勢曲線 等 各種表格。 系統(tǒng)技術(shù)參數(shù) 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(fù)雜。 （ 2） 溫濕度變化范圍大。 （ 3） 各種電磁干擾。 測量參數(shù)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(guān)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(guān)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(shè)計 方案 設(shè)計原則 系統(tǒng)的設(shè)計原則體現(xiàn)了整個系統(tǒng)的實現(xiàn)思路，是系統(tǒng)實現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)和依據(jù)。 根據(jù)分布式油田現(xiàn)場的實際情況， 本系統(tǒng)中 按下列原則進行了總體設(shè)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(shè)計，軟件的抗干擾和可靠性設(shè)計、系統(tǒng)故障的自保護、自檢