基于传感器组网的油田生产管控信息系统

摘 要：通过运用物联网、传感器技术、嵌入式开发技术、通信技术、组态技术、音视频监控技术、GIS、GPS和软件工程等技术来解决油田生产管理中的生产信息监测与控制，建立从生产现场，经中转输送至后台生产综合监控中心的三级实时监测调度管控系统，并对采集回的数据进行分析、分类和处理，实现油田厂、矿、站生产数据的实时同步及控制，建立油田安全生产智能管控和辅助决策系统，并实现对油田安全生产中的突发事件按相应的应急预案有序处置。

关键词：传感器 信息采集 无线通信 生产管控 信息系统

一、项目的提出背景

传统的油田采油管理方法是人工巡视法，仅靠人工查看记录机器的运行情况，由于油井数量多和分布广，致使每日查看的次数有限，数据反馈不及时，而且劳动强度大，同时存在人工填报或抄报数据报表时人为错误等问题。为解决上述问题，提出设计和实施基于传感器组网的油田生产管控信息系统。

二、系统设计目标

针对油田的采油井数量的不断增加，采用传统手段管理油井已经十分困难，不能满足现代化管理的要求，而提出的一种借助新的管理方式、管理理念的现代化管理系统。针对提高生产效率、降低劳动强度、规范管理流程、精确数据采集、全面系统分析，进而提高经济效益和提高油田管理水平。该系统的建设目标为：

1.通过专用移动终端随时掌握油井工况，提高工作效率，提高原油产量

通过移动终端可随时掌握现场机器或设备的运行情况，及时发现异常，及时处理，提高维修、维护的及时率。

2.远程监控，降低劳动强度，提升管控水平

通过无线传感器网络和远程视频监测，可从根本上改变劳动强度大、工作效率低、记录数据不准确、数据间隔时间长，不科学的现状，更有利于科学决策组织生产。

3.通过物联网定位技术，清楚指示故障油井的地理位置

通过对各油井设定不同的IP地址并与地理信息系统相结合的方式，在电子地图上清楚地显示各油井的精确位置。

4.提高可利用资源信息的综合分析能力

实现网络组织和优化，为决策和经营部门提供定量的分析手段。将油井的实时数据直接传送到企业信息化管理系统内，为企业领导监督采油进度、了解油井状况，提供第一手资料。

三、系统拓扑结构设计

该系统拓扑结构，由节点控制站（由流量传感器、压力传感器、多种电量传感器及其控制柜组成）、转油站和油田管理监控中心形成三级分布式计算机控制系统。级间控制采用ZigBee和3G相结合的无线远程通信传输方式。

监控中心上位机作为管理计算机操作站，主要完成遥控、遥测、数据存储、技术分析、数据检索、系统维护、地理信息显示和报表打印等功能。转油站主要完成通信接力、必要的控制和显示功能；节点站下位机为前置控制机，可完成压力、流量、电源、报警等检测数据的实时采集和控制。

四、系统组成设计

该系统以服务器群组为核心，建设8个应用子系统，形成厂—矿—站3级网络系统。建立包括通信调度指挥子系统、生产现场视频监控子系统、信息共享接口子系统、生产规划辅助决策子系统、油田安全生产质量评价子系统、网络办公子系统、地理信息应用子系统和采油设备智能调度与监控子系统等的8大子系统，具体设计功能如下：

1.通信调度指挥子系统

由无线移动通信单元、有线通信网单元、自主专网通信单元和信息安全单元组成，完成该系统的从生产现场、中转站、联合站和监控中心间安全的通信及通信组网，是各级各种相关信息的传输和交互的安全通道。

2.生产现场监控子系统

由油井信息单元、中转站信息单元、联合站信息单元和储运站信息单元组成，完成对油田生产各环节中的生产数据、设备参数、现场音视频的监测和采集，并自动控制相应的数据参数。

3.信息共享接口子系统

由上级主系统单元、下级分系统单元和预留其他信息接口单元组成，完成该系统与上级管理主系统、下级分系统的信息、数据共享，相互调用等功能，并预留其他功能共享的拓展接口。

4.生产规划辅助决策子系统

由提供数据及数学模型单元和模拟决策及检查效果单元组成，通过对采集到的各种数据信息的分析和挖掘，建立数学模型，为相关生产和管理决策者提供决策参考。

5.油田安全生产质量评价子系统

由指标体系模型单元、生产质量评价单元和发展策略调整单元组成，结合生产规划辅助决策子系统，建立安全生产指标体系模型，对生产质量进行跟踪和评价，进而对油田生产的发展策略进行必要的调整。

6.网络办公子系统

即内网办公系统，完成相关公文、人力资源、财务、生产、市场和研发系统的规范化办公流转，实现无纸化办公。

7.地理信息应用子系统

包括属性检索分析单元、GIS评估分析单元、管网覆盖分析、道路规划辅助分析单元和其他地理信息应用单元组成，该系统完成基于油田电子地图的开发和管理应用，通过对各图层的分类标注，可从全局掌控油田生产相关的各种设备、设施、管网和道路等信息的详细分布，便于生产管控。

8.采油设备智能调度与监控子系统

由车辆定位监控单元、信息统计分析、应急调度指挥单元和信息广播或查询单元组成，该系统完成对油田所属各种车辆位置及油耗的GPS跟踪定位，对生产及运输车辆基于物流层的查询、广播通知、调度和指挥，提升车辆的管理和调度水平，节能降耗，进而科学提升油田安全生产效率。

五、系统建设的意义

该系统在油田推广应用后，油田企业不但可以进一步实现科学管理和安全生产，还可以改革创新传统的管理模式和生产方式，进一步降低油田工人的劳动强度，减少或避免污染物的排放等，达到油田可持续发展的目标，并能促进油田人民物质文化和生活环境的改善和提高，还可以促进民族工业的进步，推进相关产业的发展，而且对构建和谐社会，全面落实科学发展观具有重要的社会意义。