试油 (气 )作业综合监控系统设计

金俊 柯擎

西安方元能源工程有限责任公司 陕西西安 710201

摘要：为了实现对试油（气）作业现场可视化、智能化管理，研发了试油（气）作业综合监控系统。系统主要由三部分组成，生产动态数据监测系统、视频监控系统、数据云平台。文章介绍了各部分的主要功能、架构方案、设计原理等。

关键词：数据监测；数传模块；视频监控；远程监控；云平台

中图分类号：TE273 文献标识码：B

0 引言

我国各大油田都在积极开展数字化油田建设，取得了显著的成效，特别是物联网和云计算等项目的开展。未来，数字化油田、大数据的应用将是油田发展的必然趋势。目前试油（气）作业现场存在施工作业不规范、安全意识不足、有弄虚作假情况等问题，而勘探部项目组缺乏高效的监管手段。试油（气）作业综合监控系统将数字化技术应用到试油现场，将作业全过程搬入计算机。系统集成了生产动态数据监测系统、视频监控系统、数据云平台，实现了采集、传输、监控等功能一体化，全方位的监控试油（气）现场作业动态，记录分析关键数据，能够有效提升项目组对现场施工的安全监管效能和管理效率。

1 生产动态数据监测系统

1. 1. 功能与架构

现场实时采集和记录生产动态数据，通过软件算法进行分析计算可得到起下油管速度、根数、起下深度，抽汲时间、次数、抽液量、动液面深度等数据，并记录保存。数据实时上传至数据云平台，用户可通过远程客户端实时查看数据动态，也可随时查询历史数据，根据绘制曲线分析在何时进行何种作业。

现场架构主要包括以下几部分：

1. 数据采集与传输设备（载荷仪）。安装在大绳上，只要保证供电正常，即无需值守，自动采集作业过程中的载荷变化数据。具有三种通信方式：wifi、lora、4G全网通数传模块。

2. 现场实时监测设备。现场采用工业级平板电脑，上面安装实时监测软件，通过WiFi和数据采集与传输设备连接。模块化设计，根据当前工况选择对应模块下油管、起油管、抽汲，可根据采集原始数据自动分析计算出生产动态数据。

3. 稳压电源。为数据采集与传输设备提供稳定的工作电压。

1. 1. 数据模型建立

1. 下油管过程

a大钩从地面吊起一根油管放入井中；b使用专用卡盘，将油管的上端卡到井口；c再吊起下一根油管；d将油管的下端与井口油管的上端拧接到一起；e松开卡盘；f下放油管；g重复b到e的操作直至第一根油管到达井底。

通过对过程的分析，在下油管过程中，载荷仪的张力值变化曲线应如下图所示。

附图1 下油管过程张力变化曲线

图中横坐标为时间轴，纵坐标为张力值。下油管过程的显著特征是，张力值脉冲幅度连续递增，每两次递增脉冲中间夹一个单根油管重量的脉冲。

2. 起油管过程

起油管过程为下油管过程的一个逆过程。起油管过程的显著特征是，张力值脉冲幅度连续递减，每两次递减脉冲中间夹一个单根油管重量的脉冲。

3. 抽汲过程

附图2 单次抽汲过程张力变化曲线

1. 3. 算法开发

编程环境：Matlab2016a

采用小波分析算法，对采集回来的数据使用MATLAB进行曲线绘制，模式识别。得出每个阶段对应是什么操作过程。

2 视频监控系统

2. 1. 功能与架构

实现试油（气）现场监视、现场录像、录像检索回放、视频服务接口提供、视频后台管理和视频数据库管理等功能。

系统主要架构分为前端采集系统、传输系统、存储系统、大屏显示系统、视频监控联网平台五大部分。现场主要设备有3G/4G NVR、显示器、网络枪机、网络球机、稳压电源等。

2. 2. 接入方式

需要在每个试油作业区至少放置两台摄像机，一台网络枪机用于监控井口视频、一台网络球机用于监控整个作业区，采用POE集中供电的方式，将区域内多个IPC通过网线接入3G/4G NVR，NVR负责存储编码后的视频信号，以及与运营商网络进行通信。

2. 3. 网络方案

3G/4G传输网络及IP网络均直接租用运营商网络， 4G系列产品支持移动、电信、联通三家运营商多种制式无线网络，可满足各种运营商网络覆盖条件下视频信号的传输需求。

3 数据云平台

3. 1. 功能与架构

生产动态数据信号和视频信号实时上传至云平台，进行云计算、云存储。用户可以使用手机、电脑等设备上的远程客户端随时随地进行访问，同时查看生产动态数据和现场视频，也能进入历史数据界面，选择生产过程中任何时段进行查看。数据与视频结合的方式，让生产动态可视化、透明化，实现安全监管智能化。系统整体架构如下图。

附图3 整体架构

3. 2. 应用实例

“板**”井场，2019年6月10日，远程客户端监控：作业动态载荷和视频信号正常。历史数据查看2019-5-30 12:00至2019-5-31 06:00时段正在持续进行抽汲作业。

附图4 “板**”井远程监控

4 结束语

试油（气）作业综合监控系统已经在长庆油田和大庆油田取得应用，各项功能效果达到预期水平，颇受用户好评。根据现场试验与应用验证，试油(气)作业综合监控系统实现了自动采集、智能处理传输、随机可视、后台监控、永久保存等功能一体化，将试油（气）作业全过程搬入计算机，即能有效协助现场作业，又能帮助用户全程监控现场，提高管理效率。

参考文献：

1. 文浩，杨存旺. 试油作业工艺技术.北京：石油工业出版社.2002.

第一作者简介：金俊，男，1983年生，工程师，2006年毕业于中国地质大学（武汉）测控技术与仪器专业，现为西安方元能源工程有限责任公司技术开发部主管。邮编：710201。

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