機(jī)采井節(jié)能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)應(yīng)用及分析

王永存

(大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心,黑龍江 大慶 163000)

某油田公司機(jī)采井、泵類(摻水泵、熱洗泵、注水泵)和加熱爐等重點(diǎn)耗能設(shè)備的監(jiān)測(cè)工作，由該公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心負(fù)責(zé)。2021年監(jiān)測(cè)各類耗能設(shè)備7 100臺(tái)，其中機(jī)采井監(jiān)測(cè)5 118臺(tái)，占比72.08%，每年機(jī)采井的監(jiān)測(cè)工作成為該監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心的重中之重。由于機(jī)采井監(jiān)測(cè)數(shù)量多，數(shù)據(jù)處理量大，進(jìn)一步加大了技術(shù)人員的工作量。在該監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心現(xiàn)有數(shù)據(jù)錄入管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，以機(jī)采井節(jié)能監(jiān)測(cè)為試點(diǎn)，進(jìn)一步向前端延伸，構(gòu)建機(jī)采井節(jié)能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)機(jī)采井監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與計(jì)算評(píng)價(jià)，并采集部分現(xiàn)場(chǎng)照片，達(dá)到測(cè)試結(jié)果與分析評(píng)價(jià)的可溯源。

1 油田數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心機(jī)采井節(jié)能監(jiān)測(cè)每次需要2名現(xiàn)場(chǎng)操作人員，一人負(fù)責(zé)連接電能分析儀，讀取機(jī)采井電參數(shù)；另一人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)抄錄電參數(shù)及井號(hào)、設(shè)備型號(hào)等其他參數(shù)。測(cè)試完成后，交予技術(shù)管理人員錄入數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)并結(jié)合采油廠提供的井下參數(shù)完成計(jì)算，形成監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果。測(cè)試過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)記錄主要以人工手寫為主，字跡不工整造成數(shù)據(jù)錄入環(huán)節(jié)識(shí)別困難等問(wèn)題，所以導(dǎo)致無(wú)法溯源。中石油各油田多數(shù)已采用數(shù)字化油田模式，采集機(jī)采井各項(xiàng)參數(shù)傳入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)分析計(jì)算。而中石油第三方節(jié)能監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)尚未實(shí)行機(jī)采井設(shè)備自動(dòng)采集與分析評(píng)價(jià)。

2 機(jī)采井節(jié)能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

機(jī)采井節(jié)能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)硬件主要由電能分析儀、便攜式示功儀、無(wú)線路由器和手持PAD終端四部分組成；軟件基于Android平臺(tái)開發(fā)，內(nèi)置于手持PAD終端，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算、分析、存儲(chǔ)、上傳等功能。

其中，電能分析儀用于測(cè)量機(jī)采井運(yùn)行電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等電參數(shù)，通過(guò)無(wú)線路由器傳輸至手持PAD終端。便攜式示功儀用于測(cè)量抽油機(jī)載荷、位移等參數(shù)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙傳輸至手持PAD終端。手持PAD終端內(nèi)置軟件接收電能分析儀和便攜式示功儀測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合錄入的其他參數(shù)完成對(duì)機(jī)采井的計(jì)算評(píng)價(jià)，并通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)上傳至節(jié)能監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)存儲(chǔ)。機(jī)采井節(jié)能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2.2 硬件設(shè)備改造方案

電能分析儀、便攜式示功儀不具有無(wú)線通信功能，因此為其外接無(wú)線中轉(zhuǎn)器，先將設(shè)備采集到的信息通過(guò)無(wú)線中轉(zhuǎn)器，借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給手持PAD終端。

為了實(shí)現(xiàn)兩類設(shè)備與無(wú)線中轉(zhuǎn)器的通信，分別對(duì)兩類設(shè)備做不同的改造，措施如下：

1)電能分析儀無(wú)線改造。將該分析儀通過(guò)有線連接至無(wú)線路由器，設(shè)置該分析儀的IP，F(xiàn)TP賬號(hào)密碼，作為無(wú)線自組網(wǎng)通信的唯一指向地址。該分析儀每次測(cè)量的數(shù)據(jù)，均會(huì)存儲(chǔ)在本地SD卡。手持PAD終端通過(guò)WLAN無(wú)線連接路由器，再通過(guò)該分析儀的預(yù)設(shè)IP和FTP賬號(hào)、密碼，抓取其測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密、轉(zhuǎn)換，提取有效數(shù)值，完成該分析儀的測(cè)試數(shù)據(jù)采集、傳輸和展示。

2)便攜式示功儀無(wú)線改造。功圖參數(shù)包括載荷、位移、沖程以及沖次等參數(shù)信息，功圖參數(shù)測(cè)量可采用無(wú)線傳輸功能一體化儀表模塊，將傳感器、調(diào)理電路、處理電路和無(wú)線藍(lán)牙模塊集成到一塊儀表內(nèi)部，便于攜帶、安裝。

采用一體化無(wú)線便攜式示功儀，數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙傳輸至手持PAD終端，無(wú)需增加數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊。

2.3 軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

該系統(tǒng)軟件基于Android平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，架構(gòu)如圖2所示。主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、計(jì)算分析、存儲(chǔ)、上傳等功能。

該系統(tǒng)軟件分為首頁(yè)、測(cè)試、上傳、公式和標(biāo)準(zhǔn)五個(gè)主頁(yè)面。其中，公式和標(biāo)準(zhǔn)頁(yè)面用于展示機(jī)采井系統(tǒng)效率計(jì)算公式和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1)首頁(yè)。該軟件默認(rèn)顯示首頁(yè)，顯示根據(jù)節(jié)能監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)PC端下達(dá)的當(dāng)日測(cè)試計(jì)劃，包括測(cè)試井的數(shù)量、井號(hào)等。

圖1 機(jī)采井節(jié)能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)架構(gòu)示意

圖2 機(jī)采井節(jié)能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)軟件架構(gòu)示意

2)測(cè)試。測(cè)試頁(yè)面會(huì)顯示測(cè)試計(jì)劃列表及當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。測(cè)試列表具有添加功能，可臨時(shí)添加測(cè)試井號(hào)，錄入測(cè)試井的信息。若網(wǎng)絡(luò)連接成功，則通過(guò)時(shí)間條件篩選，可查詢歷史的測(cè)試記錄；若為離線狀態(tài)，僅可顯示當(dāng)日的測(cè)試井號(hào)、各項(xiàng)采集數(shù)據(jù)狀態(tài)。

3)上傳。上傳頁(yè)面包括了單井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入、照片信息上傳及接收硬件測(cè)試數(shù)據(jù)上傳等界面功能。單井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入信息界面如圖3所示。

4)計(jì)算公式。軟件中計(jì)算公式依據(jù)GB/T 33653—2017《油田生產(chǎn)系統(tǒng)能耗測(cè)試和計(jì)算方法》中7.2節(jié)相關(guān)內(nèi)容。

5)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)采井節(jié)能監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T 31453—2015《油田生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)規(guī)范》中4.1節(jié)內(nèi)容評(píng)價(jià)。

圖3 單井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入信息界面示意

評(píng)價(jià)過(guò)程中，抽油機(jī)井系統(tǒng)效率(稀油井)限定值和節(jié)能評(píng)價(jià)值為綜合考慮油田儲(chǔ)層類型、泵掛深度、井眼軌跡等影響因素后的計(jì)算值。

當(dāng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、采集信息都完善時(shí)，軟件自動(dòng)得出各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果和評(píng)價(jià)結(jié)果，并得出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。其中各單項(xiàng)指標(biāo)都合格時(shí)，判定為綜合評(píng)價(jià)合格。

3 應(yīng)用情況

該數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)實(shí)施后，通過(guò)采集機(jī)采井設(shè)備運(yùn)行電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等參數(shù)和抽油機(jī)光桿功率及功圖；應(yīng)用手持PAD終端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備型號(hào)參數(shù)拍照保存，作為數(shù)據(jù)分析及溯源依據(jù)。徹底改變了以往人工抄錄式的監(jiān)測(cè)模式，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員只需連接儀器和現(xiàn)場(chǎng)拍照即可，節(jié)約了時(shí)間。實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與評(píng)價(jià)計(jì)算，大幅提高了節(jié)能監(jiān)測(cè)的效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)采井節(jié)能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)采井監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算、評(píng)價(jià)等功能；通過(guò)無(wú)線網(wǎng)傳輸至生產(chǎn)管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)采井的實(shí)時(shí)監(jiān)控。對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)不理想時(shí)，可采用將采集數(shù)據(jù)臨時(shí)儲(chǔ)存在手持PAD終端方式，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)恢復(fù)正常后再統(tǒng)一上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)，大幅提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，避免因網(wǎng)絡(luò)信號(hào)差而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。