基于gprs的分布式油田原油计量和防盗系统设计-浙江大学

基于gprs的分布式油田原油计量和防盗系统设计-浙江大学内容摘要：

...............................................................90 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 ...................................................91 基于 GPRS 的分布式油田原油计量和防盗系统设计 1 1 绪论 项目 背景及研究的目的和意义 能源问题是一个国家经济发展的命脉，它严重影响着工业 化进程的步伐。 而石油能源又被誉为“工业的血液”，因而一个国家石油的储量将很大程度影响该国经济发展的速度。 我国是一个石油资源不十分丰富的国家，自 1993 年开始，我国便超越日本成为仅次于美国的世界上第二大石油进口国 [ 1]， 能源 机构预测显示，为了保持高经济增长势头，在 2040 年，中国将有 87％的原油依赖于进口 [2]。 我国相当一部分油田的井场属于 分布式布局， 分布式 布局 指的是油井数量多且分布比较零散，各个井场之间相隔几十甚至上百公里，分散布局在各个山头或沟壑， 每个井场由 3~10 口井组成，每口油井独立对应一个标准储油罐。 由于各个井场 储油罐相距较远 ，目前采用的储油方法是各井场独立存油，一段时间后再 通过拉油车将原油运输到储油中心。 管理方面 当前多采用看井工人工管理和统计每日原油灌的储存量，缺少必要的监控手段，所以错报漏报甚至瞒报现象时有发 生 ，并且由于缺乏监管机制，使不法分子有机可乘，偷盗油现象很严重 ， 据有关资料，目前陕北共有分布式油井 3 万多口，以产油 100 万吨为生产计划，历年来丢油的数量十分惊人，被偷盗原油占总产量的 10％ ~15％之间 [ 3]。 以上存在的问题对油田的管理带来 很大 影响，并严重影响了经济效益。 随着我国 国民经济的高速发展，市场对石油的需求也日益增多，面对市场经济中石油 企业之间的激烈竞争，如何采用集中化、自动化、网络化的技术手段来实现对 分布式油田的 原油 计量与防盗，降低生产运行维护成本，提高工作效率，以取得更好的经济效益，是分布式油田 管 理 面临的新 问题。 针对分布式油田原油计量和防盗存在的问题， 本 论文 提出了油田的原油计量和防盗的自动化监控管理方案。 该方案运用 GPRS 无线技术作为通信媒介，利用自动化监测技术，实现对分布式油田的原油计量和防盗的远程监控， 可以节省人力物力，降低劳动成本，改善工人工作条件，提高生产效率与管理水平。 项目 的国内外研究现状 经过多年的发 展，我国石油勘探开发领域技术水平发展很快，并取得良好的经济效益， 而在对 采油现场的 原油生产自动化管理上，国内石油企业与国外基于 GPRS 的分布式油田原油计量和防盗系统设 2 同行还是有一定差距。 国外的油田大多采用数字化信息技术对油田 进行实时监控， 国内目前只有少数大型、集中分布的油田能够实现自动化控制 ， 多数的分布式油田工作状况的管理基本上还是依靠人工的方法测控，大量参数需要报交技术人员进行分析判断 再 得出相应结论。 针对原油的计量和防盗， 国内目前的发展状况是： 在原油计量方面，国内自 二十世纪八十年代末在原油计量管理上推行了三级计量 [4]（ 分厂计量、分矿计量、分队计量 ）， 采用单独计量 、 计算管理模式 ， 该模式对于当时国内各油田都处于开发中期环境下 ， 原油生产计量 、 外输交接 、 生产管理与决策起到了很大的作用。 随着国内大部分油田开发都进入到后期 ， 产能递减 ， 产液量增加 ，油井 、 计量站规模加大 ， 原三级计量管理模式在某种程度上不能满足 当前 油田开发生产 的 需要。 近年来 国内对原油计量的研究主要有： 李昌岭工程师用流量计 对原油进行实时测量，用标量体积管来完成对流量 计 的在线标定 [5]；刘晓良工程师采用三相工艺流程对原油进行测量，用油气分离器和压力平衡器对液位进行标定 [6]；侯鹏倩工程师应用靶式流量计的原理，对原油计量中的密度进行了修正，解决了含有泥沙杂质的原油计量问题 [7]。 长庆气田采用差压式孔板流量计，实现了计算机连续测量，保证了计量的准确性 [8]。 袁波等人应用玻璃管液面计 量法，实现对油田的遥控遥测 和 无人值守 [9]。 在原油防盗技术研究方面， 随着计算机和信息图像 技术的不断发展，越来越多的技术手段被应用在原油防盗问题的解决上，但 目前的研究主要集中在对原油的管道运输防盗上。 大港油田应用声波原理，以管道做信道，大地做回路实现了原油防盗及阴极保护参数自动遥测监控系统，可实时对原油输送管道及阴极保护参数进行有效的检测 [10]。 华北油田安装数字视频监控系统，以视频替代了操作人员的巡视 [11]。 李华工程师在长庆油田采用瞬态负压波法，实现长输管道的泄漏定位，并实时反馈 给 控制中心 [12]。 孔令 波工程师在胜利油田应用流量预警器，开发了单井防盗报警系统 [13]。 纵览国内外关于油田原油计量和防盗的研究现状及发展趋势，为油田原油计量 与 防盗 远程监控方面的研究奠定了扎实的基础。 但在迅速发展的同时还应当看到对于集中式储油的管线运输防盗与计量问题研究的相对较多，而对分布式井场原油 计量 与 防盗 和现场设备防盗的研究相对较少。 论文 的主要研究内容 分布式油田原油 计量 与 防盗 系统 是要实现在生产管理控制中心，对分散在各局部地域储油罐的实时监控，随时掌握各油罐的储油量及总体储油量， 同时基于 GPRS 的分布式油田原油计量和防盗系统设计 3 若有 原油 被盗 时现场报警， 拍摄 现场 照片 ，以 为日后办案提供证据 的功能。 整个系统旨在 提高管理水平，为管理 者 提供科学准确的决策依据， 主要的研究内容有： （ 1）储油罐液面的探测 储 油罐内部液面的变化直接反映着原油的储量和正常、异常放油的情况，对原油液面探测是系统实现的前提和关键。 储 油罐在野外，风沙大，温差大，环境恶劣，因此 还必须研究非接触式 测量在恶劣环境下 探测容积变化的模式 和方法，以及工作的准确性、可靠性和安全性等问题。 （ 2）数据采集 通过传感器将液位变化的物理量和 储 油罐阀门开启位置的变化量转换为数字量， 对 数据 实时采集、 整理 和 前期运算处理 ，为 数据显示和 传输 做好准备。 （ 3）无线数据传输 由于各井场分散式布局，距离远，地形地貌复杂，从经济安全角度考虑，采用无线数据传输技术。 利用 GPRS 网络，建立无线通信通道，把所采集的数据上传到 计算机 监控中心。 同时还需要研究在无线数据网络偶然出现信号受阻问题的时候，如何保障测量数据的连续性，数据不丢失。 （ 4）建立可靠的防盗报警系统 原油的防盗报警是 整个系统的重要 功能， 从多个方面保证报警系统的可靠性，一是研究放油阀门异常开启的报警，即 开关报警量；二是研究 油位 在非正常时间，异常变化的报警，即模拟 报警量；三是 当有异常报警发生时，采集现场图片数据，为日后办案提供证据。 此外 考虑现场经常也有其他设备被盗的现象，同时也要研究诸如变压器、电机等设备的防盗报警功能。 论文的组织结构 本项目源 自 于 陕西省 教育厅科技产业化培育项目， 项目编号 07JC05， 根据 本人 在 项目 中 承担的 任务 ，论文中 对 远程 监测终端的硬件和软件 开发 作了详细 介绍 ，对 计算机 监 控 中心软件 开发 只 作了简要介绍， 论文 最后对 远程 监测终端 的 开发 设计作了总结。 论 文共分为 7 章，其 组织 结构 如下： 第 1 章 绪论。 主要介绍 项目 背景及研究目的和意义，国内外研究现状，最后给出了本 文的 主要研究内容和组织结构。 第 2 章 需求分析。 根据系统需要解决的问题，对整个系统进行了功能分析，确定了系统各个部分的功能，最后给出了系统的相关技术参数。 基于 GPRS 的分布式油田原油计量和防盗系统设 4 第 3 章 总体方案设计。 首先说明了整个系统 的 设计原则 ， 提出了系统总体设计方案。 整个系统由 远程 监测终端和计算机监控中心两个部分组成，介绍了这两个部分的结构框图，然后对整个系统的可行性进行了分析，最后对 远程监测终端 开发将用到 的 相关技术进行了介绍。 第 4 章 远程 监测终端的硬件电路设计。 远程 监测终端 采用模块化的 电路设计 方法，依据系统功能自顶向下的把硬件分成了五 个模 块，文中对各个模块的电路进行了详细说明。 第 5 章 远程 监测终端的软件设计。 远程 监测终端的软件通过 先 分层、结合有限状态机、利用事件驱动的编程思想来设计的。 文中先介绍了软件编程的思想，在此基础上对 远程 监测终端的底层驱动程序和应用层程序进行了 介绍。 第 6 章 计算机监控中心的软件开发。 文中 简要 介绍了 系统中使用的 数据库 和 监控中心部分功能模块。 第 7 章 结论。 文中对 所做的工作 进行了总结，并提出了目前存在的不足和今后 改进 的方向。 基于 GPRS 的分布式油田原油计量和防盗系统设计 5 2 需求分析 充分理解需求信息对系统开发的成功至关重要，对需求进行详尽的分析、准确的描述 可 以缩短开发周期、降低后期开发成本，也是设计高质量、高可靠性系统的首要工作。 本章通过对 分布式油田的原油计量和防盗需求上进行分析， 以 明确开发 目标， 满足 油田管理自动化 应用需求。 系统 要解决的问题 整个 系统 主要解决 分布式油田的原油 计量 和丢 盗油问题。 分布式油田的特点是 ： 井场井群分散布局在各个山头或山沟之间，每个井场由 3~10 口井组成，每口油井独立对应一个标准储油罐，待标准油罐储存满后，由 20~50 吨 的油罐车运到统一的集油站， 完成由分散到集中的过程。 集 中后的原油计量与保管非常标准正规 ， 本 系统 主要 针对的是 分散过 程的 原油 计量 与 丢盗油 问题 ， 主要包括以下两个方面的内容： （ 1） 研发原油实时动态计量系统。 解决长期以来油田存在的计量方式简陋，实时性差，人为误差大的问题。 （ 2）设计 防盗油报警系统。 针对 分布式 油 田油井 分布的地域广，不好管理 的问题 ， 解决 丢盗油现象。 远程 监测终端的要求 系统 针对 分布式 油田的实际状况 ，要求监测终端应具备以下功能： （ 1） 用非接触测量 方法 ，对油罐内的原油进行实时测量。 （ 2） 对油罐阀门的开关及设备的运行状态能进行远程监控。 （ 3） 当有偷盗油时，抓拍现场图片并报警。 （ 4） 油罐有 油位 上限报 警功能及现场 油位 显示功能。 （ 5）采用 无线 数据传输方式 上传检测的各类数据。 （ 6） 现场调试、参数设置功能。 （ 7） 故障自诊断功能。 （ 8）电源必须冗余设计，确保系统供电。 （ 9）具备一定的升级换代 和 扩展功能。 计算机 监控中心 的要 求 计算机 监控中心 要求 实现 以下功能 ： 基于 GPRS 的分布式油田原油计量和防盗系统设 6 （ 1） 显示远程现场 监测终端 的测 量 信息。 （ 2） 应能自动生成油罐存油的日、月 、年 报表。 （ 3） 统计分析功能，可以查询任意 油罐中原油 的现存量，历史存量。 （ 4） 下达各种测控指令。 （ 5） 建立数据库存储现场数据。 （ 6）及时的数据备份，保证 数据不丢失。 （ 7）报表打印功能。 远程 监测终端功能分析 分析 整个 项目对远程监测终端需求的功能， 总的来说 应具备 如下几点： （ 1） 具有 数据采集存储功能。 远程 监测终端的基本功能是 实时 监测存油罐中 油位 高度、油罐阀门状态、报警器状态，当 报警器被触发 时，采集现场的图片数据，以为 办 案 提供 第一手资料。 （ 2） 具有 数据处理功能。 远程监测终端 对模拟量可分别设置报警上、下限，有效上、下限，当数据越限值时可生成报警记录。 （ 3） 具有 通信功能。 远程监测终端把各监测数据通过 GPRS 无线网络发送至计算机监控中心，其通讯方式采用 突发事件主动上报和定时上报两种。 远程监测终端也能接收来自监控中心的各种命令。 （ 4） 具有 电源切换及电池充电功能。 当有交流电源时系统使用交流电源为系统供电，并给蓄电池充电。 当交流供电丢失时，系统能够自动切换到由蓄电池为系统供电，并保证系统在电池供电的情况下可以持续工作一定的时间。 （ 5） 具备 一定 的 功能 扩展 能力。 本课题中以分布式油田采油现场的储油罐为对象，实现原油的计量和防盗，整个系统可以稍加修改应用到其它设备的远程监控上，另外远程监测终端的硬件设计也为系统的功能扩展留有余地，以进一步实现对采油现场抽油机等设备 的监控。 计算机 监控中心软件功能分析 根据项目需求 ， 计算机 监测 中心软件 应具备通信 、数据库管理及数据处理、各种显示、报表打印和参数设置等功能， 计算机监控中心 软件的功能分述如下： （ 1）通信功能。 计算机 监控中心通过 固定的 IP 地址接入 Inter 网络，接收监测终端采集的 数据 ；同时 可 下达各种控制命令给 远程 监测终端。 （ 2）数据库管理及数据处理功能。 建立数据库存储现场数据 ， 对通信采基于 GPRS 的分布式油田原油计量和防盗系统设计 7 集的原始数据进行加工处理 、 并进行各种累计和统计工作。 （ 3）显示功能。 全部数据列表、分组数据列表、。