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1、油气生产物联网,通信公司2019年3月,目录,基础知识和术语,油气生产物联网系统应用,油气生产物联网逻辑结构,油气生产物联网感知层,油气生产物联网应用层,油气生产物联网涵盖内容,油气生产物联网网络层,油气生产物联网功能,油气生产物联网发展过程,油气生产物联网基础知识和术语,油气生产物联网系统 the internet of things for the production of oil and gas 油气生产物联网系统是利用物联网技术，实现油气田单井、计量间、集输站、联合站、处理厂生产数据、设备状态信息在采油采气厂生产指挥中心及生产控制中心集中管理和控制的系统。数据采集与监控子系统 dat
2、a acquisition and control system 采用传感和控制技术建设的油气田地面生产各环节生产运行参数自动采集、生产环境自动监测、物联网设备状态自动监测的系统。,1.基础知识和术语,数据传输子系统 data transmission system 采用无线和有线相结合的组网方式，为数据采集和监控子系统和生产管理子系统提供安全可靠的网络传输系统。生产管理子系统 production monitoring and management system采用数据处理和数据分析技术构建的涵盖生产数据实时监测、生产分析、安全预警、运行调度、数据管理等功能的信息管理系统。ZigBeeZig
3、Bee是基于IEEE Std 802.15.4标准的低功耗短距离个域网协议。,油气生产物联网基础知识和术语,工业无线网络WIA技术 wireless networks for industrial automation WIA是基于IEEE Std 802.15.4标准的用于工业过程测量、监视与控制的无线网络系统，实现了一个覆盖工厂范围的智能无线网络，无需基站、自动组网、自动维护。采用网状网络、自适应跳频、多路径传输、高精度时间同步等方法，实现了工业现场环境下高可靠、高实时、高节能通信。A11-GRM通信协议 A11-GRM communication protocol中国石油油气生产物联网系
4、统无线仪表通信协议，G（Gateway）代表网关，R（RTU）代表进程终端单元，M（Meter）代表仪表。,油气生产物联网基础知识和术语,McWiLL(Multi-Carrier Wireless Information Local Loop，多载波无线信息本地环路)是移动宽带无线接入(BWA)系统，也是SCDMA综合无线接入技术的宽带演进版。McWiLL与Wi-Fi和CDMA 1XDO的兼容效果都很好，基本符合了标准化组织的要求。CDMA：CDMA（码分多址）是指用于二代和三代无线通信中任何一种协议。CDMA是一种多路方式，多路信号只占用一条信道，极大提高带宽使用率RFID：射频识别(RFI
5、D)是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签从识别器得到能量，不需要电池;也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波。,油气生产物联网基础知识和术语,从概念上来讲，RFID类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是使用专用的扫描读写器采用光信号将附着于目标物的条形码信息扫描到系统中;而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID标签，利用频率信号将信息由RFID标签传送至RFID读写器。从结构上讲R
6、FID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，一个询问器(平台)和很多应答器。标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。,油气生产物联网基础知识和术语,WiFi：Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM 射频频段。连接到无线局域网通常是有密码保护的；但也可是开放的，这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。3G：第三代移动通信技
7、术（英语：3rd-generation，3G），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音（通话）及数据信息（电子邮件、即时通信等）。3G的代表特征是提供高速数据业务，速率一般在几百kbps以上。4G：4G是第四代通讯技术的简称，G是generation（一代）的简称。4G系统能够以100Mbps的速度下载，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。,油气生产物联网基础知识和术语,GPRS：通用分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService)的简称，GPRS经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和
8、第三代（3G）移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。,油气生产物联网基础知识和术语,其工作原理是，在DTU处设置远端服务器的IP地址和监听端口号，通过这两个参数，DTU就可以与远端服务器建立连接，实现数据通信。DTU作为服务器模式使用时，DTU将一直处于监听等待状态，监听由远程客户端发起的连接。远程客户端要建立通讯必须知道服务器设备的IP地址和监听端口号。DTU作为客户端模式使用时，DTU设备先要与服务端建立连接。通过串口与DTU相连的设备首先向串口发送数据，DTU(处于透传模式)接收并缓存这些数据；如果DTU没有与远程服务器建立连接，则DTU首先要
9、建立这个连接。连接被建立，数据就可以在客户端与服务端之间双向传输。,油气生产物联网基础知识和术语,无线示功仪传感器,油气生产物联网基础知识和术语,油气生产物联网基础知识和术语,无线示功仪挂载到抽油机悬绳器上，进行实时数据采集;功图数据通过示功仪自带的 DTU模块发送到监控中心,还可以通过现场 Zigbee等无线系统发送到 RTU 采集终端，实时了解油井的运行信息。工作原理：示功仪定期采集抽油井悬绳器上下运动 时的加速度和载荷数据，加速度通过软件积分算法得出 相应的位移，位移和载荷数据经过处理打包成功图数据存储到 flash 中。自带的 DTU 模块在工作期间与远程服 务器建立连接，服务器从定时
10、上传上来的示功仪心跳包 识别油井，然后通过通讯连接通道发送指令读取功图数 据和进行其它操作。,油气生产物联网基础知识和术语,RTU,RTU是REMOTE TERMINAL UNIT 的简称，中文名称为远程测控终端，用于监视、控制与数据采集的应用。具有遥测、遥信、遥调、遥控功能。既能远程监测、亦可远程控制，是集数据采集、控制、传输功能于一体，采用低功耗设计，适用于工业及太阳能供电的野外现场。,DTU,DTU(Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。,油气生产物联网基础知识和术语,压力变送器,一般意
11、义上的压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力传感器）、测量电路和过程连接件三部分组成。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如420mADC等），以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。压力变送器是一种接受压力变量,经传感转换后,将压力变化量按一定比例转换为标准输出信号的仪表。变送器的输出信号传输到中控室进行压力指示、记录或控制。我国国标的精度就为0.5%.高精度压力变送器（0.1%或0.2%或0.075%）。,油气生产物联网基础知识和术语,温度变送器,采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤
12、波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的420mA电流信号输出。精度等级:0.5%.F.S（full scale)输入信号：热电偶：K、E、J、B、S、T、N。热电阻：Pt100、Cu50、Cu100（三线制、四线制）。智能型温度变送器的输入信号可通过手持器和PC机任意设置；输出信号：在量程范围内输出420mA直流信号，与热电偶或热电阻的输入信号成线性或与温度成线性。智能型温度变送器输出420mA直流信号同时叠加符合HART标准协议通信；隔离式温度变送器：输入与输出相隔离，隔离电压500V，增加了抗共模干扰能力，更适合与计算机连网使用；。,油气
13、生产物联网基础知识和术语,基本误差：0.5%FS、0.2%FS、智能型0.2%FS；接线方式：二线制、三线制、四线制；显示方式：四位LCD显示现场温度，智能型四位LCD可通过PC机或手持器设定使之显示现场温度、传感器值、输出电流和百分比例中的任一种参数；工作电压：普通型号12V-35V，智能型12V-45V，额定工作电压为24V允许负载电阻：500（24VDC供电）；极限负载电阻R（max）=50（Vmin-12）,例如在额定工作电压24V时，负载电阻可在0-600范围内选择使用。工作环境：a:环境温度-25-+80（常规型）-25-+70（数显型）-25-+75（智能型）b:相对湿度：5%-
14、95%c:机械振动f50Hz,振幅0.15mmd:无腐蚀气体或类似的环境；环境影响系数：0.05%/。,油气生产物联网基础知识和术语,热电阻：,热电阻(thermal resistor)是中低温区最常用的一种温度检测器。它主要特点是测量精度高，性能稳定，热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，目前应用最多的是铂和铜。与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特点，因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。目前主要有金
15、属热电阻和半导体热电阻两类。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下近似关系式表示：Rt=Rt01+(t+t0)式中，Rt为温度为t时的阻值；Rt0为温度为t0（通常t0=0）时对应的电阻值；为温度系数。,热电阻,油气生产物联网基础知识和术语,半导体热敏电阻的阻值和温度关系为：Rt=AeB/t式中Rt为温度t时的阻值；A、B取决于半导体材料的结构的常数。热电阻的接线方式有三种，分别是两线制、三线制、四线制。PT100本来是2线的,测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的
16、变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差，所以工业上一般都采用三线制接法，这种接线方式可以取得较高的精度。,油气生产物联网基础知识和术语,三线制增加一根导线用以补偿连接导线的电阻引起的测量误差，三线制要求三根导线的材质、线径、长度一致且工作温度相同，使三根导线的电阻值相同，即RL1=RL2=RL3。通过导线LI、L2给热电阻施加激励电流I，测得电势V1、V2、V3。导线L3接入高输入阻值电路，IL3=0.,由此可得三线制接法可补偿连接导线的电阻引起的测量误差。,油气生产物联网基础知识和术语,热电阻：,当两个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效
17、应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。它实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。测量温度在-50+1600（最高可达2800）。,热电偶,油气生产物联网基础知识和术语,热电阻：,智能流量计有智能电磁流量计，智能涡街流量计，智能旋进漩涡气体流
18、量计，金属管浮子流量计等智能型产品。其中智能电磁流量计测量原理是法拉第电磁感应定律，传感器主要组成部分是:测量管、电极、励磁线圈、铁芯与磁轭(硅钢片叠制成的轭铁，约束感应线圈产生的磁力线向外散放，使磁力线束集中在感应线圈周围，提高感应热效率）壳体。它主要用于测量封闭管道中的导电液体和浆液中的体积流量。,智能流量计,油气生产物联网基础知识和术语,热电阻：,雷达液位计属于通用型雷达液位计，它基于时间行程原理的测量仪表，雷达波以光速运行，运行时间可以通过电子部件被转换成物位信号。探头发出高频脉冲并沿缆绳传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内的接收器接收，并将距离信号转化为物位信号。雷达传感计的天
19、线以波束的形式发射电磁波信号，发射波在被测物料表面产生反射，反射回来的回波信号仍由天线接收。发射及反射波束中的每一点都采用超声采样的方法进行采集。信号经智能处理器处理后得出介质与探头之间的距离，送终端显示器进行显示、报警、操作等。,雷达液位计,油气生产物联网基础知识和术语,热电阻：,安装位置：离罐壁为罐直径1/6处，最小距离为200mm。不能安装在入料口的上方。不能安装在中心位置，如果安装在中央，会产生多重虚假回波，干扰回波会导致信号丢失。如果不能保持仪表与罐壁的距离，罐壁上的介质会黏附造成虚假回波，在调试仪表的时候应该进行虚假回波存储。,油气生产物联网基础知识和术语,油气生产物联网基础知识和
20、术语,热电阻：,可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。电源、中央处理器、输入输出接口电路、存储器、功能模块、通讯模块。,PLC,油气生产物联网基础知识和术语,热电阻：,远端设备；带宽6Mbps（一座井场超过3路或以上图像时选择24Mbps带宽，该产品远端设备仅有6/24Mbps可选）；中心端设备：带宽54Mbps；一套无线网桥中心端最多可连接8座井场的远端网桥，超过时需要增加无线网桥中心端数量；无线网桥对传输路径要求较高，需要直线传输，且中间不得有遮
21、挡物（如公路两旁整排的高大杨树，此时就需要无线网桥的天线高于杨树顶端）。,无线网桥,油气生产物联网基础知识和术语,井场电子眼：,井场电子眼是一种全面监视井场状态的装置，主要负责监视抽油井运行状态、井场安防情况、抽油井井口情况、进场各设备设施完好情况等。集数据采集、数据处理、无线传输于一体。采用微发射功率和高灵敏度接收策略，达到“微功耗”的目的。,油气生产物联网基础知识和术语,抽油机停井报警仪是一种监测油井运动状态，起到停井报警功能的装置。,停井报警仪,智能控制器,智能控制器由抽油机电参采集器和抽油机智能控制器组成，是集采集电机运行参数与控制电机运行于一体的监控设备。采集三相电流/电压/功率/耗
22、电量，集数据采集、数据处理、无线传输、远程控制于一体。采用微发射功率和高灵敏度接收策略，达到“微功耗”的目的。可以通过现场或远程桌面实时或定时向抽油机驱动装置下达指令，使其改变运行状态的装置，实现抽油机远程启停。,油气生产物联网基础知识和术语,综合采集设备箱,油气生产物联网基础知识和术语,负责采集传输计量间、场站温度、压力、流量、翻斗计量、闯入报警等数据信息。,油气生产物联网-吉林油田油气生产物联网发展过程,2010年在新木采油厂十队建设52口单井数据采集分析系统。主要采集单井载荷、冲程、冲次、三相电压、三相电流等数据，并实现了抽油机远程启停功能、井场视频采集传输功能。采用的设备是北京金时公司
23、物联网采集设备：RTU、电参采集器、电流互感器、载荷传感器等相关设备。同时，在井场边立有水泥杆，杆上安装无线网桥和视频头以及相关供电和网络交换设备。采集传输方式：电参数据以有线方式传送到RTU、载荷等数据以无线方式传到RTU，RTU数据和视频数据通过无线网桥传送到中心服务器。在十队队部和采油厂各建监控中心，实现数据和视的远程监控。,2011年在新木采油厂其它各队实现单井数据采集分析系统，其采集传输方式与2010年完全一样。,油气生产物联网-吉林油田油气生产物联网发展过程,由电机测控单元（含电参采集器和电流互感器）、无线示功图、控制箱（RTU设备箱）、视频摄像头、无线网桥等设备组成。,传统物联网
24、系统架构示意图（无线网桥模式）,油气生产物联网-吉林油田油气生产物联网发展过程,2012年在英台采油厂实现772口单井77个计量间数据采集分析系统，并且单井部分首次采用GPRS模式传输（视频除外）。,传统物联网系统架构示意图（GPRS模式）,油气生产物联网-吉林油田油气生产物联网发展过程,传统模式控制箱内供电系统示意图,油气生产物联网-吉林油田油气生产物联网发展过程,2015年通信公司自主研发物联网产品得到应用 主要有停井报警仪、智能控制器、电参采集器、井场电子眼陆续在各采油厂应用，取得良好效果。,油气生产物联网-吉林油田油气生产物联网发展过程,2017年大老爷府油田物联网建设实现332口单井
25、33个计量间一个联合站两个中转站数据采集分析系统。首次实现井、间、站一体化建设，有效提高了管理水平，真正起到物联网采集数据为生产服务的目的，达到的减轻职工劳动强度的目的。首次尝试建、管、用、维新模式：自主研发、自主设计、自主建设和自主运维。,油气生产物联网-吉林油田油气生产物联网发展过程,涵盖油田勘探开发、生产、运输、加工、销售等各个环节勘探开发数据采集、传输和录入采油数据的采集、传输和录入物料进出数据的采集、传输和录入产品销售数据的采集、传输和录入,油气生产物联网涵盖内容,3.油田物联网涵盖内容,油气生产物联网借鉴“数字地球”思想，充分应用目前世界上最先进的工业传感技术、网络技术、数据库技术
26、、以及介质存储等技术，融油田勘探开发系统、油气开采、地面工程系统和地理信息系统于一体，建立油田统一的生产管理和综合研究数字化管理平台，实现“同一平台、信息共享、多级监视、分散控制”，从而达到强化安全、过程监控、节约人力资源和提高效益的目标。,油气生产物联网涵盖内容,4.油气生产业务目标及现状,提高生产效率，扩大生产，增产不增人,启停井、计量、调参依靠人工现场作业异常停井、泄漏依赖人工巡井发现生产自动控制系统多而独立，使用维护复杂,确保产能稳定提高，优化生产工艺,人工巡井抄表，时效性低、准确率低抄录的工况数据侧重于统计，未做关联分析配合人工作业，需要建设和维修众多计量间,生产能力持续发展，控制预
27、防、安全生产,人工生产作业过程无法测量和控制，安全生产隐患多。安全隐患不能早发现、早处理。事故发生是不能快速获知、有效诊断、目标控制,油气生产物联网目标和现状,5.物联网系统功能实现方式,系统软件主要是以搭建好的系统硬件为基础，在系统平台上开发和应用各种相关功能。,系统硬件主要是实现原始数据采集、上传和存储，实现数据资源的基础管理。,软件应用,硬件平台,油气生产物联网系统功能实现方式,通过系统硬件和系统软件两部分的开发来实现的,系统硬件功能主要包括原始数据采集、抽油机远程控制、数据传输和存储，主要包括以下内容：,油井远程启停和间抽控制,油井功图采集,冲程、冲次采集,油井井口温度和压力采集,油井
28、电机参数采集,油气生产物联网系统功能,抽油机运行状态采集,井场视频监控图片采集,6.物联网系统功能-单井部分,计量间油环温度、压力采集上传；计量间掺输/伴输水温度、压力采集上传；计量间翻斗计量数据的采集、计算和上传；计量间掺输/伴输水流量的采集上传；计量间有害气体报警器数据的采集上传；计量间闯入报警数据的采集上传；计量间注水井注水量自动控制功能的实现；计量间外视频图片或图像的采集。计量间远程灯控功能的实现,油气生产物联网系统功能,6.物联网系统功能-计量间部分,油罐、水罐液位采集上传；各泵出口温度、压力采集上传；各相关泵出口流量数据的采集上传；加热炉出口温度、压力等数据的采集上传；各相关进出口
29、管线的流量、压力、温度的采集上传；加热炉天然气压力、流量采集上传；其它相关数据的采集上传。,油气生产物联网系统功能,6.物联网系统功能-中转站、联合站部分,主要包括油井实时视频图像、油井实时相关参数和井组位置显示等,通过告警功能，可以及时发现正常和非正常的停井等情况，迅速做出处理,主要是实现控制油井的远程开井和停井等,显示功能,控制功能,报警功能,分析功能,利用功图、电参描述、功图、电功图对比、生产曲线分析和判断油井运行状态以及对井筒结蜡、供液不足、碰泵等故障的判识,油气生产物联网系统功能,6.物联网系统功能-平台软件部分,系统管理功能主要管理数字油田整个系统的网络和前端等设备的正常运行，以及
30、用户的增加和权限的修改等工作。,报表主要包括月报和日报，利于整体查看、总结和分析油井产量和油井运行情况。,主要实现对历史数据的查询，包括11天以内视频图像，50年的功图数据等原始资料，同时利于原始数据的保存以及后期分析使用。,报表功能,数据存储查询功能,系统管理功能,油气生产物联网系统功能,6.物联网系统功能-平台软件部分,两级监控中心部分,系统管理中心部分,前端数据采集控制部分,网络传输,网络传输,7.系统功能结构原理,第三部分：实现系统各部分之间数据传输,第一部分：保障基础数据的存储、维护数字油田系统正常运行,第二部分：实现数字油田系统功能的应用,第四部分：实现油井原始数据的收集,油气生产
31、物联网系统功能结构原理,8.油气生产物联网总体逻辑结构,油气生产物联网总体逻辑结构,油气生产物联网系统逻辑结构原理,9.1感知层油气井感知设备部署,油气生产物联网前端设备部署,传统感知层井场物联网设备配置如下图：,油气生产物联网前端设备部署,油气生产物联网前端设备部署,油气生产物联网前端设备部署,油气生产物联网前端设备部署,油气生产物联网前端设备部署,油气生产物联网前端设备部署,采集总来水压力,油气生产物联网前端设备部署,采集总回油压力,油气生产物联网前端设备部署,4.采集总回水温度和总回油温度,油气生产物联网前端设备部署,中转站、联合站设备配置方案,1.配置综合设备箱,负责采集上传各罐液位、
32、泵出口压力、介质温度等数据。,油气生产物联网前端设备部署,油气生产物联网前端设备部署,油井：油压、套压、温度、载荷、位移、电流、电压、功率因数气井：压力、温度、流量、节流压力、加热炉运行状态等注水（汽）井：压力、流量、温度、电磁阀开度计量间：温度、压力、流量、视频、高危气体浓度中转站、联合站：温度、压力、液位、阀位、流量、高危气体浓度高危井、重点井的视频监控高危井的有毒有害气体浓度,9.2 感知层-设备采集和衍生的数据,油气生产物联网感知层采集衍生数据,10.1网络传输层-物联网四大支撑网络,有线,无线,短距离,长距离,长距离有线通讯网：支持IP协议的网络，包括计算机网，广电网，和电信网（三网
33、融合）以及国家电网的通讯网,短距离有线通讯网：主要依赖10多种现场总线（如ModBus、DeviceNet等）标准，以及PLC电力线载波等网络,长距离无线通讯网：包括GPRS/CDMA、3G,4G,5G等蜂窝（伪长距离通讯）网,短距离无线通讯网：包括10多种已存在的短距离无线通讯（如Zigbee、WirelessHart、蓝牙、RFID等）标准网络以及组合形成的无线网状网（Mesh Networks),油气生产物联网网络传输部分,采用无线传感网、专网和公网无线技术（融合McWill、WiFi、3G、4G、GPRS、CDMA、卫星等无线传输技术）组成无线异构网络来进行单井和边远站库的生产数据及视
34、频信号传输。,无线通讯,有线通讯,采用光纤传输方式实现计量间、中转站、联合站、集气站、处理站等站库和距站较近井场的生产数据及视频信号传输。,油气生产物联网网络传输部分,油气生产物联网网络传输部分,10.2网络传输部分生产网拓补图,油气生产物联网网络传输部分,10.3网络传输部分井组-队部-厂监控中心,A：主要由新木采油厂三级光纤网组成。,B：实现采油队分监控中心到采油厂主监控中心及通信站系统管理中心的数据传送。,C：带宽可以保证到达在100M，为今后井队业务的发展提供条件。,油气生产物联网网络传输部分,10.4网络传输部分队级网络连接,A：主要采用无线网络，由前端SU和后端AU设备组成。,B：
35、实现井组到采油队数据传送。,C：带宽保证至少达到4M，在保障现有业务的同时，也为后期井组业务的拓展提供条件。,油气生产物联网网络传输方式,10.5网络传输部分-井组到采油队之间网络,油气生产物联网网络传输部分,10.6网络传输部分网络传输总图,油气生产物联网应用层,11.1应用层-逻辑结构,油气生产物联网应用层,11.2应用层生产日常管理,生产操作管理,生产运行管理,集中警告管理,生产安全管理,网络和设备管理,值班管理,日常巡检工单,维护保养工单,故障维修工单,设备安装工单,生产计划管理,生产远程计算,生产远程控制,油气井动态监,管网运态监控,站库动态监控,风险告警管理,高危井生产告警管理,处
36、理站安全告警管理,设备维护告警管理,安全风险珍断分析,安全风险应对措施管理,安全事故报警管理,设备类型管理,设备资产管理,通信及协议管理,日常运行维护管理,油气生产物联网应用层,11.3应用层物联网设备管理,物联网网络和设备管理,设备资产管理,网络通信及协议管理,网络及设备运行管理,设备属性管理,设备运行周期管理,网络协议管理,网络适配管理,通信信道管理,设备识别及匹配,设备注册与开通,设备维护及自检,通讯管理,实时状态监控,设备类别管理,油气生产物联网应用层,11.4应用层生产监控中心,油气生产综合管理,生产目标及绩效指标管理,综合生产分析报告,生产工艺流程优化,应急管理,生产运行综合指标,
37、产能产量分析与预测,生产计划分配,全区生产动态分析,油井运行情况及问题分析,重点井生产动态及原因分析,产能分析,工艺流程分析,油井,气井,注水井,地面管网,应急预案管理,应急演练管理,周边资源设施地图,应急指挥管理,在采油队设置分监控中心，分监控中心主要负责本采油队相关油井的管理、控制和巡查。,在采油厂设置主监控中心，主监控中心主要负责整个数字油田系统油井的统一管理、调度和指挥。,油气生产物联网应用层,11.5应用层-两级监控中心部分,油气生产物联网两级监控中心,11.5两级监控中心部分分监控中心,C：同时通过采油队三级光纤网将相关数据上传到采油厂通信站系统管理中心。,A：分监控中心设置在采油
38、队，主要1台服务器和1台工作站组成，另外配有2块大屏幕监视器。,B：在硬件上运行组态软件、站控软件、视频监控等客户端软件，以及实时数据库，目前分监控中心客户端软件由厂家提供。,生产控制管理中心功能展示1.项目导航,油气生产物联网物联网应用,物联网基础,2.油井启停指令控制 指令下达,抽油机间抽时间设置,油气生产物联网物联网应用,抽油机控制指令查询,油气生产物联网物联网应用,井场电子眼抓拍.抓拍指令下达,油气生产物联网物联网应用,抓拍效果,油气生产物联网物联网应用,电参采集,A相电流正常曲线 A相电流异常曲线,B相电流正常曲线图 B相电流异常曲线,油气生产物联网物联网应用,抽油机运动测试仪抽油机
39、运动状态显示,油气生产物联网物联网应用,物联网基础,计量间数据展示,油气生产物联网物联网应用,集输系统数据展示,油气生产物联网物联网应用,注水系统干线压力,油气生产物联网物联网应用,联合站注水系统采集数据总貌,油气生产物联网物联网应用,污水处理系统,油气生产物联网物联网应用,加热炉数据采集系统,油气生产物联网物联网应用,物联网基础,场景4：智能综合巡井,物联网基础,场景5：设备故障管理,12.1智能控制器：远程操控抽油机启停状态,油气生产物联网物联网应用,12.2 实现抽油机远程启停控制,在恶劣天气环境下如泄洪区域内油井、阴雨天气等，人工操作安全风险较大，可利用智能控制器远程操作。在大面积停电
40、，管线漏失情况下，使用批量启停井功能，降低工人劳动强度，提高开井时效，从7月至11月末，共利用远程批量启井7次，总计1875井次，节约154人次，减少影响时效7035小时，减少影响油量88吨。,远程开井时效统计,油气生产物联网物联网应用,实现油井短周期、多段次的连续躲峰填谷，利用后半夜开井，安全、节电。目前共实施32井次，全年节约电费1.89万元。原间抽制度：高峰段生产时间2.5小时，平时段生产时间2.5小时，谷时段生产时间7小时；（反复开井工人劳动强度大，夜间开井不安全）电参间抽制度：高峰时间段生产时间0小时，平时段生产时间5小时，谷时段生产时间7小时；（自动启停降低工人劳动强度，安全受控）
41、,调整前后电费对比,12.3依据抽油机间抽周期，实现自动启停,油气生产物联网物联网应用,3、井场电子眼,每四小时电脑自动巡检一次,连续抓拍三张拟合动态变化,油气生产物联网物联网应用,通过每四小时批量巡井功能共发现：井口漏油漏水45井次、配电箱门未关10井次、皮带烧15井次等管理漏洞。,16-28皮带摩擦,10-09井口漏油,+13-17盘根漏水,电子眼巡井发现问题实例,功能五、电子眼自动巡井,油气生产物联网物联网应用,4、电参采集器：可采集三相电压、三相电流、三相功率、三相功率因数等参数；在电参采集器应用过程中首先要开展前期验证，验证实测电参曲线与电参采集器采集曲线的符合程度；其次要开展抽油井
42、运行规律与电参曲线变化理论的研究拟合；最后通过数据曲线的深度加工开发电参采集器功能。,油气生产物联网物联网应用,验证方法：利用功率平衡测试仪现场实际测试曲线及数值变化，实测完成工作量420井次，整理数据量51.26万条；,验证结论：实测电流、功率曲线与电参采集的功率曲线基本一致；最大值、最小值基本一致；电量量取基本准确,前期验证：实测电功曲线与电参采集曲线数据对比验证,实测曲线,电参采集曲线曲线,油气生产物联网物联网应用,曲柄平衡块旋转,理论研究：开展抽油机运行规律与电参曲线变化研究,目的是要在电参曲线中找出上下死点位置，从而确定上下行程，为下步井下工况判断奠定基础。,电参曲线中抽油机上、下始
43、点确定：理论上在抽油机到达上死点时平衡块到达低点，悬点载荷最小，对平衡块在180度，电机不对平衡块做功，所以这时电机做功最小，因此，抽油机上死点电功曲线为最低谷值。,现场实测验证理论：通过现场实测功率曲线发现，抽油机一个冲程周期内上死点位置出现在电功曲线的最低谷值附近，抽油机下死点置出现在电功曲线的次要谷值附近，与理论结果完全吻合。,0,180,一个冲程,油气生产物联网物联网应用,理论功率曲线的模拟：在抽油机完全平衡，地面工况最佳状况下，峰值功率相同，电参功率曲线在一个冲程周期内呈现规律性对称变化。,理想状态下一个完整冲程功率曲线起点终点确定,油气生产物联网物联网应用,供液不足功率曲线的拟合：
44、抽油机井供液不足时，当活塞从上死点向下运动时，由于不能马上接触泵筒液面，导致游动法尔无法打开进行正常卸载，当活塞继续向下运行时接触到泵筒液面，悬点载荷突然受到向上的一个冲击载荷，电机做功突然减小，从而形成功率曲线的一个突变。,供液不足情况下一个完整冲程功率曲线图形,油气生产物联网物联网应用,在以上前期数据验证以及电参曲线理论研究的基础上，开展地面、井下不正常工况的实验与研究，建立标准模板12项，有利于不正常井诊断推进。,功能六、电参工况诊断研究建立四种地面不正常工况模板,实例,皮带烧断前,皮带烧断后,油气生产物联网物联网应用,实例,反复启停,平滑线区域,油气生产物联网物联网应用,A、C相正常电
45、流,A、C异常电流,油气生产物联网物联网应用,细尖的突起,油气生产物联网物联网应用,判断不正常井关键点：1、上行峰值功率必然下降2、负功不同程度增加,与功图的关联性：冲次不变，时间一定，由于上行峰值功率下降，导致与谷值之间斜率变大，同时上行峰值与谷值之间数值差变小，从功图上反映图形变窄，冲程损失变小，说明抽油杆在液柱内的弹性伸长变小，负荷发生变化，井下工况已经发生变化。,A,B,C,D,b,A,B,C,D,功能六、电参工况诊断研究建立八种井下工况不正常模板,油气生产物联网物联网应用,以14-020为试验模拟井，开展井下工况不正常电参曲线变化分析：模拟前期将原井管杆更换为新杆管，开抽后将抽油机井
46、功率平衡度调整为0.89，运行平稳后采集正常功率曲线；排除地面工况不正常后，人工模拟杆断、管漏等故障，截取电参对比,杆断试验：从活塞上部逐步向井口模拟，每100米设置为1个模拟点，观察曲线变化规律。管漏试验：人为模拟轻微管漏，严重管漏；上部管漏，下部管漏，分别采集不同位置、不同程度功率曲线数据进行对比；,功能六、电参工况诊断研究建立八种井下工况不正常模板,油气生产物联网物联网应用,正常功率曲线,上部杆断功率曲线,第一种上部杆断：上行峰值功率与标准曲线对比峰值功率消失，上死点位置消失，峰值与谷值功率数值接近折合功图基本接近重合，功率曲线变为标准的正弦曲线。,实例,第二种下部杆断：曲线表现上行峰值
47、功率峰值明显变小（杆柱重量不带液），上死点位置变模糊（井筒内液柱不能完全充满）上行电机负功增大。,实例,2545,4860,上死点,油气生产物联网物联网应用,第三种上部严重管漏：功率曲线主要表现为上行峰值功率峰值明显变小，谷值点功率无明显变化，峰值平衡度变差。,第四种上部轻微管漏：与严重管漏特征基本一致，对比上行峰值变化幅度小。1500-1000,正常功率曲线,正常功率曲线,上部轻微管漏功率曲线,上部严重管漏功率曲线,实例,实例,油气生产物联网物联网应用,第五种下部严重管漏：功率曲线主要表现为上行峰值功率峰值明显变小，谷值点功率无明显变化，峰值平衡度变差。,第六种下部轻微管漏：功率曲线主要表现
48、为上行峰值功率峰值明显变小，谷值点功率无明显变化，峰值平衡度变差。,正常功率曲线,上部轻微管漏功率曲线,正常功率曲线,上部严重管漏功率曲线,实例,实例,油气生产物联网物联网应用,第八种双漏：功率曲线主要表现为最低谷值功率明显下降，上行峰值功率下降，曲线在接近下死出现明显的骤降，类似于底部管漏，需要实测示供图辅助判断,第七种固漏：功率曲线主要表现为最低谷值功率明显下降，上行程功率下降（提液达不到原有负荷），图形成锯齿状,正常功率曲线,双漏功率曲线,正常功率曲线,固漏功率曲线,实例,实例,正常功率曲线,油气生产物联网物联网应用,为及时发现不正常井设置超限报警功能：通过对每口单井电流、功率变化规律统
49、计分析，整理数据51.26万条，摸索电流、功率的波动范围，设定超限报警值，目前已经初步建立，并在实际生产中应用。,超限报警范围确定,实例,单井报警值设定,16-020在12月8日超限报警,功率模板,报警曲线,最大功率4930W 8900W,最小功率-860W-9765W,杆断特征,油气生产物联网物联网应用,电参诊断不正常井应用效果：从2017年6月份至11月末，共发生井下工况不正常77井次；监控中心利用电参分析发现井下工况异常共51井次，未发现26口，主要是轻微管漏等情况导致电参变化不明显。不正常井的发现率达到66.2%，按照最短计量周期每5天计量一次，对比每四小时巡参一次，每口井可提前115
50、小时，51口井提高生产时效5865小时，少影响产量73吨。,人工巡参准确率,6月至11月份，人工巡参准确率呈上升趋势，但仍存在异常井未及时发现情况，因此要重点分析未发现原因，提高电参诊断能力,油气生产物联网物联网应用,功能七、利用电参采集数据，助推采油管理实现节能创效,1、利用电参采集的功率数据，以功率代替电流，调节平衡，消除负功，节电效果明显,日耗电216度,160度,负功-4005,-2855,7-1井实例,平衡调整统计与对比,油气生产物联网物联网应用,电参功率因数采集结果显示：功率因数大于0.9的仅有14口井，平均功率因数0.46，小于0.5的达到184口，平均功率因数为0.32。,原因
