油田生产数据自动采集及传输系统研究-原开题报告

1、.编号： 密级： 编码：QR/A0/7.1103 大 庆 石 油 管 理 局 科 研 攻 关 项 目开 题 报 告项 目 名 称： 油田生产数据自动采集及传输系统研究 承 担 单 位： 大庆石油管理局通信公司 (公章) 单位负责人： 郭书昌 项目负责人： 许代红 起 止 年 月： 2005年6月-2006年12月 填 报 时 间： 2005 年7 月 19日 说 明1、凡列入局级科研计划的项目，成果归属于大庆石油管理局，省（集团公司）级以上项目成果所有权归属按省（集团公司）有关规定处理。2、项目完成后的论文发表及对外技术交流材料，必须经石油管理局科技发展部同意后方可进行。3、凡符合专利申请范围

2、和条件的局级科研计划项目，要在项目评定前进行专利申报。4、编号、密级待开题论证通过后由科技发展部统一编排确定。5、项目主要研究成员中的项目负责人和全职研究人员，必须保证有80的工作时间用于本项目研究中。6、各条款应据实填写完全。经费栏中若表格不够可添加。7、除表格外，各栏目一律用4号宋体字，用A4纸双面打印，论证通过后上交科技发展部一式二份。8、开题报告采用侧面装订。 一、立项的必要性及重要意义大庆油田作为中石油最大的上游企业，存在着点多、线长、面广，生产环境复杂的问题。目前，大庆油田对采油井管理及数据采集存在以下问题：（1）油井一般都很分散，分布范围广，地区偏远。对油井出现的异常情况不能及时

3、发现、及时采取措施，从而导致原油产量降低，设备使用寿命减短，能耗增加，有时甚至会造成严重的经济损失，降低经济效益。（2）油井管理中的大量生产数据全靠人工采集，耗费大量的人力和物力，而数据的准确性则因数据采集人员的工作责任心而异。部分油井无法实现正常的井口资料的采集及井下泵况的测试，不能及时有效地对油井的工作情况进行分析和管理。（3）油井采集的数据为非连续性数据，因而对油井的真实工作状况无法准确地掌握，导致对油井的诊断时间拖得很长而降低生产效率，增加了采油成本。（4）不能对油井进行远程控制，无法做到对油井的现代化网络管理。特别是我国加入WTO 以后，国际原油的价格对我国采油行业产生了很大的影响，

4、降低生产成本,提高劳动效率，减少安全隐患，是油田当前和今后一个时期的一项主要任务，而油田生产数据自动采集及传输系统是实现这一目标的关键途径。为了配合大庆油田的产能建设，通过将现有生产设备进行信息化改造，研发一套油田生产数据自动采集及传输系统，可以大大提升生产系统自动化管理水平，提高油田采收率、增加原油产量、降低劳动强度、节约企业运行成本、从而提高企业核心竞争力。该系统可以将油井、计量间、中转站、联合站等站点的生产自动化数据集中起来，通过有线、无线或有线、无线混合的IP网络，与采油厂现有的计算机网络相连接，实现对生产设备的远程测控。最终，实现对现有人力资源的合理调配和对整个生产过程的自动化管理。

5、研发油田生产数据自动采集及传输系统，不仅是油田适应外部环境变化、参与国际市场竞争的必然选择，也是油田增强企业核心竞争力的有效手段，具有极其重要的意义。二、国内外技术现状及发展趋势国外油田生产自动化管理已经开展五十多年了，技术和产品都比较成熟，可实现一个人管理几十口油井。而我国石油行业的自动化管理还存在一定的差距，几乎是一个人管一口井。在这种情况下，许多边缘井由于离采油队距离较远，经常出现停井、皮带断裂、偷油盗电等情况，严重影响了原油产量。目前，国内外油田远程监控系统已经摆脱了传统的监控模式，由早期的仪表监测进入集微电子技术、电力电子技术、网络通讯技术于一体的新一代远程监控系统。主要采用有线、无

6、线等通信技术。光纤由于拥有容量大、传输频带宽（可以提供100M的宽带接入）、信号损耗低、抗干扰能力强等优点，是数字化油田建设中传输方式的最佳选择。光纤接入方式不但可以实现视频信号的高质量传输；同时，还能保证各站点自动化采集数据的实时传送。由于抽油机井的分布存在点多分散的特点，所以只能采用无线通信方式，主要采用数传电台和各种移动通信方式解决：n 数传电台：可用于点对点或点对多点的工作环境，频率多在230M左右，可用于油田抽油机井数据的采集和传输以及远程控制。缺点是频率需要申请，网络覆盖受限于数传电台功率等因素。n GPRS/CDMA 传输：是移动通信网中的一种新技术，完成了无线Internet接

7、入，可以实现实时在线的功能。但是，由于网络设置为语音优先，系统只有在满足语音传输的前提下，才会为数据业务分配信道，因此，数据传输会受到相当的影响。n SCDMA无线接入方式SCDMA是同步码分多址的无线接入技术，它采用智能天线、软件无线电以及自主开发的SWAP+空中接口协议等先进技术，是一个全新的拥有完整自主知识产权的无线通信技术标准。除具备数传电台、GPRS/CDMA优点外， SCDMA系统还具有以下功能： 系统具有语音、数据优先级设置功能，可以根据用户的需求设定各种业务的优先级，可以令数据业务优先于语音业务，以保证数据传输的实时性、可靠性。 SCDMA数据通信终端具有自我检测功能，它与外接

8、的RTU设备具有心跳机制，在工作过程中互相监视、互相复位。因此，在各种无线通信方式中， SCDMA无线接入方式是实现分散站点之间低速数据传输的最佳方式。 目前，油田正吹响向数字化油田迈进的号角，华北、胜利等各大油田都在大力推进信息化建设。本系统在油田的推广，正是迎合了油田的发展需要，是数字化油田的基础，必将在油田自动化生产和提高油田的现代化管理水平中起到积极的作用。只有大力发展“数字化油田”，才能使信息技术真正成为带动并提升传统石油行业综合实力的“助跑器”。三、主要研究内容、技术指标、进度安排及验收时提交的成果形式及数量1、 主要研究内容（1） 研究油田生产数据自动采集系统组网技术及实现方式；

9、（2） 研究如何组建矿区中心控制系统，实现数据综合管理；（3） 研究数据通信传输系统组网技术及实现方式。2、技术指标（1）SCDMA数据终端 工作频率：17851805Mhz 接收灵敏度：-110 dbm工作温度： -40+60 传输速率：9600bps通信距离：38公里 （2）自动化测控系统电压：0 1500V 电流：0150A油压：0 3Mpa 套压：0 10Mpa回油温度：0100 掺水温度：0100掺水压力：0 3Mpa 干线压力：0 10Mpa 红外：120度（可调）13米以上指标精度均在0.51%之内。 （3）标准与规范n GBJ93-86 工业自动化仪表安装工程施工及验收规范n

10、TZ006-92 移动电话网路技术体制n YDN 077-1997 中国公众多媒体通信网技术体制3、进度安排（1）2005年6月2005年9月， 前期调研，方案确定；（2）2005年10月2006年5月，方案实施；（3）2006年6月2006年9月，系统调试；（4）2006年10月2006年12月，系统验收。4、验收时提交的成果形式及数量提交油田生产数据自动采集及传输系统1套。四、外协研究内容、指标及验收条件1、 外协研究内容油田生产数据自动采集系统研究自动化测控系统传感设备及后台操作软件的开发。SCDMA终端通信模块与数据采集设备研究SCDMA终端通信模块与数据采集设备接口软件的开发。2、

11、指标油田生产数据自动采集系统传感设备与后台软件 传感设备采集到的数据满足国家规定的技术指标要求；后台软件能够实现数据检测功能、数据共享功能、显示功能、报警功能、报表功能、权限设置等功能。SCDMA终端通信模块与数据采集设备接口软件：SCDMA终端通信模块与数据采集设备的接口软件，能够实现协议互通。3、 验收条件以采油二厂第二作业区的20口油井、2个计量间、1个联合站、1个中转站为试验规模研发一套油田生产数据自动采集及传输系统，实现对油井、计量间、联合站、中转站采集到的生产数据上传的实时性、准确性、报表功能、告警功能进行验收，以达到技术指标要求。五、外购设备及仪器、外委加工部件清单外购设备总投资

12、209.66万元。2005年投资201.72万元，其中局投90万元，自筹111.72万元；2006年7.94万元，全部自筹。20口油井配置： 单位：万元 序号名称型号单价数量总价1套压变送器010mpa（防爆）0.315206.32油压变送器03Mpa（防爆）0.285205.73电流传感器一套3 个（0150A）0.0915201.834井口红外防盗传感器红外传感器、固定支架、软件0.0746201.495监控从机RTU1.42852028.576UPS卡0.132202.64合计46.532个计量间配置： 单位：万元 序号名称型号单价数量总价1温度变送器(防爆)01000.214204.2

13、82掺水压力变送器03Mpa（防爆）0.1868203.743干线压力变送器010Mpa0.2038204.084监控从机RTU1.428522.865UPS卡0.13220.26合计15.22SCDMA系统数据网关设备配置： 单位：万元序号名称型号单价数量总价1数据网关设备GWF1201120合计120作业区测控中心设备配置： 单位：万元序号名称型号单价数量总价1数据采集服务器(含软件)4.314.3219”高级机柜0.5310.533数据库服务器(含软件)4.314.34web 服务器(含软件)4.714.75在线UPS 电源3.813.86客户端计算机0.5510.5574路共享器0.4

14、810.488网络交换机100M0.3710.379激光打印机0.410.410网线0.0410.0411操作台0.510.5合计19.97联合站小型测控中心设备配置（不含站内数据采集部分）：单位：万元序号设备名称及型号型号单价数量总价119”机柜0.3110.312PC服务器0.5510.553网络交换机(100M)0.3710.374在线UPS 电源1.811.85打印机0.410.46网线0.0410.047操作台0.510.5合计3.97中转站小型测控中心设备配置（不含站内数据采集部分）：单位：万元序号设备名称及型号型号单价数量总价119”机柜0.3110.312PC服务器0.5510

15、.553网络交换机(100M)0.3710.374在线UPS 电源1.811.85打印机0.410.46网线0.0410.047操作台0.510.5合计3.97六、经费预算及自筹资金情况项目预算总经费：240.66 万元申请局拨款： 90 万元单位自筹经费：150.66 万元2005年229.222005年902005年139.222006年11.442006年02006年11.44 局拨款部分经费明细表 单位：万元 序号项目分类核算费用（工作量）（核算标准）小计1直 接材料费自动化测控系统90(119.66)与厂家结合90(119.66)2化 验分析费（化验分析项目名称）3燃料动力消耗费4设

16、备购置费（设备名称及型号）5小型样机试制费（样机名称）(5)(5)6现场试验费(6)(6)7其 他直接费外协费(15)(18)调研费(1)培训费(1)会议评审费(1)其他（列明细）8不可预见费(2)(2)9设备、房屋占用费（设备名称）（房屋用途）合 计90(150.66) 经费预算依据及分年度自筹经费情况说明:上表中括号内数字为自筹款。七、技术研究及实施方案（包括原理、技术创新难点的解决途径，技术可行性分析，研究试验方案及规模，市场前景和经济效益分析，承担单位、参加单位分工，科研条件，依托工程以及落实情况等）1、 主要原理油田生产数据自动采集及传输系统网络结构根据采油二厂实际情况，油田通信公司

17、将充分利用采油二厂的计算机网络，依托油田通信的SCDMA无线通信网、宽带城域网以及传输网，建立一个基于TCP/IP的综合业务网络。将各种数据汇集到各作业区的自动化测控中心，然后再通过局域网传输到厂里，形成计量站/联合站、作业区、厂部的三级星形网络结构。该系统最下层是各单井、计量间和联合站等站点内的数据采集控制设备；系统的第二层为各作业区测控中心；系统的最上层为采油二厂自动化监控网络中心。油田数字化网络传输平台拓扑结构根据采油二厂站点的分布情况，结合油田通信传输网络现状，我们将采用各种行之有效的传输方式，组建油田数字化网络传输平台，满足数字化油田建设的需要。新建油田生产数据自动采集及传输系统的接

18、入方式主要采用无线+光纤传输方式。光缆从各作业区敷设到联合站、中转站、注水变电站、注入站及配置站,并与现已建成的计算机网络互联。这些站点采集的生产数据通过光纤传送到各作业区数据测控中心。对于光缆敷设不到的计量间及采油单井，利用油田通信已经构建的SCDMA无线通信网，以SCDMA无线通信网为依托，利用SCDMA数据终端实现计量间及油井低速数据的采集和传送。油田数字化网络传输平台拓扑结构图如下:11采油厂（机关）千兆光路厂信息中心路由式交换机光纤100M光纤100M光纤100M采油队光纤三作业区二作业区一作业区交换机配置站配置站光纤100M配置站SCDMA中控室联合站联合站注水站变电站注水站变电站

19、注水站变电站SCDMASCDMA联合站光纤光纤光纤注入站注入站注入站中转站中转站计量间计量间计量间中转站野外单井 1213 油田生产数据自动采集及传输系统网络技术方案该系统采取层次分散型网络结构，由主机、从属数据机（简称“从机”）及各种传感器组成。设计方案基本思路是：联合站、中转站、注水变电站、注入站、配置站等各站建立独立数据采集系统，以485总线为通信信道，并在每站建立小型测控中心，将数据通过光缆采集至作业区测控中心，供值班人员使用，同时用光缆将数据上传至厂局域网，可采用网页的方式集中在作业区或采油厂主页上。油井和计量间采集的数据通过SCDMA无线通信网络上传，集中至作业区测控中心，并通过局

20、域网上传至厂里。小队可从网络及时了解本队井、站的情况，厂调度室（测控中心）也可及时掌握全厂的井站情况。系统结构图如下：抽油机 计量间 灌区 脱水岗 联合泵房 污水岗 加热炉联合站工控机 监测主机HUB服务器工作站 工作站 工作站打印机 UPS 工控机采油厂局域网乘风庄GWF中转站 注入站 配置站14SCDMA系统网络模式承载业务实现方案SCDMA是同步码分多址的无线接入技术，它采用了智能天线、软件无线电、以及自主开发的SWAP+空中接口协议等先进技术，是一个全新的体系，拥有完整自主知识产权的无线通信技术标准。该系统采用网络模式承载业务方式，适合于点到多点的传输应用，可以满足大量终端用户同时建立

21、数据通信的要求。网络模式承载业务是一个电路型数据承载业务，具有呼叫建立、数据传输、呼叫释放的过程。SCDMA系统包括SCDMA数据通信终端、SCDMA网络及设在作业区的测控中心端点设备。系统网络结构如下图所示： 在这一方案中采用测控中心主动巡检方式。其基本工作原理如下：A、设在作业区的测控中心存储每个受控点的设备编号；B、测控中心根据设定的周期，向其所控制的每个受控点（即单井或计量间）以轮询方式发起呼叫；当前一个受控点数据传输完毕后，再发起对第二个受控点的呼叫；C、当受控点设备出现异常情况时，负责监控该受控点的数据通信终端，可以主动发起向测控中心的呼叫以便实时地传递告警信息；D、巡检周期需要根

22、据受控点的数量以及每次呼叫的持续时间而定。152、技术创新难点的解决途径技术难点：（1） SCDMA通信终端的设计中，如何解决SCDMA通信终端的电源及环境温度控制的问题；（2）在SCDMA系统中，如何保障数据传输的实时性和准确性；（3）在油田生产数据自动采集及传输系统中，如何实现数据采集设备与SCDMA通信终端之间的协调工作。解决途径：（1）对SCDMA通信终端进行模块化设计，通过材质的改进，将其安装在数据采集设备中，由数据采集设备为其提供电源和环境控制，使两个设备融为一体，为施工安装提供方便，同时减少日后维护工作的故障点。（2） 在SCDMA无线通信网网管中，开发SCDMA系统话音业务和数

23、据业务优先级设置的功能，在信道忙时，可优先传送数据，可在最大程度上保证各种采集数据传输的实时性和准确性，使话音业务和数据业务合理共存，充分发挥SCDMA无线通信网的网络潜能。（3） 在软件设计中，实现SCDMA通信终端与数据采集设备的协议互通，保证数据和控制信号的传输。通过自主开发专有的接口协议及AT命令集，实现SCDMA通信终端与数据采集设备之间的呼叫和数据传输，并利用两个设备的自我检测功能，通过编写AT命令，相互建立心跳机制，实现在工作过程中互相监视、互相复位，从而全面提高整个系统的可靠性和稳定性。3、技术可行性分析 无线SCDMA技术：SCDMA是同步码分多址的无线接入技术，它采用了智能

24、天线、软件无线电、以及自主开发地的SWAP+空中接口协议等先进技术，是一个全新的体系，拥有完整自主知识产权的无线通信技术标准。目前，油田通信已经构建了SCDMA无线通信网，已建基站207座，覆盖整个油田五千多平方公里。以SCDMA无线通信网为依托，实现对遍布在大庆油田的无人值守机采井、计量间进行自动检测、数据的传输和控制应用在技术上是可行的。 光纤传输技术：光纤拥有容量大、传输频带宽（可以提供100M的宽带接入）信号损耗低、抗干扰能力强等优点，是数字化油田建设中传输接入方式的最佳选择，它可以实现作业区各站点自动化采集数据实时、高质量的传输。目前利用光缆进行信号传输，技术已经相当成熟，因此在数字

25、油田建设中应用在技术上是可行的。 宽带接入技术：主要技术有高速数字用户线(ADSL、VDSL)，目前已在各行各业广泛使用，技术非常成熟，因此在数字油田建设中应用在技术上是可行的。 IP组播技术：组播是一种允许一个或多个发送者发送单一的数据包到多个接收者的网络技术。它提高了数据传送效率，减少了主干网出现拥塞的可能性。组播可以大大的节省网络带宽，因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。目前组播技术已经广泛应用，因此在数字油田建设中应用在技术上是可行的。16174、研究试验规模本项目研究试验以采油二厂第二作业区为研究对象，研发一套油田生产数据自动采集及传输系统。该系统

26、以20口油井、2个计量间、1座联合站和1座中转站为试验规模，研究利用以油田通信已经构建的SCDMA无线通信网为依托，实现对作业区单井、计量间等生产数据的自动采集并传送至作业区测控中心的传输技术及可行性；研究联合站、中转站、注入站及配置站等采集的生产数据通过光缆传输到各作业区测控中心的传输技术及可行性。5、市场前景和经济效益分析(1)应用前景:研发油田生产数据自动采集及传输系统，是实现“数字油田”不可缺少的一项重要内容。它可以实现油田生产自动化和生产管理信息化，极大地提高采油厂的劳动生产率，提高数据采集的准确性。通过对生产过程的集中控制和管理，还可以极大地提高企业整体的竞争实力，增强预测突发事件和紧急情况下快速反应的能力，为企业带来显著的经济效益和社会效益。研发油田生产数据自动采集及传输系统，不仅是油田适应外部环境变化、参与国际市场竞争的必然选择，也是油田增强企业核心竞争力的有效手段，具有重要的应用价值和推广前景。(2)经济效益分析:n 提高油井生产时率，增加原油产量；2004年，采油二厂6000多口油井中由于井口故障和停电原因造成停产23425井次，折合单井停产时间为6004天，造成原油减产约3.76万