一．项 目 的 背 景  

1）宏观形势分析

经济全球化的发展使石油生产参与到了全球市场的紧张供应链中。在这种大环境下，油田生产管理区采用先进的网络通信技术，加强油井管理、降本增效，提高信息化管理和质量管理水平具有重要意义。

中国石化以“信息化带动工业化，发挥后发优势，实现跨越式发展”为指导思想，建设“数字中国石油”，根据《中国石油化工集团“十一五”发展计划纲要》与《中国石化ERP系统总体规划》，积极采用信息技术改造和提升石油、石化传统产业，给本项目带来了很好的契机。

油田的一个采油场由多口油井、计量间、管汇阀组，转油站，联合站、原油外输系统、油罐以及油田的其它分散设施组成，那么整个采油场的各种设施的工作状态及采出油品的数据（主要有温度、压力、流量等）就直接关系到油田生产的稳定及原油质量。目前大多由人工每日定时检查设备运行情况并测量、统计采油数据。由于油井数量多且分布范围由几十至上百平方公里，这种方式必然使工人劳动强度加重，并且影响了设备监控与采油数据的实时性，甚至准确性。所以油场的自动化、信息化就显得极为突出。  

随着计算机技术、通信技术的发展，石油天然气行业生产监控系统也得到了很大发展。

2)目前情况分析

一、 行业特点：

油田大多位于沼泽、沙漠和盆地、浅海等区域，因远离城市地广人稀，交通通信等设施较为落后。油井分散于方圆几十公里的区域，由多个单井、计转站和联合站组成生产作业部门

石油行业工业监控系统应用具有以下特点：

a. 一般跨越地域大因此要求系统支持长距离传输；

井站的无人值守远动控制决定了系统要具备能抵抗恶劣的天气环境的能力；

以微机、无线数传电台为基础的生产监控系统总体配置

b. 整个系统庞大，监测井站数量多，要求无线通讯系统速率要高，轮询响应时间快；

c.同时因为石油天然气行业为国家的能源基础，其所采用工控系统都是最先进可靠的设备，所以做为 整个系统关键保证的无线通讯链路也必须要可靠稳定且性能优异才能保证整个工控系统的最佳运行。

d. 无线数传电台在石油天然气行业的典型应用是在油井和气井的三遥（遥测、遥信、遥控）和自动计量方面——井站数据通过无线数传电台传送到采油队控制中心，采油队再通过专用广域通信网或无线网络与上一级的采油厂或石油公司的总控制中心连通。

e. 生产监控操作系统的基础，是每天24小时对远方产油或产气井的所有主要环节和地面分离及储存系统的各种常规的或独特的传感器采集的数据进行记录。  

f. 油田作业计算机和井场计算机之间的数据转输是由微波无线电系统完成的。中继站是可选件，如果采用，则将它建于地势较高的地方，并采用高增益天线。中继站一般位于多个远程井口微型计算机附近，并采用廉价的非增益天线。

二、存在的问题：

油田地理环境特殊，分布范围广，大部分在野外，相互之间距离远近不一，通信设施分布参差不齐。由于地域偏远，气候环境恶劣，尤其是某些地区酸雨频降，风沙侵蚀严重，冬季气温极低等客观条件，给油井设施的正常管理带来了巨大的困难。特别是近年来被媒体频频曝光的人为破坏、偷盗现象日益增多，如果采用传统的人工巡检、巡查等相对落后的监控手段来实施管理，不但需要投入大量的人力、物力、财力，而且由于缺乏一套行之有效的、切实可行的现场生产设备的网络化监控管理系统，抽油机的正常生产秩序得不到有效、安全的保护，不法份子破坏油井设备、盗取原油的事件时有发生，而设备故障又得不到及时修复。仅据一个不到300口油井的基层管理区统计，2004年被盗变压器7台，高低压线19空，电缆500余米；2005年上半年，共被盗变压器8台，高低压线21空，电缆250余米。由于各种偷盗事件愈演愈烈，不但给国家造成了重大的直接和间接损失，而且扰乱了正常的生产管理秩序，加重了设备现场维护的压力，使大量的人员疲于应付这种突发事件，降低了劳动生产率，事倍功半。油井设施的安全有效管理已成为了各级石油生产管理部门尤其是基层管理区重点关注的一大难题。因此，应用现代化的科技手段，建立起一套高效、可靠、实用的油井抽油机运行监控系统就成为了广大石油生产管理部门的理想选择。石油行业一直是无线网络应用的一个重要场所。油矿的地形起伏不平，各采油井区分布面广、距离远。无线网连接可提供从钻井台到压缩机房的数据链路以便显示和输入由钻井获取的重要数据。再如海上钻井平台由于宽大的水域阻隔，数据和资料的传输比较困难。敷设光缆费用又很高，施工难度很大。使用无线网技术，费用不及敷设光缆的十分之一，效率高，质量好。

基于上述观点，即目前的以计算机、无线数传电台为基础的油田监测和操作系统可大大提高油田生产效率，降低综合成本，实现油田生产、管理的自动化、信息化。为了达到这个目标，必须开发一个可靠的以微型计算机技术、现代通信技术为基础的油田监测和操作系统；开发新而廉价的油田作业监测方法；开发一个易为用户存取的数据库和记录系统。  实时监控抽油机等设备的工作状况，并利用移动公司的网络实现实时检测与告警，给不法分子以强大的威慑力。　同时，各级管理人员能通过局域网看到工作记录，掌握第一手资料，有效加强生产管理，保护油田财产。

目前，在国内外现有两种方案监测抽油机参数：一种是采用PLC（可编程逻辑控制器）；PLC使用简单，可现场编程，但对使用环境要求较高，不适合野外环境。另一种是采用通用RTU（Remote  Terminal  Unit），RTU是一种远端测控单元装置，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。与常用的可编程控制器PLC相比，RTU通常要具有优良的通讯能力和更大的存储容量，适用于更恶劣的温度和湿度环境，提供更多的计算功能。正是由于RTU完善的功能，使得RTU产品在数据采集系统中得到了大量的应用。由于抽油机测控需要测量参数种类较多，有毫伏级弱电压信号、标准电流信号、开关量输入信号、开关量输出信号、数字/频率信号等，需扩展许多模块，这样RTU的价格将极其昂贵。我们采用专用RTU方案。

实现油场的自动化、信息化，设计了本方案。

二、项 目 介 绍

一.系统概况：

1）系统简介

抽油机GSM/GPRS/CDMA无线监控管理系统，是应用于石油行业中的一种集采油、生产管理、设备检测为一体的综合自动化系统。系统融合了多项新技术，是一套集现代电力技术、传感器技术、GPRS/CDMA移动通信技术、GIS技术以及计算机网络技术于一体的新一代油田设备无线监控管理系统。

系统充分考虑油井的分散与GSM/GPRS/CDMA网络覆盖的特征，有效地解决了分布广泛、位置偏远、环境特殊的抽油机设备运行的数据采集和传输问题，大大提高了油井生产设备运行维护的自动化、网络化和可视化的管理水平，实现了系统无线组网、实时监控、自动采集数据、联网报警、快速联动处理、设备集中管理以及事件统计分析、最优化分析与处理为一体的油田生产管理新局面，是油田生产企业增加产量，减少停机时间，及时发现和排除故障，提高企业效益和工作效率的有效手段。

为满足加快存取速度和减少存储量要求而设计的几个独立程序包构成了生产监控系统的软件。主要的部分有油田中心监控计算机的操作系统、井口微型计算机扫描和通信程序和在油田中心生产监控系统中编制报表、分析数据和通信用的软件。

1. 操作系统

该系统的特点可分为两类：实时监控和数据管理：

（1） 实时监测

① 自动收集和认可从远程井口微型计算机传输来的数据，每口井具有其自己的识别特征；

② 自动检查错误，如果需要还可重新传输；

③ 在收到任何级别的警报时，可自动进行电话拨号；

④ 调制解调器电话通信处理程序通过安全密码可进入计算机系统，通过第二级安全密码可得 到单个用户油井资料。

（2） 数据库管理

① 传感器和报警数据按时间、日期和油井存储。;

②根据报警数据的紧急程度和认可情况排定报警数据的优先次序。每口井的报警资料单独存 储。

③ 存储历史数据，并使这些数据在线保留时间约1个月。

④ 通过一个特别菜单和选定的传感器组使远程井口微型计算机初始化。指定无线电中继站（如果  设有中继站的话）；计划数据收集时间和间隔；计划数据记录时间和间隔；密码赋值；设定报警优先等级和报警记录的电话号码。

现场操作人员和用户通过一系列菜单和屏幕显示与系统对话。不仅能得到历史数据，而且还可得到现时数据。

2. 用户网络化管理

系统的设计可使现场操作人员和处于远方的矿场经营者能通过一系列菜单显示得到存储在油田总部的数据。

2）系统特点

3) 系统的基本功能

a、网管中心

网管中心负责整个系统的管理，提供对用户的最终接口，系统结构上采用B/S模式，结合嵌入式上位软件，使用电子地图直观显示和管理终端，符合目前网管系统的最新潮流。

b、使用环境：

监控终端置于野外无人值守环境，环境比较恶劣。

c、终端组成：

电源管理电路、独立振荡控制电路、

MCU控制模块、GPRS通信模块、传感器电路以及相关结构件等组成。

4)系统功能：

油井抽油机运行监控系统是监测抽油机是否正常工作的重要设施：

1、可以自动检测油井现场的抽油机是否正常工作；

2、可以实时地把抽油机的工作状态报送网管中心；

3、在发生异常时立即告警，通知相关人员处理；

4、管理人员可以通过局域网登录监控系统，随时查询抽油机的当前或历史的相关工作状态记录，并能够发送操作指令到终端，实现远程操作；

5、网管中心能提供生产管理所需的统计与管理功能。

5)油井抽油机运行监控系统优点

1、采用先进的GPRS无线数据通信技术，保证了抽油机工作状态数据的实时获取，不但价格低廉，而且不受通信距离影响。

2、 自主开发数传电台，不但寿命长，而且性能稳定，有效保障监控系统长时间的正常运行。

3、采用了国际上流行信息系统技术，与生产实际结合，界面直观、操作方便、管理便利，无需对工作人员进行专门培训即可使用本监控系统进行油井监控操作。

4、采用B/S结构，用户无需繁琐的安装执行客户端软件，打开浏览器就直接可以浏览、查询和操作。并且可以在连接企业网的任何地方访问，进行各项操作，实时掌控油井运行状态。即使是在办公室里，照样能对油田的生产情况了然于胸，运筹帷幄之中，决胜千里之外。

5、提供三级重启保护方式，有效防止程序死机与跑飞的情况，保证了终端的可靠性。

6、数据通信上采用以GPRS为主，以SMS为辅的协同通信方式，通信费用低廉，有效降低成本。两种方式自动检测，自动切换，极大的提高了通信的可靠性。  

7、采用工业电子产品设计思路，所有元器件均使用工业级，不但信号更灵敏，而且产品的抗干扰性更优良，有效保证产品的稳定性。

8、使用两层防护设计，有效抵抗野外的恶劣环境，即使是暴雨甚至沙尘暴这样的恶劣天气，监控系统照样能运作自如。整个装置具备抗振、防尘、防水功能，具有更长的使用寿命，降低了后期的维护费用。

9．发射天线采用小型卧式天线，坚固且信号强，保证了信息的畅通，为工作人员实时监控油井工作状态提供了可靠保障。

6）成功案例

1、胜利油田东辛采油厂5矿16小队 无线油井监控  

2、胜利油田东辛采油厂1矿13小队 无线油井监控  

3、胜利油田东辛采油厂1矿14小队 无线油井监控  

4、大港油田2矿7小队 无线油井监控  

5、大庆油田7矿4小队 无线油井监控  

7）实际中解决的问题：

该油井抽油机运行监控系统安装试用后的结果表明：它增加了油井开井时率，使原油日产量有所提高，油井及采油设施的安全方面得到了保证，有效地打击了不法份子和盗窃团伙，确保了油区正常的生产秩序,减少了维护开支，有效降低了生产成本，实现了降本增效的目的，同时，也在一定程度上改善了油田工作人员的劳动环境，降低了油田工作人员的劳动强度。  

鉴于该系统在试用过程中取得了良好的效果，胜利油田东辛采油厂召开了有关部门与相关工程技术人员参加的油井无线监控系统新技术推介会。与会人员一致认为：该系统作为生产管理的新技术实现了三大技术突破，各项技术指标均达到了设计要求，实现了设计目标；认为此新技术具有很大的实用性和较高的推广价值，尤其是针对油区、油井的野外作业环境和这种特定的管理模式，能有效阻止破坏、盗窃油井电力设备和偷盗原油等行为。  

b实施油田GSM/CDMA无线监控管理系统主要作用归纳为以下以下九个方面：  

1、实时自动监测和控制油井工作状态，提高了采油厂的现代化管理水平，提升了企业的形象。

2、减少生产管理人员，提高劳动生产率。减轻了巡检员和维护人员的工作量，大大提高了生产效率，节约了劳动生产成本，是减员增效，提高劳动生产力最有效的措施之一。现有体制下，油田（以采油队为单位）的生产管理维护维修人员较多。以某采油队为例，该队现有约75人，采用自动测控系统后，可减少油田职工和管理人员20～30人，按人均3.0万元/年〈包括福利〉计算，每年可减少支出60～90万元，该系统的运行有利于油田主体产业人员的大量精减，为油田发展第三产业提供了大量的人力资源。  

3、完全避免了油井巡检员巡检不及时，故障发现延迟，维修速度慢，造成的生产停止，采油量减少人为损失。

4、利用分站的扩展口和多功能，能取消老控制柜上的电流记录仪，控保电路等。

5、在变压器被盗或偷电时，能及时向监控中心发出报警信息，避免国家受损失。

6、确保安全生产，减少事故损失。该系统承担着采油设备安全生产的监测与控制，在出现异常情况时，能够迅速报警，使生产管理人员在事故发生之前采取措施，防患于未然，减少了事故损失，保护油井的采油设备。  

7、减少停产时间，提高油井采油时率。该系统能够遥测遥控，使生产管理人员可以随时了解油井的生产情况以及设备的运行状况，在出现故障时，能够及时准确地报警，使油井在最短的时间内恢复生产，提高油井采油时率。  

8、降低电能消耗，减少设备磨损。系统对供液不足的抽油井建立合理的间抽时间表，运用间抽自动控制和连抽带喷自动控制等功能，实现抽油机的间抽控制，从而显著提高泵效，降低电能消耗，减少设备磨损，延长检泵周期。  

9、信息共享，管理优化。运用Internet/Intranet技术，在油田局域网的任何计算机上均可实时监测所有油井、计量站及水井的测控数据、功图和电流图，实现任意时间段的历史数据查询、功图比较、电流图比较和报表图表的打印功能，实现了全公司范围的联网，信息共享管理优化，使油田生产一步迈向了信息化时代。  

当前，国际原油价格持续攀升，能源已日益成为人们关注的焦点,在我国乃至全世界能源危机的警钟都已经敲响。在这个国际大环境下，加强油井现场管理，提升油井开井时率，增加原油产量，提高油区的安全系数，降低成本，减少损失是油田生产管理部门的工作目标和艰巨任务。这不仅是“石油人”的责任，也是我们每一个科技人员应尽的义务。为加快我国石油建设步伐。