油井下数据采集论文

项目背景玉门油田是中国第一个天然石油基地，是集勘探开发、炼油化工、油田作业、供水供电、机械制造、建筑安装为一体的大型综合性石油企业。玉门油田酒东试采区监控系统属酒东数字化油田建设配套项目，需要实现新建联合站、生产技术服务中心、公寓楼三类区域的视频监控，以及作业区油井的数据采集和视频监控。今天小编为大家精心挑选了关于《油井下数据采集论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

油井下数据采集论文 篇1：

大数据背景下抽油机数据采集系统的设计与运行

【摘 要】油井数据采集管控系统是一个将抽油机生产控制、数据监测和管理这三大步融合在一起的生产过程自动化控制体系。此系统的实施离不开油田作业的抽油机，它可以实时监控油田作业的抽油机，将人工智能测控仪器仪表作为人的“眼睛”，并通过计算机的网络通信将计算机网络的一部分延伸到油井所在之处，这样就形成了油井数据采集的自控系统。此数据采集系统有严格的等级关系，每个分支下的系统都具有独立的网络系统和布线系统，各个公司或者是其他单位想要得到生产数据的话，可以通过网络与公司其他生产单元监控操作站相连将生产数据发送到公司的部门，同时监控操作站又与公司企业的信息网相连，极大地增加了便利。抽油机数据系统采集有3层功能，即生产管理、监控和过程控制，其中过程控制部分是整个采集系统的关键部分，也是整个采集系统的核心。

【关键词】大数据背景；抽油机；数据采集系统；信息集中性；系统可靠性

大数据，从字面上来理解，它是超出传统数据软件工具承接能力范围的数据集合，它的数据规模更大、数据流转速度更快，数据类型更多元、价值密度更低。大数据的运行主要是对已经接受的数据进行再操作，如辨析、抓取、分类等。通过大数据的分析，可以促成更强的决策能力、洞察力和最佳化处理。在当今大数据背景下，世界上98%的工作运转都与大数据有关。抽油机的工作原理比较繁琐，它需要动力机提供动力，然后用减速机把动力机的高速转动变化成抽油机曲柄的低速旋转，同时曲杆—连杆—游梁机构起作用，它把旋转运动变为抽油机驴头的往复运动，这种往复运动是上下而行，从而带动深井泵工作，上行时驴头悬点提起抽油杆，让抽油杆抽出液体，即可抽出油，然后下行，反复上下而行，即可源源不断地抽出油。但是如果抽油机没有进行平衡，电动机的负载和耗能就会变得很大，也会降低抽油机的使用寿命。现如今，抽油机在世界范围内有很多种，所用技术也是各有不同。在对抽油机进行分类时，人们大多都是根据抽油机的采油方式而分类，将其分为有杆类采油设备和无杆类采油设备，而前者又可分为抽油杆往复运动类和旋转运动类。我国的抽油机大多属于往复运动类抽油设备，这种设备在我国也有很多年的使用历史，为我国的石油事业做出过巨大贡献，现在这种设备仍然在我国使用。无杆类采油设备可分为电动液压驱动类、气举采油设备和潜油离心泵，此类抽油机在我国使用较少。

1 抽油机数据采集系统的设计

一般在油田油井的附近会安装1台计算机，这台计算机负责油井数据的读写、查询、分析处理及数据曲线的绘制和数据报表的打印。做好以上工作后，此计算机会将所处理好的信息通过USB电路传给微处理器。微处理器分3个，其分工如下：微处理器一负责无线接收，数据存储，由液晶显示电路、键盘电路和日历时钟电路实施；微处理器二会将微处理器一所接收的数据进一步无线接收，并且存储，然后再进一步传给微处理器三。这3个微处理器所处距离不会太远，它们之间采用近距离无线传输数据。在20世纪70年代中期，社会上推出了一款集中分散型控制系统DCS，它是以处理器为基础的集中分散声控系统。这款系统是油井中的抽油机数据采集的核心，自从这款系统推出后就在世界范围内使用，并一直占有主导地位。

1.1 大数据背景下，数据采集系统的设计原理

目前，抽油机采集系统大多已发展为无线数据采集，其中抽油机参数采集系统会对各种信息进行采集、运算、分析、并储存，并且可智能地综合各种有效的信息因素进行运算并判断，从而达到合理高效节能减排的采油目的。同时，抽油机这种无线数据采集技术还可以对抽油机多种数据进行分析，例如油压、套压、回压、功率，电流等，并且可以根据这些数据作出图像，全面地进行比较权衡，选出最优秀的方案。以上都是对抽油机系统软件方面的分析和介绍。对抽油机的硬件方面也有很高的要求。例如，抽油机是在油田工作，属于露天状况，在自然情况下，大自然的阴晴雨雪会影响抽油机的工作，所以抽油机要从抗干扰、温漂、稳定性、可靠性等方面进行设计。与此同时，由于制造抽油机的成本较高，有些不法分子会对抽油机打歪主意，因此抽油机的设计要防盗、防破坏。抽油机采集系统的运行是非常严密的，它主要由3个阶段构成。最基本的阶段是前端信号采集模板，主要负责前端信号的采集收集及简单处理，通过简单的处理后再传送给数字隔离模块，再通过中间一系列复杂步骤，最后传送到控制及主站显示。

1.2 大数据背景下，数据采集系统的设计模式

数据采集系统大概由第一层控制中心、第二层工作站、巡检仪、传感器及各个生产区组成。低层控制中心属于生产管理级，第二层工作站属于监控级，而生产区巡检仪和传感器一些小部件是在过程控制中起作用，所以说巡检仪、传感器、生产区属于过程控制级。这里最基本的就是各个生产区，因为抽油机都是在各个生产区中工作。这3个部分构成了油井生产管理，并且此系统是分层控制结构的系统。这个系统通过控制多个控制卡及其子系统模板组成的过程装置控制级来间接掌握信息，传送数据。大概的分层结构如下：各个生产区产生的数据通过巡检仪传送到第二层工作站的過程就是监控级，而生产区将数据传送到传感器和巡检仪的过程为过程控制级，扮演监控级的第二层工作站可同时管理巡检仪和传感器2个部分，收到的数据通过第二层工作站简单处理即可通过网络传送到第一层中心控制室。每个油田都会有他自己独立的网络系统和布线系统，这个网络系统不同于平常我们使用的网络系统，它只应用于油田数据的传送，这就增加了数据传送的安全性，通过此网络系统，可直接将油田产生的数据发送到企业部门或者相关的管理部门。此过程虽较为繁琐，但却有条不紊。

2 抽油机数据采集系统的运行

抽油机数据采集系统的运行正如其设计原理一样，都是层层进行、步步传递，离不开过程控制级、监控级及生产管理级这3个层次方面。抽油机数据采集系统包括油井数据的采集器、中间过程的传感器、巡检仪等元件，还包括第二层工作站及第一层中心控制系统，数据采集系统的运行需要这3个部分都毫无差错地进行，中间任意步骤出现差错都会造成抽油机采集数据的缺失和差错，带来极大的麻烦，甚至造成重大的经济损失，同时还有可能对自然环境造成伤害。所以，在抽油机数据采集系统的运行过程中要认真谨慎地对待每个过程、每个流程，一丝不苟地对待每个数据。同时，在运行过程中要严格按照采集系统的应有顺序去实行，不可任意颠倒实行顺序。

2.1 大数据背景下，数据采集系统的运行机理

抽油机的数据采集系统可以控制抽油机的运行，控制抽油机的生产，也能控制抽油机的运转，同时还能监控抽油机的运行数据及运行状况。抽油机的数据采集系统利用计算机网络获取数据，其运行及功能主要是靠系统主机、过程机及其自身的直接数字控制。同时数据采集系统还包括多个子系统，如上文所述，它的各个子系统之间都有独立的网络系统，互不干扰，互不影响，独立运转。此外，此数据采集系统还有空抽控制的功能，这個功能不仅可以节约大量的能量，还可以延长抽油机的使用寿命，为国家节省大量的资源。抽油机数据采集系统主要在报表、数据及综合运用等功能模块发挥它最大的作用。数据采集系统通过信息采集网络化和数字化，扩大数据采集的覆盖范围，提高审核工作的全面性、及时性和准确性，这也是油田工作数据如此之严密的原因。与此同时，数据采集系统拥有各种智能仪表和各种传感器、控制器，其中传感器和各种智能仪表构成了数据采集系统的测量控制级，而控制器构成了油田的生产系统操作级，有的生产操作级不利用控制器而是选择PCL为核心下位机，与其相对应的，同时具有网络功能的上位机便为数据采集系统的监控级做出贡献。这些控制级别相互关联，又同时与监测站相连，层层相连，步骤严密。

2.2 大数据背景下，数据采集系统的运行优点

抽油机数据采集系统的作用巨大，一个关键的作用就是通过对系统数据的设定。在抽油机运行时，上下载荷出现超限低限的问题都会自动停机，从而保证抽油机井的安全生产，避免不必要的损失。还有一个关键作用是抽油机的系统可靠性，想要提高系统的可靠性，就要提高系统设备的性能和安全，而要提高系统设备的性能和安全，就要了解该系统的一些仪器的实际指标，包括温度、流量，其中最重要的是压力。这些压力、温度和流量的值会被设备的采集和传感器作为电信号所读取。而压力测量的信号采集大多采用应变式压力传感器，这种传感器的精度较高，一般在0.2%～0.3%，电压一般控制在0～5 V。至于温度，数据采集系统一般会采用半导体集成温度传感器AD59kh，此传感器是美国的AD公司所设计生产的，这款温度的传感器会输出标准化的线性电流，这些线性电流又会转化为电信号被传感器所读取，取出其中电流的脉冲信号，将电信号数字化，变为人们可理解的数据。由上可知，我们通过减少非正常电信号对设备的线性电流脉冲信号冲击，来减少系统的硬件损失，延长硬件的使用寿命。此外，抽油机的数据采集系统会有数字I/O隔离模板，使得传感器将模拟信号变换成数字信号，变为数字信号后就可以在电脑上被CPU收集和处理，A/D转换为12位精度的转换模板。有了这个处理，就可以避免电流转换的输送单元与强电流直接相触，强电流直接入侵Al模板，而损坏Al模板造成故障，这样中间的电信号没有被数字化，导致很多负责收集的控制级主站出现收不到数据信号的现象。

参 考 文 献

[1]岳彩祝，王超.智能油田远程监控技术的研究与应用[J].化学工程与装备，2017（7）：93-95.

[2]刘殿军，管翠翠.油田自动化系统中的油井监控技术应用分析[J].中国石油和化工标准与质量，2017，37（9）：172-173.

[3]刘同录.基于DCS原理设计的抽油机数据采集系统[J].现代电子技术，2009（18）.

[责任编辑：钟声贤]

作者：董云峰　张宏伟

油井下数据采集论文 篇2：

普天LTE混合组网方案助力玉门油田酒东试采区展开腾飞双翼

项目背景

玉门油田是中国第一个天然石油基地，是集勘探开发、炼油化工、油田作业、供水供电、机械制造、建筑安装为一体的大型综合性石油企业。

玉门油田酒东试采区监控系统属酒东数字化油田建设配套项目，需要实现新建联合站、生产技术服务中心、公寓楼三类区域的视频监控，以及作业区油井的数据采集和视频监控。

客户挑战安全环保要求高、区域跨度大、高低速数据传输并存

随着环境保护意识和风险意识的增强，人口密集地区的石油化工企业面临的环境挑战益发突出。酒东试采区位于酒泉市以东46公里处，试采区内兰新铁路、高铁、3]2国道、清嘉高速公路、西气东输管线纵贯全区，村庄、学校、农田分布于试采区内，对于安全环保有特殊要求。

另一方面，玉门油田酒东实验区井场分布南北跨度近7.2公里，东西跨度11.4公里。在这片近80平方公里的区域内，不仅需要在联合站、技术服务中心、油井处建立无线视频监控系统以实现对供水处理间、消防泵房、配电室、变电站、技术服务中心城区主干道路、大门口、公寓楼内以及油井等区域的24小时不间断视频监控，同时要进行存储，与技术服务中心共用大屏监看。

酒东试采区的井场RTU数据需要进行低速数据的采集和传输，井场视频监控则要实现高速数据的采集和传输。如何配置采集传输系统，覆盖目前酒东33口油井，同步实现高低速数据的有效采集与传输，普天提出了LTE混合组网方案。

解决方案：混合组网完美迎接挑战

普天LTE混合组网方案，基于LTE无线通信技术的宽带通信系统，采用LTE230和LTE1800混合组网，很好的满足了油气田生产物联网的应用要求。普天LTE无线传输系统是业界唯一全面支持230M1.4G＼1.8GHz混合组网的方案。

运用LTE230系统进行广覆盖蜂窝组网，很好的满足油气田生产宽窄带传输要求并存、工作现场分散、小数据量采集区域性密集的业务要求。结合LTE230系统优秀的绕射能力，能够大幅度的降低单位面积的设备投入量，同时还能够大幅度降低诸如塔架、机房等配套设施投入，以及设备安装和维护人员的投入。在满足井场无线数据采集宽窄带并存的应用要求的前提下，LTE230设备具备巨大的成本优势。

普天LTE1800宽带多媒体集群系统是以TD-LTE为核心技术，将TD-LTE技术与数字集群技术进行融合的新一代宽带多媒体数字宽带通信系统，具有大容量、大带宽、高速率、高频谱利用率的特点，通过系统提供行业共网功能，既可以进行宽带数据的接人以及物联网应用，又可以进行集群调度指挥，可广泛应用于视频监控、数据采集、高速数据传输和上网等业务场景。

在酒东试采区，用LTE230和LTE1800混合组网进行高质量视频监控和数据采集，需要建设三载扇LTE1800基站、全向单载扇配置LTE230基站共站址。

单井数据和视频采集，只需要在每井口各安装一个LTE230的RTU和LTE1800宽带无线通信终端CPE，RTU通过串口或者网口通信方式与通信终端连接，通信终端通过空口传输后将数据传输给后台自动化软件平台，并在自动化系统中统一存储。

井场摄像机采用D1标清设备，回传D1或者HalfD1图像。监控系统采用集中存储，集中管理，及时调度的视频监控平台。在监控台和指挥部建设硬盘塔等集中存储设备。

客户收益：节人、节能、节约运行成本

数据采集与控制、数据传输、生产现场监控与管理是此项目实现的三大核心功能。

其中，数据采集与控制系统通过对油井、气井、水井、计量间、中转站、增压站、注入站、注汽站、处理站、联合站、集输管网的生产运行参数进行采集，实现相关的控制功能。数据传输系统采用混合组网方式，实现井、站数据到作业区或采油厂的传输。生产现场监控与管理系统实现数据存储、数据处理、综合分析、安全预警、生产调度、应急抢险等功能，并为油气水井生产数据管理系统、采油与地面工程运行管理系统、勘探与生产指挥调度系统提供数据支持。

搭建覆盖玉门油田酒东试采区油气井区、计量间、集输站、联合站、处理厂的规范统一的数据管理平台，实现了生产数据自动采集、远程监控、生产预警，支持油气生产过程管理。

对于酒东试采区而言，不仅实现了生产操作自动化和生产管理流程优化，提高了日常工作效率，优化了劳动组织用工，更重要的是服务于油田生产的精细化管理，最终达到“节人、节能、节约运行成本”，进一步提高玉门油田生产决策的及时性和准确性，提高生产管理水平，降低运行成本和安全风险，有效推动了玉门油田物联网的发展，组网图见图1。

作者：王翎

油井下数据采集论文 篇3：

基于ｎＲＦ９０５的低功耗油井数据采集系统

摘要：本文介绍了一种基于nRF905的低功耗油井数据采集系统的设计和实现。

关键词：nRF905无线收发器；C8051F；低功耗；频分多址；USB

引言

油田油井数量多且分布范围由几十至上百平方公里，分布比较零散，一些注水，注汽井现场没有电源，没有专人值班。目前大多采用人工巡井方式，由工人定时检查设备运行情况并记录采油数据。以前使用的仪表操作繁琐，需要关闭阀门安装传感器，测量完毕后还要卸下传感器以免丢失，工人劳动强度大，影响设采油数据的准确性。

本系统基于nRF905无线收发器的数据采集，现场智能变送器由电池供电，功耗低，无需外部供电可持续工作一年以上。另外变送器经过特殊防盗设计，无专用工具无法拆下。工人通过手持式数据采集器甚至不用停车，在50M范围内就可以接收到变送器的信息并显示在液晶显示器上，测量结束后自动存储。数据超出正常范围时，会告警提示。管理计算机通过手持式数据采集器的USB接口读取存储的测量数据并存入数据库。数据采集系统框图示于图1。

硬件设计

智能变送器硬件选择了支持低功耗工作模式的C8051F350单片机和nRF905射频模块，使用32768Hz的低频晶振，采用1节5号锂电池供电。图2为智能变送器的框图。

手持式数据采集器硬件选择了支持低功耗工作模式带有USB接口的C8051F340单片机、nRF905射频模块、存储器、实时时钟、充电电路等，使用32768Hz的低频晶振，采用可充电的260mAH锂电池供电。图3为手持式数据采集器的框图。

C8051F350是Silabs公司的一款精确混合信号单片机，片内有8通道24bit的E-A型ADC，128倍PGA，电流型DAC，VREF等模拟外设，可以方便地和温度压力等传感器直接连接。使用电流型DAC对传感器进行激励，传感器的输出信号经片内128倍PGA放大后进行A/D转换，无需额外的信号调理电路。片内8KFLASH，可在线编程和改写，传感器的标定参数可以在FLASH中存储，节省片外存储器。

C8051F340是Silabs公司生产的一款带USB2.0接口的单片机，支持全速(12Mbps)和低速(1.5Mbps)模式；带专门的1KByte USB缓冲存储器；集成USB收发器，无需外部电阻。64K Flash程序存储器，4352Byte数据RAM；供电电压2.7～5.25V，可以直接由USB接口供电。处理速度可以达到48MIPS，能够满足手持式数据采集器的要求。

nRF905是挪威Nordic VLSI公司的单片射频收发器，低电压工作，功耗非常低，工作于433/868/915MHz三个ISM频段，在每个频段内支持多个频道且频道之间的转换时间小于650μs。利用这个特性使用频分多址的方法无需复杂协议即可实现多个传感器共同工作而不互相干扰。ShockBurst工作模式能自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)。通过SPI串口与单片机通信，无需使用功能更强的单片机；可以简化软件设计和硬件成本。使用非常方便，内建空闲模式与关机模式，易于实现节能。nRF905适用于无线数据通信、汽车、遥感勘测等诸多领域。天线的设计是整个系统设计的一个重要的环节，nRF905支持使用PCB环行差分天线，可以节省空间，降低生产成本。应用原理图见图4。

手持式数据采集器硬件还包括片外存储器和实时时钟电路，片外存储器选用Microchip公司的24AA系列，12C接口，最低工作电压1.8V，待机电流1μtA。实时时钟选用NXP公司的PCF8563T，12C接口，最低工作电压1.0V，最低工作电流0.25μA。非常适合电池供电的低功耗应用。

手持式数据采集采用专用的锂离子充电管理芯片来对电池进行充电管理，在USB接口连接后自动进行充电，软件上添加电池电压监测模块来避免充电时间过长。

软件设计

软件是在Keil uVision2下，使用C语言开发的。C8051F系列有硬件SPI接口，简化了nRF905的驱动程序的编写。nRF905的驱动程序包括初始化，数据包的读写，频道设置，功率设置等通用函数。调试完成后封装成函数库，供智能变送器和手持式数据采集器调用。

智能变送器软件

智能变送器的软件除nRF905的驱动程序外，还有A/D转换模块，传感器标定模块，定时唤醒模块及主函数组成。上电后，主函数高速运行，进行初始化，A/D采样，控制nRF905发送采集数据，然后切换到低速节电模式运行，休眠一段时间后唤醒重复上述过程。工作时间和休眠时间的比值为1:100，平均电流50μA左右，使用2100mAH的电池理论上可以使用4.7年。

手持式数据采集器软件

手持式数据采集器的软件设计相对复杂，除nRF905的驱动程序外，还要编写usB驱动程序，液晶显示驱动程序，按键驱动模块，时钟模块，电池电压检测模块、PCA定时模块，数据读写模块，文件系统(数据的存储，压缩，查找等功能模块)，命令解释模块等供主程序调用。主程序是一个事件驱动为主的任务调度程序，按照预先设定优先级来执行各模块。没有事件发生时主程序切换到低速节电模式，除实时时钟外关闭其他的功能模块，消耗很低的电流直到有外部事件唤醒。可唤醒主程序的外部事件有USB接口连接或断开、按键事件、定时器事件等。如果是USB接口连接事件唤醒，单片机以最高速度运行(48MHz)主程序执行USB驱动的初始化及连接任务，与主机进行连接，根据主机发送的命令来完成预定的功能。超过规定时间没有与主机的数据通讯，主程序自动进入待机模式。此时只有电池电压检测模块和实时时钟模块工作直到发生USB断开事件，此时主程序将卸载USB驱动程序，断开与主机的连接。

软件设计支持在运行中更改nRF905的频道，以便在一个工作区域内(通讯半径，50～100M)支持多个智能传感器共同工作。根据设定频率依次读取现场智能变送器的测量数据并自动存储。存储内容包括测量时间，变送器序列号，测试数据，变送器状态等信息。每天的测试数据形成一个文件，即可在本机查询，也可通过USB接口传给管理计算机进行分析和存储。

管理计算机处理软件

为了管理采集数据，需要在主机上建立良好的人机交互界面。采用VisualBasic(VB)来设计人机界面，开发应用程序。将USB驱动控件和指令封装在函数中，实现PC机对手持式数据采集器之间的串口通信。具体包括：初始化并驱动其开始工作，主动搜索从USB器件，完成链接，并将指令执行状态及搜索到的设备地址显示出来。控制与从USB器件的通信，对接收到的数据进行处理，实时刷新数据，显示温度、湿度、压力传感器的测量结果。利用其他控件实现对无线智能传感器数据的分析、显示和操作。

每一台智能变送器都有一个唯一的序列号，在管理计算机的数据库中有相应变送器的详细信息，如变送器类型、生产时间、安装时间、安装地点、量程、维修记录等。提供根据序列号查询历史数据，曲线等功能。

每一台手持式数据采集器同样有一个唯一的序列号，采集器可以读取多台智能变送器的测量数据，管理者可以根据采集数据中的变送器序列号和采集时间来考核操作者的工作。

结语

笔者设计的基于nRF905的低功耗油井数据采集系统具有安装简单，系统投资少，可扩展性强，使用和维护的费用低等优点。大大提高了数据采集的效率和可靠性，实现了参数测量的自动化。在有条件的地方还可以结合其他如GPRS，Internet等技术实现无需人员参与的全自动测量。目前该系统在大庆油田的注水井压力测量、燃气管道压力测量等多个场所得到了具体的应用，系统工作可靠稳定。

作者：张　立　付世平