CN105908192A - 一种油水井管套阴极保护在线远程监控系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油水井套管阴极保护，具体涉及一种油水井套管阴极保护在线远程监控系统及方法，所述在线远程监控系统主要由在线监控装置和远程监控装置两部分组成；在线监控装置由供电系统、智能监控电流表、智能监控电压表、RTU模块组成；在线远程监控系统由数字化无线网络、防火墙、监控交换机以及控制终端组成。所述方法包括电压数据和电流数据采集的步骤，电流数据和电压数据上传至数字化无线网络中的步骤，电流数据和电压数据上传至控制终端的步骤。通过该在线远程监控系统和方法能够在线远程监控阴极保护总电流、分支电流、电位、运行工况，打雷闪电时，可远程关掉阴极保护装置工作，不被烧坏，不需专职人员管理。

Description

一种油水井管套阴极保护在线远程监控系统和方法

技术领域

本发明涉及油水井套管阴极保护，具体涉及一种油水井套管阴极保护在线远程监控系统及方法。

背景技术

随着使用时间的延长,油井套管的腐蚀也日益严重,直接影响着油田的进一步开采。油井套管腐蚀以外壁腐蚀为主,阴极保护是公认的控制外部腐蚀行之有效的技术。合理的阴极保护设计将有效地延长油井套管的使用寿命。为适应油田外部恶劣环境，增加运行可靠性并降低成本，丛式井组阴极保护工艺采取以井组为单元，以套管为重点建立阴极保护系统。丛式井组阴极保护实现这一原理的过程是，直流电源负极与各单井套管连接，直流电源正极与深井接地阳极连接，从而构成保护回路。

每个阴极保护单元需要1台配电柜、1台硅整流防蚀仪、1台直流分配柜，三个柜体，占地面积大，设备重达600多公斤，需建专门的配电房，搬运费力。硅整流防蚀仪运行效率低60～70％，采用瓷盘电阻器进行分流浪费电能严重，用调压器调电压冒火花不安全，分流柜电流相互牵制难以调整需要的电流，大电流运行时，主变压器会产生很强的振动噪音、发热等缺点。安装井场分布区域广，山高路远，还没有专职人员巡查管理。因各种原因，每年有相当一部分保护柜损坏，需要大量维修费。特别是雷雨天，不及时关掉，会造成阴极保护柜雷击破坏，由于没有远程在线监控，管理又跟不上去，管理人员长期不知道，结果造成阴极保护柜不能给油水井套管提供阴极保护电流,套管得不到保护将发生腐蚀；当阴极保护柜给套管提供的阴极保护电流过大时,油水井外防腐层会发生析氢剥离，同时还不能满足现阶段长庆油田公司数字化建设发展的要求。

综上所述，亟需一种新的油水井套管阴极保护在线监控装置和远程监控技术来满足油田发展的要求。

发明内容

针对现有的油水井套管阴极保护装置，体积大、笨重，调电压冒火花不安全，效率低和没有在线远程监控功能等问题，本发明的目的在于提出一种油水井套管阴极保护在线远程监控系统及方法。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种油水井套管阴极保护在线监控系统，主要由在线监控装置和远程监控装置两部分组成；所述在线监控装置包括给油水井套管阴极保护提供电流的供电系统；用以采集和传输油水井管套阴极保护电流数据的智能监控电流表用以采集和传输油水井管套阴极保护电压数据的智能监控电压表；用以接收并发射电流数据和电压数据，并控制阴极保护启停的RTU模块；所述远程监控装置包括用以接收RTU模块发射的电流数据、电压数据以及启停信号，并通过油田专用光纤传输电流数据、电压数据以及启停信号的数字化无线网络；用以接收和处理数字化无线网络传输的电流数据和电压数据，并对所述接收数据进行监控分析,识别出合理数据,对不合理数据进行过滤和屏蔽的防火墙；用以接收防火墙处理后的电流数据和电压数据，并将接收的不同数据通过不同网线上传的监控交换机；用以接收监控交换机处理好的电压数据、电流数据以及启停信号，并进行在线远程监控、数据存储、网络发布和远程启停阴极保护的控制终端。

优选的，所述供电系统包括双回路并联可调式开关电源，双回路并联可调式开关电源由二个3KW的独立可调式开关电源并联组成。

优选的，所述智能监控电流表电连接油水井套管，并将电流数据通过其自身RS485接口上传到RTU模块上的采集输入口进行电流数据采集上传。

优选的，所述的智能监控电压表电连接油水井套管，并将电压数据通过其自身RS485接口上传到RTU模块上的采集输入口进行电压数据采集上传。

优选的，所述RTU模块连接一级天线，一级天线通过无线方式将数据传输给所述数字化无线网络。

优选的，所述数字化无线网络包含二级天线、无线接收装置、数字化无线网络交换机，一级天线将井场所有数据上传到二级天线上，二级天线通过无线接收装置的专用模块RJ45接口将数据传输到数字化无线网络交换机。

为了实现本发明的目的，本发明还提供一种油水井管套阴极保护在线远程监控方法，包含以下步骤：

步骤1：智能监控电流表采集油水井管套阴极保护电流数据，并将电流数据传输给RTU模块；智能监控电压表采集油水井管套阴极保护电压数据，并将电压数据传输给RTU模块；

步骤2：RTU模块接收智能监控电流表传输的电流数据和智能监控电压表传输的电压数据，并将电压数据、电流数据、以及启停信号通过无线的方式上传至数字化无线网络中；

步骤3:数字化无线网络再将采集数据通过油田专网光纤上传至防火墙，经过防火墙加工处理后送到监控交换机，监控交换机进一步将处理好的数据经过网线送入控制终端后，实现阴极保护在线远程监控。

优选的，在步骤2中，所述RTU模块将电压数据和电流数据通过一级天线以无线方式传输给二级天线上，二级天线通过无线接收装置的专用模块RJ45接口将数据传输到数字化无线网络交换机中。

本发明的有益效果：本发明的供电系统可输出连续调控直流电压，可用智能监控电压表和智能监控电流表就地显示出控制直流电压和电流，并将采集数据上传RTU模块，RTU模块再将上传数据和启停信号通过无线方式传输到网络交换机位置，网络交换机通过已有网络传输控制终端内，因此，通过该监控系统和方法能够远程监控阴极保护总电流、分支电流、电位、运行工况，打雷闪电时，可远程关掉阴极保护装置工作，不被烧坏，事后可以启动阴极保护装置工作，做到真正的无人值守，不需专职人员管理。

附图说明

图1为本发明油水井管套阴极保护在线远程监控装置的结构示意图；

图2为本发明油水井管套阴极保护在线远程监控方法的流程框图。

图中：1、控制终端；2、监控交换机；3、防火墙；4、油田专用光纤；5、数字化无线网络；6、在线监控装置；7、智能监控电流表；8、智能监控电压表；9、供电系统；10、RTU模块；11、柜体；12、一级天线；13、二级天线；14、数字化无线网络交换机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1

请参见图1，本发明实施例提供的一种油水井套管阴极保护在线远程监控系统，主要由在线监控装置6和远程监控装置两部分组成。

所述在线监控装置6，包括给油水井套管阴极保护提供电流的供电系统9；用以采集和传输油水井管套阴极保护电流数据的智能监控电流表7；用以采集和传输油水井管套阴极保护电压数据的智能监控电压表8；用以接收并发射电流数据和电压数据，并控制阴极保护启停的RTU模块10。

所述远程监控装置，包括用以接收RTU模块10发射的电流数据、电压数据以及启停信号，并通过油田专用光纤4传输电流数据、电压数据以及启停信号的数字化无线网络5；用以接收和处理数字化无线网络5传输的电流数据和电压数据，并对所述接收数据进行监控分析,识别出合法数据,对非法数据进行过滤和屏蔽的防火墙3；用以接收防火墙3处理后的电流数据和电压数据，并将接收的不同数据通过不同网线上传的监控交换机2；用以接收监控交换机2处理好的电压数据和电流数据，并进行远程监控、数据存储、网络发布和远程启停阴极保护的控制终端1。

监控原理：

所述供电系统9为油水井套管阴极保护提供合理的电流，智能监控电流表7和智能监控电压表8分别采集电流数据和电压数据，并将采集电流数据和的电压数据上传到RTU模块10的输入接口，RTU模块10将电流数据、电压数据、启停信号传输到数字化无线网络5，数字化无线网络5通过油田专用光纤4将电流数据和电压数据传到防火墙3，经过防火墙3加工处理后送到监控交换机2，监控交换机2进一步将处理好的数据送入控制终端1后实现阴极保护在线远程监控。

实施例2

在实施例1的基础上，针对阴极保护在线监控装置6的各个组成部分附加的技术特征进一步的描述。

所述供电系统9包括双回路并联可调式开关电源，双回路并联可调式开关电源由二个3KW的独立可调式开关电源并联组成。供电系统9的正极和现场的深阳极井相连，负极经过瓷盘电阻器和保护的油水井套管相连，和大地构成保护回路。输入电压AC220V，输出电压DC0～60V，最大电流100A,可个20个油水井套管提供4～5A电流进行阴极保护。所述供电系统连接检测控制单元，所述检测控制单元由工业级微电脑及电气元件组成，用以对供电系统进行脉宽调控，输出连续调控直流电压。

所述智能监控电流表7电连接油水井套管。智能监控电流表7的数量一般为8个，可以对8个油水井套管进行阴极保护电流监控，也可以多设，最多设有20个，用来监控每个油水井套管保护电流，并将电流数据通过其自身RS485接口上传到RTU模块10上的采集输入口进行电流数据采集上传。所述智能监控电流表7是型号为JZK-DL的智能电流表，该型号的智能电流表性能是：1、工作环境：-20～+60℃，相对湿度≤85％；2、工作电源：AC220V±10％,50Hz；3、数字显示：四位0.36英寸数码管，最大显示0～9999；4、显示精度：±0.5％。

所述的智能监控电压表8电连接油水井套管。由于每个保护的油水井套管供电电压一样，所示仅需设置一个智能监控电压表8，用来监控每个油水井套管阴极保护电压，并将电压数据通过其自身RS485接口上传到RTU模块10上的采集输入口进行电压数据采集上传。所述智能监控电压表8是型号为JZK-DY的智能监控电压表8，该型号的智能监控电压表8性能是：1、工作环境：-20～+60℃，相对湿度≤85％；2、工作电源：AC220V±10％,50Hz；3、数字显示：四位0.36英寸数码管，最大显示0～9999；4、显示精度：±0.5％。

所述RTU模块10,英文全称Remote Terminal Unit，中文全称为远程终端控制系统。RTU模块10是将CPU、模拟量输入、开关量输入、开关量输出、通讯口等高度集成的模块。具有集成程度高、稳定可靠、完全满足野外使用要求等特点。RTU模块10通过无线方式对阴极保护中总电流、分支电流、运行工况进行实时在线监控，实现真正的无人值守，保证了阴极保护系统控制参数的真实性，打雷闪电时可以远程启停阴极保护单元，不被烧毁。该RTU模块10选用中国专利申请号CN201520472178.6中提到的RTU模块10。所述RTU模块10连接一级天线12，一级天线12通过无线方式将数据传输给所述数字化无线网络5。

上述在线监控装置6的各个组成部分集成在一个柜体11内，所述柜体11是一个长方体结构，长、宽、高分别是650mm、450mm、1750mm。该柜体11分为上下两部分，上部分主要用来安装八块智能监控电流表7、一块智能监控电压表8，以及电压调节旋钮器；下部分主要安装供电系统9和RTU模块10，各部分发布均匀协调安装，方便操作。该柜体11重量轻为80多公斤，效率高可达90％以上，调压不冒火化安全。

该在线监控装置通过供电系统9能给油水井套管提供合理的阴极保护电流,使油水井套管长期得到保护不被发生腐蚀。通过智能监控电流表和智能监控电压表8可以远程监控阴极保护总电流、分支电流、电位、运行工况；打雷闪电时，通过在线监控装置6中RTU模块10远程关掉阴极保护装置，不被烧坏，做到真正的无人值守，不需专职人员管理。对阴极保护重要数据采集的真实性，提高阴极保护运行效率，提升了监控的安全的能力有着重要的意义,实现和吻合了油田发展的需求。

实施例3

在实施例1的基础上，针对远程监控装置的各个组成部分附加的技术结构特征进行详细描述。

所述的数字化无线网络5使以网桥形式进行传输的。所述数字化无线网络5包含二级天线13、无线接收装置、数字化无线网络交换机14，一级天线12将井场所有数据上传到二级天线13上，二级天线13通过无线接收装置的专用模块RJ45接口将数据传输到数字化无线网络交换机14，然后数字化无线网络交换机14通过已有网络传输至控制终端1内，这样上传数据量多，速度快，相互不干扰。

所述的监控交换机2是分配数据信号的设备，用以将不同的数据信号通过不同网线上传到控制终端1中进行显示和控制。其中不同的数据信号具体为阴极保护单元的电流数据和电压数据信号、井场来的视频信号、油井示功图数据、配水间的流量数据信号、水源井工况数据信号。在本实施例中，所述监控交换机22是型号为USG2110-F，用于电或者光信号转发的网络设备。

所述的防火墙3是数字化平台专用软件和硬件设备组合的防火墙3，该防火墙3用以对所述接收数据进行监控分析,识别出合法数据,对合理数据进行过滤和屏蔽。不合理数据具体指：通过处理井场来的视频信号、油井示功图数据、配水间的流量数据、水源井工况数据等。在本实施例中，硬件是型号为USG2110-F的安全网关防火墙3，软件Symantec ATP油田企业防火墙3，该防火墙3在内部网和外部网之间、专用网与公共网之间的界面上构造的保护屏障，使Internet与Intranet之间建立起一个安全网关(Security Gateway)，从而保护内部网免受不合理用户的侵入。

所述的油田专网光纤4是油田数字化建设敷设的光纤，上网速度快，抗干扰性能强。在本实施例中，油田专网光纤4型号为APESD-GYXTW-4B1-SM，光缆主要是由光导纤维(细如头发的玻璃丝)和塑料保护套管及塑料外皮构成，光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。

所述的控制终端1，主要由工程师、数据服务器、WEB服务器和操作员组成，实现阴极保护工况远程监控、数据存储、网络发布和远程启停阴极保护单元等工作。

实施例4

在实施例1的基础上，如图2所示，为了对油水井套管阴极保护在线远程监控，本发明还提供一种油水井管套阴极保护在线远程监控方法，包括以下步骤：

步骤1：智能监控电流表7采集油水井管套阴极保护电流数据，并将电流数据传输给RTU模块10；智能监控电压表8采集油水井管套阴极保护电压数据，并将电压数据传输给RTU模块10；

步骤2：RTU模块10接收智能监控电流表7传输的电流数据和智能监控电压表8传输的电压数据，并将电压数据、电流数据、以及启停信号通过无线的方式上传至数字化无线网络5中；

步骤3:数字化无线网络5再将采集数据通过油田专网光纤4上传至防火墙3，经过防火墙3加工处理后送到监控交换机2，监控交换机2进一步将处理好的数据经过网线送入控制终端1后，实现阴极保护在线远程监控。

其中，在步骤2中，在步骤2中，所述RTU模块10将电压数据和电流数据通过一级天线12以无线方式传输给二级天线13上，二级天线13通过专用模块RJ45接口将数据传输到数字化无线网络交换机14。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种油水井套管阴极保护在线远程监控系统，其特征在于：由在线监控装置(6)和远程监控装置两部分组成；所述在线监控装置(6)包括给油水井套管阴极保护提供电流的供电系统(9)；用以采集和传输油水井管套阴极保护电流数据的智能监控电流表(7)；用以采集和传输油水井管套阴极保护电压数据的智能监控电压表(8)；用以接收并发射电流数据和电压数据，并控制阴极保护启停的RTU模块(10)；所述远程监控装置包括用以接收RTU模块(10)发射的电流数据、电压数据以及启停信号，并通过油田专用光纤(4)传输电流数据、电压数据以及启停信号的数字化无线网络(5)；用以接收和处理数字化无线网络(5)传输的电流数据和电压数据，并对所述接收数据进行监控分析,识别出合理数据,对不合理数据进行过滤和屏蔽的防火墙(3)；用以接收防火墙(3)处理后的电流数据和电压数据，并将接收的不同数据通过不同网线上传的监控交换机(2)；用以接收监控交换机(2)处理好的电压数据、电流数据以及启停信号，并进行在线远程监控、数据存储、网络发布和远程启停阴极保护的控制终端(1)。

2.根据权利要求1的油水井套管阴极保护在线远程监控系统，其特征在于：所述供电系统(9)包括双回路并联可调式开关电源，双回路并联可调式开关电源由二个3KW的独立可调式开关电源并联组成。

3.根据权利要求1的油水井套管阴极保护在线远程监控系统，其特征在于：所述智能监控电流表(7)电连接油水井套管，并将电流数据通过其自身RS485接口上传到RTU模块(10)上的采集输入口进行电流数据采集上传。

4.根据权利要求1的油水井套管阴极保护在线远程监控系统，其特征在于：所述的智能监控电压表(8)电连接油水井套管，并将电压数据通过其自身RS485接口上传到RTU模块(10)上的采集输入口进行电压数据采集上传。

5.根据权利要求1的油水井套管阴极保护在线远程监控系统，其特征在于：所述RTU模块(10)连接一级天线(12)，一级天线(12)通过无线方式将数据传输给所述数字化无线网络(5)。

6.根据权利要求5的油水井套管阴极保护在线远程监控系统，其特征在于：所述数字化无线网络(5)包含二级天线(13)、无线接收装置、数字化无线网络交换机(15)，一级天线(12)将井场所有数据上传到二级天线(13)上，二级天线(13)通过无线接收装置的专用模块RJ45接口将数据传输到数字化无线网络交换机(15)。

7.一种油水井管套阴极保护在线远程监控方法，其特征在于：包含以下步骤，

步骤1：智能监控电流表(7)采集油水井管套阴极保护电流数据，并将电流数据传输给RTU模块(10)；智能监控电压表(8)采集油水井管套阴极保护电压数据，并将电压数据传输给RTU模块(10)；

步骤2：RTU模块(10)接收智能监控电流表(7)传输的电流数据和智能监控电压表(8)传输的电压数据，并将电压数据、电流数据、以及启停信号通过无线的方式上传至数字化无线网络(5)中；

步骤3:数字化无线网络(5)再将采集数据通过油田专用光纤(4)上传至防火墙(3)，经过防火墙(3)加工处理后送到监控交换机(2)，监控交换机(2)进一步将处理好的数据经过网线送入控制终端(1)后，实现阴极保护在线远程监控。

8.根据权利要求7的油水井管套阴极保护在线远程监控方法，其特征在于：在步骤2中，所述RTU模块(10)将电压数据和电流数据通过一级天线(12)以无线方式传输给二级天线(13)上，二级天线(13)通过无线接收装置的专用模块RJ45接口将数据传输到数字化无线网络交换机(15)中。