油井状态实时监控系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种无线实时监控系统,特别是指一种用于井场的GPRS无线监控系统,同时,本发明还涉及一种用于该系统控制方法,适用对象为油田、采油厂。
背景技术
油井的出油状况关系到生产任务的正常进行,因此需要尽可能早发现故障,及时排除,保证正常生产。石油行业作业地点往往地域面积较广,并且是生活环境较为不方便的地方。人工的不断巡检或者专门派驻人员监视都不是很方便,即使能够派专人检查,也有以下几个缺点:1.检测精度不够;2.检测过程不能实时处理;3.处理过程不能自动化不能和企业的信息系统无缝连接。为了解决这些问题,使采油状态的检测和现在的采油技术同步实现自动处理,全面提高采油系统的自动化信息化程度,需要一种自动化的远程检测装置。
在以往,由于油井分散方圆数十公里,修井工人很难得知油井是否不产油,因此对故障油井没办法及时修理。这套系统通过监视产油情况,把产油情况通过GPRS网络实时地传给监控中心的服务器;监控程序通过对数据的分析,如果发现油井当天产油时间少于N(由客户设定)小时,或与历史平均值偏差较大则发简讯和打印信号报修,通过减少油井故障来提高产量。
也是由于油井分散,采油工人很难知道井场储油罐的储油情况,因此只能采取蜜蜂式的漫山遍野巡回采油,极大地造成车辆、燃油的消耗,同时由于司机得不到很好的休息也极易发生交通事故,造成人员的伤亡。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过对井场远距离的实时监视、报告产量、报告故障油井,来达到提高油井产量、降低能源消耗和事故率的井场GPRS无线监控系统。
本发明的再一目的在于提供一种通过对井场远距离的实时监视,报告产量、报告故障油井,来达到提高油井产量、降低能源消耗和事故率的井场GPRS无线监控控制方法。
为实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
一种油井状态实时监控系统,该监控系统包括:设置在井场中的传感器系统I,所述的监控系统还包括设置在井场附近的单片机系统II和一个远程的、能够实时精确监控采油井口状态、实现远距离无线通讯的远程检测监控系统III,所述的单片机系统II的信息输入端通过有线网络与传感器系统I相连,所述的单片机系统II的信息输出端通过移动GPRS网络、移动基站、互联网Internet与远程检测监控系统III相连。
所述的传感器系统I为流量开关、流量计、液位计等能感知油井是否出油的传感器;所述的流量计设置安装在输油管道中间,所述的流量开关安装在原油进入储油罐的出油口,所述的液位计安装在储油罐中。
所述的单片机系统II包括微控制器11、用于发送信息的GPRS模块12、实时时钟13、系统电源14、用于接收信息的传感器接口15,所述的GPRS模块12、实时时钟13、系统电源14和传感器接口15分别与微控制器11相连、并接受微控制器11的控制,所述的系统电源14与GPRS模块12相连、给GPRS模块12提供电能。
所述的远程检测系统III包括:一用于接受单片机系统II所发送的数据的指定接收监控系统2,所述的指定接收监控系统2具有指定IP的指定端口,其包括信息处理服务器21、至少一台操作机22,所述的操作机22通过登陆互联网Internet实现与信息处理服务器21之间的相互通讯。
所述的远程检测系统III还包括与指定接收监控系统2相连的外围设备3,所述的外围设备3包括打印机31、传真机32。
所述的指定收监控系统2还包括至少一台、使用移动GPRS网络的手机用户23,所述的手机用户23与操作机22之间相互通讯。
一种用于上述的油井状态实时监控系统的控制方法,该控制方法主要分为三步:
(一).由传感器系统I检测井场中的出油情况;
(二).通过井场的有线网络将信息传递给单片机系统II,由单片机系统II进行控制、处理;
(三).经过单片机系统II处理后的信息通过移动GPRS网络传给移动基站,再由移动基站发给互联网Internet,最后被远程检测监控系统III所接收。
所述的单片机系统II中的微控制器11定时检测传感器接口15,读取传感器状态,对状态进行故障分析,然后控制GPRS模块12,用TCP/IP协议直接把处理后的数据打包发送到互联网上指定IP的指定端口。
在上述步骤(二)中,就单片机系统II的具体的控制步骤如下:
首先,程序开始,单片机系统初始化;
然后,连接网络,由实时时钟开始计时,为避免信号振荡,需等待十秒读传感器,所以,每隔10秒从传感器读入一次数据,并存入单片机内部的缓存中;
接着,实时时钟判断是否为半小时,系统要求每半小时发送一次数据,并且执行这一步能节省通信流量;
最后,返回到实时时钟的10秒计步骤,循环从传感器读取数据。
在上述步骤(三)中,所述的远程检测监控系统III的具体检测监控步骤如下:
首先,程序开始,系统初始化;
然后,检测监控程序分成三个分支——定时报告a1、监听网络b1、发送器状态c1:
在定时报告a1中,通过定时器判断是否到达客户所指定的某一时刻a2如果到达,则统计数据库内的记录,打印报表,发短信报告,整理数据a3;如果没有到达,则返回定时报告a1中继续计时;
在监听网络b1中,实际上,不管有没有连接上线路一直都在监听;判断是否有连接b2,如果有连接,则开启新的线程b3,没有则返回继续监听b1;进入这个新的线程后依次执行读入数据b4、判断数据b5,判断数据是否合法,如果合法则存入数据库b6,如果不合法,则关闭该线程b7;
在发送器状态c1中,先检测发送器的工作是否正常c2,如果定时查询数据到达时间,并超过两小时,则发短信和打印报告c3;如果定时查询数据没有达到时间,则返回发送器状态c1中继续检测。
使用本发明的有益效果在于:这套系统通过对储油罐的实时监视,及时地通过GPRS网络报告出储油罐的油量,同时在通过对数据的分析报告距离满罐还剩余的时间,自动发短信报告采油工人,这样就会产生类似短信叫车服务的功能,从而减少车辆、燃油、人力消耗,实现为企业节能的功效,同时提高了石油生产的安全性。此外,本发明监控系统还具有以下优点:支持的传感器的数量大,能够满足多口井的要求;能够直接连接到互联网,实现和互联网信息的交互;使用和油井一样的三相电源,适合井场使用。采用本发明的监测控制方法能实时监控油井产油情况,自动保修;自动根据储油罐的情况安排采油车工作;分析产量,为决策者提供准确的新井需要投入数量。
附图说明
图1为本发明GPRS无线监控系统的框架示意图;
图2为本发明的传感器与单片机系统之间数据传输系统示意图;
图3为本发明的单片机系统构成框图;
图4为本发明的单片机系统中微控制器的控制流程图;
图5为本发明的单片机系统的电路原理图;
图6为本发明的单片机系统中GPRS模块的电路原理图;
图7为本发明监控程序的控制流程图;
图8为井场的E-R图;
具体实施方式
下面通过具体实施方式,加以附图对本发明进行详细描述。
如图1、图2所示,为本发明油井状态实时监控系统,该监控系统包括:设置在井场中的传感器系统I,所述的监控系统还包括设置在井场附近的单片机系统II和一个远程的、能够实时精确监控采油井口状态、实现远距离无线通讯的远程检测监控系统III;
其中,所述的传感器系统I为流量开关、流量计、液位计等能感知油井是否出油的传感器;所述的流量计设置安装在输油管道中间,所述的流量开关安装在原油进入储油罐的出油口,所述的液位计安装在储油罐中。其中,所述的流量计可以采用德国(HONSBERG)VHZ齿轮流量计,其特点是测量高粘度液体;也可以采用RotorFlow转子式流量计,其特点是电磁感应,可以看到转子的转动;所述的流量开关可以采用FS-550系列高压、金属桨片式开关,或者采用RF-OH2/OH3流量开关;所述的液位计可以采用BTY-U550系列浮子液位计、或者采用JKB-KO-LAG-1X压力液位变送器,使用者在安装系统时,可以根据油井的状况,以及每种传感器的特性而选择不同形式的传感器。
如图1,所述的远程检测系统III包括:一用于接受单片机系统II所发送的数据的指定接收监控系统2,所述的指定接收监控系统2具有指定IP的指定端口,其包括信息处理服务器21、三台操作机22,所述的操作机22通过登陆互联网Internet实现与信息处理服务器21之间的相互通讯,其中,就操作机的设置数量用户可以根据不同的需量而定,可以是两台、也可以是四台等等不定。所述的远程检测系统III还包括与指定接收监控系统2相连的外围设备3,所述的外围设备3包括打印机31、传真机32。所述的指定收监控系统2还包括一台、使用移动GPRS网络的手机用户23,所述的手机用户23与操作机22之间相互通讯,实现数据信息的传递,其中,手机用户也是根据需要而设,可以是两台、三台甚至四台等等。
如图3、图5、图6所示,所述的单片机系统II主要包括微控制器11、用于发送信息的GPRS模块12、实时时钟13、系统电源14、用于接收信息的传感器接口15等,所述的GPRS模块12、实时时钟13、系统电源14和传感器接口15分别与微控制器11相连、并接受微控制器11的控制,所述的系统电源14与GPRS模块12相连、给GPRS模块12提供电能,系统电源14将输入的三相交流电进行逆变、降压后变成系统所需要的电压值,对系统的各个模块供电。首先,微控制器11在控制实时时钟13进行计的同时,也定时检测用于接收信息的传感器接口15的数据信息状况,读取传感器状态,对状态进行故障分析,然后,微处理器11将从传感器接口15接收到的数据存入微处理器11的缓冲区中暂存,在经过一段时间(一般是30分钟)的数据采集后,微处理器11控制GPRS模块12,用TCP/IP协议直接把处理后的数据打包发送到互联网上指定IP的指定端口,也就是给远程检测系统III中的服务器、操作机或者手机用户。该单片机系统的电路原理图,如图5、图6所示,其中,微处理器的芯片U7型号为:ATMEGA162_TQFP44,其作用是控制程序流程和实现数据采集和传输;U6是液晶显示器,型号为:LCM128645ZK,其作用是显示相关数据;U8是存储器,型号为:62LV256,作用是存储程序数据;U9是电源芯片,型号为:LM1117-3.3,作用是产生3.3V电源;U10是传感器接口。X1、X2、X3是数据锁存器,型号为:74HC373,作用分别是锁存传感器数据或者锁存微处理器输出数据;X4是地址译码器,型号为:74HC138,作用是根据微处理器输出地址选择正确的锁存器。在如图6的右下角所示模块,是图5和图6连接的GPRS模块的主要部分。如图6,U1是电源芯片,型号为:MIC29302,作用是产生GPRS模块使用的电源;U2是GPRS模块12,型号为SIM100,作用是实现系统和GPRS网络的接入;U3是防静电器件,U4是SIM卡接口。
如图1,所述的单片机系统II的信息输入端通过有线网络与传感器系统I相连,所述的单片机系统II的信息输出端通过移动GPRS网络、移动基站、互联网Internet与远程检测监控系统III相连,也就是说,首先由传感器系统I检测井场中的出油情况,然后,通过井场的有线网络将信息传递给单片机系统II,由单片机系统II进行控制、处理;经过单片机系统II处理后的信息通过移动GPRS网络传给移动基站,再由移动基站发给互联网Internet,最后被远程检测监控系统III所接收,这时,远程检测监控系统III根据接收到的数据进行相应的处理。
其次,油井状态实时监控系统的控制方法,该控制方法主要分为三步:
(一).由传感器系统I检测井场中的出油情况;
(二).通过井场的有线网络将信息传递给单片机系统II,由单片机系统II进行控制、处理;
(三).经过单片机系统II处理后的信息通过移动GPRS网络传给移动基站,再由移动基站发给互联网Internet,最后被远程检测监控系统III所接收。
所述的单片机系统II中的微控制器11定时检测传感器接口15,读取传感器状态,对状态进行故障分析,然后控制GPRS模块12,用TCP/IP协议直接把处理后的数据打包发送到互联网上指定IP的指定端口。
其中,在上述步骤(二)中,就单片机系统II的具体的控制步骤如下:
首先,程序开始,单片机系统初始化;
然后,连接网络,由实时时钟开始计时,为避免信号振荡,需等待10秒读传感器,所以,每隔10秒从传感器读入一次数据,并存入单片机内部的缓存中;
接着,实时时钟判断是否为半小时,系统要求每半小时发送一次数据,并且执行这一步能节省通信流量;
最后,返回到实时时钟的10秒计步骤,循环从传感器读取数据。
此间需要说明的是,在该步骤中,在一段程序执行后,循环从传感器读取数据时,还是需要等待10秒钟,这是为了避免信号振荡,然后再继续执行程序;而微处理器选择30分钟发送一次数据,主要是节省通信流量,每10分钟发送一次过密集,势必造成过高的通信费用;每1小时发送一次间隔时间又太长,对油井的实时监测不利,万一有事故发生,人们得到信息的时间太长,如果来不及处理,造成不可估量的损失,后果严重,不堪设想,所以,综合各个角度的原因,我们选择了以30分钟为一个间隔点发送一次数据。
最后,是本发明最关键的核心所在,远程检测监控系统III中监控程序的控制流程(其硬件部分前面已描述,所以,这里就不再重复),如图7所示,所述的远程检测监控系统III的具体检测监控步骤如下:
首先,程序开始,系统初始化;
然后,检测监控程序分成三个分支——定时报告a1、监听网络b1、发送器状态c1:
在定时报告a1中,通过定时器判断是否到达客户所指定的某一时刻a2如果到达,则统计数据库内的记录,打印报表,发短信报告,整理数据a3;如果没有到达,则返回定时报告a1中继续计时;其中,就客户指定的时刻a2不是固定的,它可以是10分钟、20分钟、30分钟等等,根据客户的需求而设定打印报表、发短信报告的时间;
在监听网络b1中,实际上,不管有没有连接上线路一直都在监听;判断是否有连接b2,如果有连接,则开启新的线程b3,没有则返回继续监听b1;进入这个新的线程后依次执行读入数据b4、判断数据b5,判断数据是否合法,如果合法则存入数据库b6,如果不合法,则关闭该线程b7;
在发送器状态c1中,先检测发送器的工作是否正常c2,如果定时查询数据到达时间,并超过两小时,则发短信和打印报告c3;如果定时查询数据没有达到时间,则返回发送器状态c1中继续检测。
此外,再强调一句的是,远程检测监控系统III的监控程序由三部分组成:数据库、后台控制程序、WEB服务;其中,数据库:数据从网上接到后,由后台监控程序先将它存入数据库(见图8与数据字典),数据库负责数据的管理,它的技术已经很成熟了,这里不再赘述;WEB服务:当网络上有权限的人申请告知今天产量时,它能够从数据库中得到数据,然后以HTML网页的形式告诉申请者。
下面是使用本发明的一实施例井场所打印的一张简报表以及数据字典:
表1
实时调度简报 |
井场号 |
满罐 |
温度 |
产量 |
采量 |
采油机状态 |
隶属 |
丛136 |
68分钟后 |
28.1度 |
16 |
13 |
正常 |
一区 |
丛119 |
75分钟后 |
28.3度 |
12 |
9 |
正常 |
一区 |
川119 |
59分钟后 |
28.5度 |
11 |
8 |
正常 |
二区 |
丛151 |
80分钟后 |
27.5度 |
13 |
10 |
正常 |
二区 |
川116 |
550分钟后 |
28.0度 |
1.5 |
0 |
正常 |
三区 |
丛412 |
98分钟后 |
27.9度 |
28 |
25 |
正常 |
三区 |
丛83 |
125分钟后 |
27.4度 |
25 |
22 |
正常 |
四区 |
表2
川口采油厂当日采油量简报(单位:吨) |
区队 |
当日产量 |
累计产量 |
当日(超)欠产 |
累计(超)欠产 |
一区队 |
566.9 |
9902.6 |
68.6 |
218.2 |
二区队 |
1033.8 |
17697.1 |
36.2 |
-1742.6 |
三区队 |
897.2 |
12016.5 |
100.5 |
335.7 |
四区队 |
782.5 |
10592.4 |
88.6 |
-1204.1 |
一大队 |
1590.7 |
27599.7 |
104.8 |
-1524.4 |
按照上月新井日均产量计算,您本月平均每天还得投入3口新井 |
二大队 |
1689.7 |
22608.9 |
189.1 |
-868.4 |
按照上月新井日均产量计算,您本月平均每天还得投入5口新井 |
数据字典
井场基本信息表
列名 |
数据类型 |
可否为空 |
说明 |
jcid |
num |
NOT NULL |
井场编号 |
jcname |
varchar |
NOT NULL |
井场名称 |
jcarea |
float |
NOT NULL |
储油罐底面积 |
jcheight |
float |
NOT NULL |
储油罐高度 |
jcqd |
varchar |
NOT NULL |
隶属区队 |
jcposition |
varchar |
NOT NULL |
地理位置 |
jcdriver |
varchar |
NOT NULL |
采油司机 |
jcxlid |
varchar |
NOT NULL |
井场修理小组 |
| | | |
抽油机基本信息表
列名 |
数据类型 |
可否为空 |
说明 |
cyjid |
num |
NOT NULL |
抽油机编号 |
cyjjc |
varchar |
NOT NULL |
抽油机所在井场 |
采油司机表
列名 |
数据类型 |
可否为空 |
说明 |
ryid |
num |
NOT NULL |
司机编号 |
ryname |
varchar |
NOT NULL |
司机名字 |
rymobile |
num |
NULL |
司机手机 |
ryphone |
num |
NULL |
司机电话 |
ryqd |
varchar |
NOT NULL |
司机所属区队 |
采油区队负责人
列名 |
数据类型 |
可否为空 |
说明 |
leaderid |
num |
NOT NULL |
负责人编号 |
leadername |
varchar |
NOT NULL |
负责人名字 |
leadermobile |
num |
NULL |
负责人手机 |
leaderphone |
num |
NULL |
负责人电话 |
leaderqd |
varchar |
NOT NULL |
负责人所属区队 |
维修小组
列名 |
数据类型 |
可否为空 |
说明 |
xlid |
num |
NOT NULL |
小组编号 |
xlname |
varchar |
NOT NULL |
小组负责人名字 |
xlmobile |
num |
NULL |
小组负责人手机 |
xlphone |
num |
NULL |
小组负责人电话 |
井场原始记录表
列名 |
数据类型 |
可否为空 |
说明 |
ysid |
num |
NOT NULL |
井场编号 |
ysdate |
datetime |
NOT NULL |
记录时间 |
ysheight |
float |
NOT NULL |
油面高度(-为下降高度) |
ystem |
num |
NOT NULL |
温度 |
抽油机原始记录表
列名 |
数据类型 |
可否为空 |
说明 |
yscyjid |
num |
NOT NULL |
抽油机编号 |
yscyjzt |
varchar |
NOT NULL |
抽油机状态 |
yscyjdate |
datetime |
NOT NULL |
登记时间 |
最终记录表
列名 |
数据类型 |
可否为空 |
说明 |
zzid |
num |
NOT NULL |
井场编号 |
zzname |
varchar |
NOT NULL |
井场名称 |
zzpump |
float |
NOT NULL |
当日目前产量 |
zztransport |
float |
NOT NULL |
当日目前采量 |
zzcyjzt |
varchar |
NOT NULL |
抽油机状态 |
zzqd |
varchar |
NOT NULL |
隶属区队 |
zzdate |
datetime |
NOT NULL |
登记时间 |
zzfull |
float |
NOT NULL |
多久满罐 |
zztem |
float |
NOT NULL |
温度 |