智慧油田——油田物联网应用案例

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案例 1—管道阴极保护智能监测管理系统

应用背景

       石油、天然气长输管道多采用防腐涂层和阴极保护技术来防止防腐层的老化，通过恒电位仪或牺牲阳极的方式向管道施加负电位，使管道对地构成阴极，形成防护、减缓腐蚀。

   阴极保护测试桩是阴极保护系统中必不可少的装置，主要用于阴极保护效果和运行参数的检测，一般沿输送管道1～2km设置1支。

       以往，阴极保护测试桩多依靠万用表及测试仪以人工方式进行检测（如上图所示），效率低、可靠性差、危险性高，难以满足管道阴极保护监测的需求。 

解决方案

   平升公司针对管道阴极保护监测存在的上述问题，规划、设计了一体化的智能测试桩和测试桩远程监测管理系统，以实现阴极保护参数自动采集、分析、传输和处理的目标。

管道阴极保护智能监测管理系统拓扑图

       智能测试桩每天定时自动采集管道保护电位、腐蚀电流、管道自然电位、阳极自然电位以及设备自身电池电压等数据，并通过4G/NB-IoT网络定时上传云服务器。

  云服务器上安装管道阴极保护智能监测管理系统软件，该软件以B/S（浏览器/服务器）结构进行设计，以SQLSERVER 数据库对海量数据进行存储，提供了电子地图、数据展示、越限报警、数据查询和各种统计、分析功能，支持电脑和手机APP远程访问。 

电脑端监测软件界面展示

手机APP界面展示

智能测试桩现场应用示意图

应用说明：

① 1#线缆为管道引出线，连接到智能测试桩接线柱上，用于测量管道保护电位、断电电位、腐蚀电流。

② 2#、3#线缆为镁或锌阳极线缆，连接到智能测试桩接线柱上，1#和2#、3#线缆平时处于搭接状态。

③ 4#线缆为长效参比电极自带线缆，连接到智能测试桩接线柱上，作为电位测量的长期参考地。

产品介绍

智能测试桩示意图

智能测试桩分为栓体和防护罩两部分，防护罩内安装电池供电型智能监测仪，实现数据自动采集、线路自动切换、数据定时上传、异常及时报警等功能。

（1）产品规格

 ★ 标准规格：Φ108mm(直径)*3000mm(高)。

 ★ 其它规格：可定制。

（2）主要功能

 ★ 数据采集：定时自动采集阴极保护参数和自身电池电压、测点信号质量等数据。

★ 无线通信：采用4G（移动/联通/电信）或NB-IoT无线网络定时上报监测数据。

 ★ 数据存储：本机循环存储监测数据，掉电不丢失。

 ★ 异常报警：电位/电流数值超标、电池电压过低时，立即上报告警信息。

★ 设备防护：对阴保电路及各类线缆进行防护，保障设备安全、方便检修。

（3）产品特点

 ★ 防护等级高：防水、防潮、防尘。

 ★ 工作温度范围宽：耐低温、抗酷暑。

    ★ 微功耗运行：定时自动唤醒，采集+上传数据；工作完成后，自动休眠、节省电量。

 ★ 电池寿命长：电池寿命3~5年（与数据上报频率有关）。

★ 存储容量大：可存储不少于1年的历史数据。

 ★ 维护方便：可远程设置工作参数、远程升级程序。

（4）技术参数

 ★ 监测参数：

 ① 牺牲阳极测试桩：管道保护电位、腐蚀电流、管道自然电位、阳极自然电位。

 ② 电位测试桩（恒电位仪法）：管道保护电位、管道自然电位。

★ 电压测量范围：-5～5V （可定制）。

 ★ 电流测量范围：-2～2A（可定制）。

 ★ 通信方式：4G全网通（移动/联通/电信）或NB-IoT。

 ★ 防护等级：IP68。

 ★ 标配电池：20Ah/14.4V。

 ★ 工作温度：-40～+85℃。

 ★ 工作湿度：≤95%。

案例 2—油田长停井压力远程监测系统

华北某油田，从 2012 年开始采用我公司的“油田长停井压力远程监测系统”对油田内长停井的井口压力实施远程监测。截止到 2017 年年底，我公司已累计为该油田提供了 1000 多

套监测设备（微功耗测控终端 DATA-6216）。

系统概述

油田长停井压力远程监测系统可自动采集井口压力并通过 GPRS/CDMA/4G/NB-IoT 无线网络自动传送给监测中心。该系统大大减轻了人工巡井的劳动强度，实现了长停井的常态化监测，为地质部门长期跟踪长停井动态、及时排除隐患提供了大量的真实数据。

系统构成

功能及特点 

★ 每天定时上传各长停井压力数据，上传周期可任意设置。

★ 压力数据超过预设的上限值时，智能报警。

★ 自动生成长停井压力数据分析曲线和日、月、年时段统计报表。

★ 建立长停井电子档案，方便管理、定位、查找和维护。

★ 现场监测设备采用电池供电型微功耗测控终端，为压力变送器供电，解决供电难题。

★ 电脑端监测系统软件采用 B/S 结构设计，支持远程访问、远程管理。

★ 手机 APP 可随时查看报警信息、测点状态和监测数据，并可一键导航到目的地。 

监测系统软件界面

⑴ 电脑端监测软件界面

软件监测界面

数据监测界面

曲线分析界面

⑵ 手机 APP 软件界面

案例 3—防喷器控制装置远程监测系统

    在油田钻井、修井作业过程中出现井涌、井喷等紧急状况时，防喷器和防喷器控制装置可以快速封堵井口，对保证钻井/修井作业顺利进行和保障现场人员人身安全方面具有重要意义。

某油田钻探公司为全面提升安全管理水平，建设了一套“防喷器控制装置远程监测系统”，以远程实时监测各钻井/修井作业平台的防喷器控制装置运行状况和平台所在位置。

用户需求

★ 实时监测防喷器控制装置的油箱液位、液控系统压力、操作手柄状态和装置所在位置。

★ 本地显示液位、压力数据和手柄状态信息，方便现场人员查看。

★ 无线实时上传现场信息，公司专业管理人员可远程监测、分析和指导。

解决方案

    根据用户监测需求和现场应用环境，我公司制定如下解决方案，系统拓扑图如下所示。

 备注：防爆型遥测终端机 DATA-9201 内置 RTU 和 10.2 英寸液晶屏，安装于防喷器控制装置的保护箱内。

实现功能

★ 采集 1 路液位、15 路压力数据，压力、液位数据越限时自动报警。 

★ 采集 6 个操作手柄的实时位置（每个手柄有左、中、右 3 个状态）。 

★ 采集 GPS 模块定位数据。

★ 液晶屏本地图形化显示压力、液位和设备状态。 

★ 通过 4G 无线网络实时向中心服务器上传各项数据和状态信息。

★ 电脑端监测软件和手机 APP 同步显示各装置运行实况，可自动生成数据统计报表和分析曲线。

设备安装现场展示

应用总结

该系统数据采集精准、状态变化监测及时、GPS 定位误差小于 5 米，建设效果完全满足了用户需求，得到了业主的充分肯定，在油田钻探安全管理领域具有重要的推广价值。

案例 4—油罐液位、温度在线监测系统

储油罐是采油、炼油企业储存油品的重要设备,储油罐液位、温度的精确计量对企业的库存和安全管理有着重大意义。

储油罐液位、温度在线监测系统改变了传统采用人工检尺和化验分析的方法,实现了油液的实时动态监测,为生产操作和管理决策提供了准确的数据依据，大大避免了安全事故的发生。

   监控中心通过监控软件接收各现场传回的监测数据，并在软件界面上可随时查看各储油罐的液位、温度信息，而且一旦某个储油罐的液位、温度数据超过上限或下限，系统会自动报警。

该系统为保障储油罐和油液的安全发挥了重要作用。

案例 5—采油井远程监控系统

系统概述

采油井远程监控系统可实时监测采油机的运行状态和井口生产数据；可及时发现设备故障并自动报警；可实现采油机的远程启、停控制。

系统组成

监控中心：服务器、值班员计算机、采油井远程监控系统软件等。
通信网络: 4G、GPRS、CDMA等无线网络。

测控设备：采油井监控终端。

计量仪表：采油机控制柜、压力变送器、温度变送器、无线示功仪等。

系统拓扑图

系统功能

★ 远程监测采油机的三相电压、三相电流、运行状态和功图数据。

★ 远程监测油压、套压、回压和井口温度等实时生产数据。

★ 远程启动、关停采油机。

★ 现场停电、采油机故障、电压缺相、压力过大、温度过高时，自动报警。

★ 可实现参数异常自动停机或定时启动功能。

★ 支持远程设置采油井监控终端的工作参数和参数上、下限报警值。

★ 自动生成采油机运行参数或井口生产数据的统计报表和趋势分析曲线。

★ 支持地图管理功能，可直观展现油区全部采油井的实时运行状况。

采油井监控终端安装现场

应用案例   

       物联网技术已经渗透到工业生产的方方面面，传统的工业企业通过对物联网技术的应用，一方面提高了设备、设施的安全性，另一方面大大提高了生产效率、解放了人力。

   吉林油田公司是隶属于中国石油的大型地区公司，是一个有着50年发展史的国有大型企业，也是中国石油的四大上产油田之一。

   2014年末，我公司为吉林油田部署了采油井远程监控系统，该系统对分布分散、数量众多的采油井实施了在线远程监控，为采油井的智慧化管理开启了新篇章。

  采油井远程监控系统不仅实现了远程监测采油井的运行状态、控制方式、工作电流/电压；还通过设置电子围栏，实现了安防报警；同时还可对采油井油泵实现了远程启、停控制。

   系统主要由采油井监控终端DATA-9201、监控中心数据接收模块DATA-6107和远程监控系统软件组成，采用GPRS-VPN网络搭建。

采油井监控终端DATA-9201是该系统中的核心设备。其通过与原有的采油井电机控制柜对接，实现了对电机状态、数据的采集和运行控制；通过GPRS网络与监控中心实现了远

程通信；当设备状态异常、安防异常、监测数据越限时主动报警，实现了采油井的无人值守运行。

随着物联网、云计算、LoRa、NB-IoT等技术的不断革新，我们相信“智慧油田”的应用领域会越来越多、智慧化程度也会越来越高。在不远的将来，“设施全面联网、设备自主智慧运行”一定会实现。

主要设备组成

1. 监控现场（单个测点）

2. 监控中心

案例 6—气井紧急切断安全及生产控制系统

为保证安全生产，天然气开采井井口普遍安装有紧急切断阀，并配套建有 “气井紧急切断安全及生产控制系统”。

当井口压力超过集输管线的承压或集输管线破裂引起压力下降或周围出现险情时，该系统能自动关闭或远程关闭井口，截断井口和天然气管道的连接，可以及时有效地防止天然气大规模扩散，将泄漏风险可能造成的损失降到最低。

      某石油行业用户应用我公司的逻辑控制器 DATA-7301 设计了一套先进的“气井紧急切断安全及生产控制系统”。

该系统采用气动执行机构来实现紧急切断阀的开、关控制，大大提高了安全截断响应速度。气动执行机构的气源来自大气中的空气（克服了利用氮气做动力源，开、关阀后需人工到现场更换氮气的缺陷），动力源始终保持在 0.5~0.7MPa。当紧急切断阀执行开、关动作，动力源压力下降后，控制系统自动通过气泵向储能器中补充气源。

逻辑控制器 DATA-7301 作为该系统中的核心控制设备，主要作用如下：

（1）检测紧急切断阀的的开到位、关到位状态。

（2）检测天然气集输管线上的实时压力值，超压或欠压时，自动关闭紧急切断阀。

（3）检测动力源储能器的压力下限和压力上限状态。储能器压力到达下限时，自动启动气泵向储能器中补充气源；压力到达上限时，自动关停气泵，确保储能器压力保持在

0.5~0.7MPa 范围内。

（4）采集其它压力、温度、流量等仪表数据。

（5）通过数传电台与生产控制中心进行远程通信，将现场设备运行状态和各类仪表数据实时发送给生产控制中心；同时接受生产控制中心的命令，执行远程开阀、关阀操作。