注水井微功耗数据采集分析系统.doc

注水井微功耗数据采集分析系统研制及应用 项勇1 盖国生1 蒲琴1 檀革勤2 张杰2 （1．中石油大港油田公司，天津 300280；2.北京雅丹石油技术开发有限公司，北京，102200） 摘 要 本文针对注水井数据采集系统无法使用外部供电的特点，研制出了YD-2型注水井微功耗数据采集分析系统。本文对系统功能、流程、模块组成、工作原理进行了阐述，通过在大港油田的应用，表明此系统能满足无外部供电注水井数据采集的需要。 关键词 注水井 数据采集 分析 微功耗 1 引 言 目前，国内油田的注水计量系统采用电子水表、压力表进行注水资料数据录取，虽然资料数据录取准确性上有了明显的提高[1]，但大多数油田采用的工作方式都是人工抄表、人工控制。但人工录取和管理数据资料还是存在很多问题：采用人工巡查方式，不能随时随地发现和解决现场问题；采用人工抄表，没有实现数据的自动化采集和传输；采用人工控制，无法实时或及时控制注水的平稳性；巡井人员在野外工作，工作环境差、劳动强度大；数据上报、汇总、统计工作繁琐，缺乏快速的、准确的分析和处理；绝大多数的注水井井场无供电，常规的自动化采集系统不能适应注水井数据采集。针对上述情况，大港油田公司与北京雅丹石油技术开发有限公司联合攻关，结合必威体育精装版的电子技术、传感器技术、网络数据传输技术和注水井工艺，尤其在解决无法使用外部供电情况下如何节电以使系统更长时间工作方面，应用了微功耗技术，开发出了一套新型的注水井工况数据自动采集、分析、发布的通用系统－YD-2型注水井微功耗数据采集分析系统。 2 系统功能 YD-2型注水井数据采集分析系统安装在注水井、注水站上的数据采集终端（RTU）通过传感器采集压力和流量数据，并将模拟信号数字化，通过GPRS/CDMA数据传输、油田Internet主机，实现RTU和采集分析服务器之间的双向通讯；采集分析服务器实现数据采集、解析存储、工况分析和Web发布；客户终端利用客户端程序和浏览器实现系统管理和数据浏览。信息流程见图1。实现了以下功能：1）实现水井工况数据的自动实时采集、解析、入库，无需人工干预；2）系统自动完成对数据的分析，生成各种分析报表；3）水井客户端管理软件实现对水井运行参数、采集制度的设置；4）使用Web发布功能，实现相关人员利用浏览器了解注水井的工况和各种报表数据的浏览；5）利用用户、权限的合理分配，让使用人员了解权限范围内的信息。6)本系统采用超低功耗MSP430系列微控制器，充分利用休眠机制，最大限度地降低系统耗电，保证了长期平稳运行。 图1 YD-2型注水井数据采集分析系统信息流程示意图 3 系统组成及工作原理 系统由五个模块组成：①微功耗注水井数据采集终端；②实时数据传输、存储子系统；③工况分析、统计子系统；④Web发布子系统；⑤系统管理子系统。 3.1 微功耗注水井数据采集终端(RTU) 微功耗注水井数据采集终端通过传感器采集压力和流量数据，并将传感器的模拟信号进行数字化转换，并存入数据采集终端的存储区里，再根据制定的传输协议将数据发送到上位机。 1)、采集终端的结构 结构框图如下图2： 图2 采集终端结构示意图 2）、采集终端功能 注水流量检测功能。能检测到水井的瞬时流量和累计注水量； 注水压力检测功能； 现场液晶显示功能； 集成GPRS/CDMA数据发送功能； 内置可方便更换的高能电池，每天上传两次数据的情况下，系统连续工作时间不小于6个月； 3)、微功耗功能设计 微功耗数据采集装置已经成为工业生产中的重要组成部分，在数据采集系统中，如何节电以使系统工作时间更长，已成为系统开发工程中必须加以考虑的问题[2]，尤其在系统无法使用外部供电的时候，微功耗设计将显得尤为重要。 本采集系统的MCU微控制器选择TI公司的超低功耗MSP430系列微控制器，系统充分利用休眠机制，进一步降低系统耗电。系统带有液晶显示功能，但液晶平时一直处于断电状态，当用户需要在现场读取当前数据时可通过系统显示按键开启液晶，将实时数据显示到液晶屏上。 3.2 实时数据传输、存储子系统 通过GPRS/CDMA网络，实现采集终端和采集服务器的双向通讯，一方面采集终端将采集的数据发送到采集服务器，另一方面，采集服务器将命令发送到采集终端。采集服务器将终端传上来的数据解析处理后存到数据库中。整个数据传输、解析、存储过程都有统一的协议和规范，来保证系统的一致性、兼容性和扩展性。 3.3 工况分析、统计子系统 采集分析服务器将现场监控终端采集的数据进行工况分析、超限报警、注水量计算、报表、曲线、图示等数据统计。 3.4 Web发布子系统 Web发布系统根据系统设定的权限和管理范围，对管理的水井进行定制查询和统计、展示水井的相关曲线和报表、报警信息的查询等。 3.5 系统管理子