1. 系統(tǒng)實施背景

    對井下液位高度的測量和現(xiàn)場設(shè)備工作狀況的監(jiān)測是測井工作的重要組成部分，通過對各種井下、井上工況參數(shù)的監(jiān)測可以全面控管排采井的水位、排量以及螺桿泵的運行狀態(tài)，在抽水控制、排采監(jiān)測、制止違規(guī)操作等方面發(fā)揮著不可替代的作用。測井監(jiān)理工作“點多、面廣、量大”，而且具有“全方面、全天候、全時制”的特點。為徹底解決相關(guān)技術(shù)人員不足的問題、節(jié)約成本、提高效能，必須采用自動化、信息化、科學化的高科技手段，建設(shè)螺桿泵遠程自動控制及監(jiān)測系統(tǒng)，為測井工作的管理和安全提供技術(shù)支持！

    通過人工職守的方式來實現(xiàn)對井的監(jiān)測，這種方式實現(xiàn)簡單，運行費用也相對較低。但基于人工方式不可避免的存有欠缺。首先，測井工作人員每測一口井需要花費10-30分鐘的時間，而且一個人同一時刻只能使一個排采井處于被監(jiān)測狀態(tài)，因而很難對測井隊所轄區(qū)域內(nèi)的所有排采井進行整體上的管理。其次，實時性很差，無法在第一時間將所有超標情況反映給相關(guān)的部門。第三，被監(jiān)測的井處于離線脫網(wǎng)狀態(tài)，監(jiān)測數(shù)據(jù)如果由于人為原因很容易造成設(shè)備損壞將最終導致監(jiān)測數(shù)據(jù)的丟失甚至無法第一時間掌握現(xiàn)場狀況。如何克服上述問題，尋求一種智能化的數(shù)據(jù)監(jiān)測和控制方式已經(jīng)成為現(xiàn)階段測井在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的迫切需要。

    2．系統(tǒng)簡介

    螺桿泵遠程自動控制及監(jiān)測系統(tǒng)是由井下螺桿泵、地面驅(qū)動裝置、變頻器、可編程遠程測控終端、傳感器、GPRS數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)及上位機管理系統(tǒng)軟件等組成。具有可靠性高、體積小、交互式的人機界面，操作、維護方便等特點。該自動化控制系統(tǒng)，可單獨用于其它排采泵型，便于更廣泛推廣應(yīng)用。

    該系統(tǒng)應(yīng)用在煤層氣排采井中，主要作用是需要監(jiān)測井下水液位（通過井下壓力換算得出）、井口出水壓力和流量、井口排氣瞬時和累計流量、電機工作頻率、轉(zhuǎn)速、工作電壓、電流等參數(shù)。在螺桿泵使用變頻控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)手動控制方式和自動控制方式。由于地下水的液面位置是不斷變化的，為了防止液面過低導致的螺桿泵空抽現(xiàn)象，所以要求要根據(jù)液面的實際情況控制變頻器的輸出頻率從而達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。根據(jù)壓力傳感器（井口一個、井下一個）的壓差判斷地下液位。控制液位為20m-400m，即壓力傳感器體現(xiàn)壓力值0.2-4Mpa；要求液位在20m-400m范圍內(nèi)可以通過壓力傳感器發(fā)出信號給地面控制器自動控制變頻器輸出頻率，使電機達到合理轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)無人看守自動控制液面的目的。另外根據(jù)不同井出油或水的液位不同，地面控制器控制變頻器的基本頻率值可以人為設(shè)定。并且一旦自控系統(tǒng)失效要通過某種方法切換到目前的人工手動方式，不影響原有變頻控制系統(tǒng)正常工作。

    3. 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

    圖1.在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    4.2 全面控管

    同一時刻對所有排采井進行實時在線監(jiān)測，克服了人工方式下的各種弊端，實現(xiàn)了對排采井的全面、實時、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測體系。如圖2 所示，只需觀察屏幕上各個排采井的圖標樣式或顏色即可了解所有排采井的設(shè)備運行情況；同時還可以通過表格和曲線瀏覽排采井排采的詳細監(jiān)測數(shù)據(jù)（如圖3 所示）。這使得工作人員在同一個用戶界面即可將所有排采井所有的設(shè)備運行狀況、排量、水位、壓力等信息盡收眼底。

    4.3 實時在線

    基于GPRS 實時在線的特點，數(shù)據(jù)接入服務(wù)器和各個RTU保持實時在線連接。使總公司可以及時準確掌握各個排采井口的實際運行情況、流量的發(fā)展趨勢與動態(tài)。如圖3 所示，無需任何撥號操作，即可實時察看所有排采井口的每間隔五分鐘（時間可設(shè)定）的變化情況。

    圖3. 實時報警與跟蹤

    4.4 實時報警

    實時報警可分為超標報警、故障報警和趨勢預(yù)警。人性化的報警和預(yù)警功能，可以提醒管理人員及時地關(guān)注和處理可能發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生的事件。

    (1) 報警形式多樣化：提供聲音、圖標顏色變化、表格中數(shù)值的顏色、手機短信等8 種報警形式。

    (2) 報警信息數(shù)值化：精確地給出具體的超標數(shù)值，超標時間，為強化管理工作提供了詳實可靠的依據(jù)。

    超標報警：當井口排采量超過了預(yù)先設(shè)定的數(shù)值時，系統(tǒng)啟動超標報警，相應(yīng)的排采井圖標會不停的閃爍。如圖3 中石油煉廠的圖標描述的就是超標排采的情況。此外還可以通過短信方式，將超標排采的詳實數(shù)據(jù)通知相應(yīng)的工作人員。

    趨勢預(yù)警：實時匯總各種井口的排采總量，及時、準確地掌握井口的動態(tài)，對氣體和水的排采量發(fā)展趨勢過快的情況提前預(yù)警。

    故障報警：當RTU或在線監(jiān)測儀表發(fā)生故障時，系統(tǒng)便會自動發(fā)出故障報警信號。圖3 中石化熱電廠的圖標描述的就是發(fā)生故障報警的情況。

    4.5 數(shù)據(jù)安全性

    RTU將采集到的數(shù)據(jù)立即發(fā)送到數(shù)據(jù)接入服務(wù)器，并存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，杜絕了因數(shù)據(jù)采集終端發(fā)生故障而導致丟失監(jiān)測數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，充分保證了數(shù)據(jù)的安全性。

    并且，RTU也具備脫網(wǎng)運行的能力，當網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)接入服務(wù)器發(fā)生故障時，首先系統(tǒng)會以聲光或短信報警的方式將報警信息通知系統(tǒng)管理員，它會將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總?cè)缓笞鳛椤皻v史數(shù)據(jù)”暫存到存儲器中，待系統(tǒng)恢復正常后，將緩存的數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)接入服務(wù)器。

    數(shù)據(jù)安全性的另外一方面表現(xiàn)在，系統(tǒng)RTU的接入作了嚴格的身份認證，杜絕系統(tǒng)安全隱患。

    另外在數(shù)據(jù)傳輸和處理過程中采用校驗和加密算法保證數(shù)據(jù)的準確性和安全性。

    4.6 豐富的統(tǒng)計分析功能

    從多種角度和層面來統(tǒng)計分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，提供全面的報表和統(tǒng)計圖表。可以按轄區(qū)、按時間、按排采井種類等多種分類方式，生成統(tǒng)計報表和統(tǒng)計圖表。    
                                           
    4.7 充分體現(xiàn)總量控制的原則

    具備核定排采井排采量發(fā)展趨勢的實時監(jiān)控、以及排采總量的統(tǒng)計與分析等功能。充分體現(xiàn)總量控制的原則，為管理提供依據(jù)，為決策提供支持。 
 
    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控中心的管理三個部分。其主要功能描述如下：

    3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集

    采集監(jiān)測數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的重要組成部分，是獲取原始監(jiān)測數(shù)據(jù)的主要途徑。這部分功能的實現(xiàn)完全依靠GPRS 數(shù)據(jù)采集終端（以下簡稱”RTU”）。

    在現(xiàn)場每口井下、地面安裝有多種傳感器及儀表，這些傳感器和儀表能夠監(jiān)測現(xiàn)場的各種指標。RTU與傳感器和變頻器連接，并將監(jiān)測儀表的測量數(shù)據(jù)進行分析、匯總、存儲。

    3.2 數(shù)據(jù)傳輸

    數(shù)據(jù)傳輸部分是公司和排采井之間通訊的橋梁，它完成了監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸功能。通過GPRS 進行數(shù)據(jù)通訊需要到中國移動去辦理GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。目前，GPRS 已經(jīng)在全國范圍內(nèi)開通，具體辦理細節(jié)以及相關(guān)資費標準請咨詢當?shù)匾苿泳W(wǎng)絡(luò)運營商。

    3.3 總公司監(jiān)測

    只有將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時地傳送到監(jiān)測中心，才能實現(xiàn)對排采井的實時監(jiān)測。完成這部分功能的核心是“數(shù)據(jù)接入服務(wù)器”（或者服務(wù)器集群）。如圖1 所示，數(shù)據(jù)接入服務(wù)器安裝在總公司的局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。

    數(shù)據(jù)接入服務(wù)器是指裝有遠程監(jiān)測系統(tǒng)軟件的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，其職責是與各個安裝在排采井現(xiàn)場的GPRS 數(shù)據(jù)采集終端進行數(shù)據(jù)傳輸。（如接收各個GPRS數(shù)據(jù)采集終端上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)；向指定的GPRS 數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送采集控制指令等）
“數(shù)據(jù)接入服務(wù)器”接收的監(jiān)測數(shù)據(jù)需要保存，完成數(shù)據(jù)存儲功能的核心是“數(shù)據(jù)庫服務(wù)器”。如圖1 所示，系統(tǒng)中配備有專用的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

    為了提供遠程或者移動訪問的能力，系統(tǒng)還需要配備“WEB 服務(wù)器”。系統(tǒng)的三個主要組成部分“監(jiān)測數(shù)據(jù)采集”，“數(shù)據(jù)傳輸”、“總公司監(jiān)測”協(xié)同工作，建立起監(jiān)控中心到各個排采井的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)在線監(jiān)測功能。

    4. 系統(tǒng)特點

    4.1 統(tǒng)一的監(jiān)測平臺

    系統(tǒng)在設(shè)計上采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，兼容絕大部分國產(chǎn)、進口的在線監(jiān)測儀表。另一方面系統(tǒng)涵蓋了在線監(jiān)測的多種應(yīng)用，包括水位在線監(jiān)測；壓力在線監(jiān)測；地下水或氣體流量監(jiān)測；變頻監(jiān)測；起停、報警監(jiān)測等。下以環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)軟件為例：