数字化气田数据采集传输和远程监控体系结构

　　目前大部分油气田数据采集和传输方式仍然比较单一，采集方式主要有两种方法：自动化采集和人工采集，而以人工采集为主，传输方式以电话上报为主，少部分有站场监控。为此在采集层我们采用智能仪表的自动化采集和PDA信息手机相结合的控制与管理技术，实现信息采集与设备控制的智能化：在传输层，利用移动公网覆盖面广的特点结合私有专用网的安全性，实现数据的安全可靠传输；在中心监控层构建基于Web和基于WAP技术相结合的远程监控和基于EMAIL／手机短信／寻呼的事件通知系统，整个系统结构如图1所示。
       

系统关键技术及其实现

　3.1　自动化采集与站场监控部分

　　整个信息采集与监控系统的总体结构采用3级控制模式，由现场设备、工控机与计算机人机界面、数据远传系统构成。其中现场智能设备的作用是进行生产数据压力、差压、温度等的实时采集，其中远程终端单元RTU完成井口压力、气体浓度及站场各个阀门的状态等各类信息的现场采集：上控机与计算机人机界面构成一个站场设备信息交换平台，对站场瞬时信息进行实时浏览和监控，当出现压力超高等任一突发险情时，通过系统网络接受本地及远程控制；为进行现场信息的远程实时监控，在系统流量计算机内加载数据远传通讯模块，构成数据远程监控系统的终端单元。
　　数据实时采集系统由传感器、变送器、流量计、工、 控制机、上位计算机等多种智能设备组成。系统采用了总线结构和模块化设计，一条总线上可带多达上百台流量计算机和数据采集终端。一台流量计算机可带8个流量，一台采集终端可进行16个点的信息采集，所以将来系统硬件的扩充相当方便。站场SCADA系统整体结构图如图2所示。
系统关键技术及其实现

　3.1　自动化采集与站场监控部分

　　整个信息采集与监控系统的总体结构采用3级控制模式，由现场设备、工控机与计算机人机界面、数据远传系统构成。其中现场智能设备的作用是进行生产数据压力、差压、温度等的实时采集，其中远程终端单元RTU完成井口压力、气体浓度及站场各个阀门的状态等各类信息的现场采集：上控机与计算机人机界面构成一个站场设备信息交换平台，对站场瞬时信息进行实时浏览和监控，当出现压力超高等任一突发险情时，通过系统网络接受本地及远程控制；为进行现场信息的远程实时监控，在系统流量计算机内加载数据远传通讯模块，构成数据远程监控系统的终端单元。
　　数据实时采集系统由传感器、变送器、流量计、工、 控制机、上位计算机等多种智能设备组成。系统采用了总线结构和模块化设计，一条总线上可带多达上百台流量计算机和数据采集终端。一台流量计算机可带8个流量，一台采集终端可进行16个点的信息采集，所以将来系统硬件的扩充相当方便。站场SCADA系统整体结构图如图2所示。

3.2　PDA无线数据采集与监控

　　由于构建一个SCADA系统投资大、费用高而且还要对原有站场仪表进行自动化改造，所以在大多数中小型井站利用PDA智能终端设备结合GPRS覆盖面广等特点进行无线采集与预警，是个较好的选择。本系统基于嵌入式操作系统WinCE和embededVisualC++进行开发，结合SQLSERVER嵌入式数据库和WAP技术实现数据的远传和监控。

　　3.2.1　利用RDA(Remote data access)机制无线访问中心平台的数据库，实现远程无线数据同步

　　如图3所示，RDA使用到了Microsoft　SQLServer　2000Windows　CE Edition(SQL Server CE)Database Engine，SQL ServerCEClientAgent，and SQL ServerCE ServerAgent。在客户端使用SQL Server CE Client Agent，服务器端使用SQL Server CEServer Agent，两者通过IIS(Intemet服务管理器)进行通信。客户端SQL ServerCEClientAgent通过SQL ServerCE DatabaseEngine与SQLServerCEDatabase进行通信，服务器端SQLSer—VerCE ServerAgent通过OLE DB ProviderforSQL Server与SQLServerDatabase进行通信。PDA数据通信结构图如图3所示。

3.2.2 采用OLE DB数据库访问技术

　　OLE DB 的全称是Object Link and Embedding DataBase，OLEDB是COM(COM是微软提出的一种中间件模型，从COM到DCOM，再到COM+)模型的数据库接口。OLE DB是一系列的接口集合，是新的低层接口，提供一种”通用的”数据访问方法。也就是说，OLE DB并不局限于ISAM、Jet甚至关系数据源，但是它能够处理任何类型的数据。OLE DB向应用程序提供 个统一的数据访问方法，而不考虑它们的格式和存储方法。
　　其中，这种多样性意味着可以访问驻留在Excel电子数据表、文本文件甚至邮件服务器，诸如MicrosoftExchange中的数据。因此用Ole db技术访问数据库是一一种比较好的选择。

　　3.2.3　PDA与WAP技术相结合的远程监控

　　基于WAP(WirelessApplicationProtocol，无线应用协议)的远程监控以现有的Web服务器为基础，通过WAP网关和移动终端共同完成。如图4所示，在移动终端、WAP网关之间的数
据传输由无线网络来实现，遵循WAP协议。而WAP网关和Web服务器之间数据传输一般通过有线网络(Internet)来进行，遵循HTTP协议。WAP网关功能主要完成Internet协议到WAP协议的转换和语言编码转换，提供编码和解码的全过程。

图4　WAP工作原理

   

偷塔

3.3　安全的数据传输

　　3.3.1　传输介质的选择

　　由于油气田大多位于偏远乡村且分散，通过对表l的比较利用移动GPRS网络覆盖广、传输数据快等特点进行生产、销售无线数据远传是比较好的选择。GPRS是通用分组无线业务(GeneralPacketRadioService)的英文简称，为GSM 用户提供分组形式的数据业务。GPRS无线网络传输数据具有以下优势：终端价格比较低、按流量行计费、永远在线、支持频繁突发型数据、物理链路数据采用加密传送。
　　对于生产安全数据的传输，为了保证生产安全数据(天然气浓度变化、报警信号)上传的实时间性，以及及时把控制指令传到远程终端单元RTU，我们采用移动无线网络USSD数据传输方式进行。
　　USSD(Unstructured Supplementary Service Data)即非结构化补充数据业务，其与SMS、WAP不同。首先它们所使用的电路信道各不相同：通话状态下，USSD和SMS使用相同的信令信道即SDCCH，数据传输速率大约为600bps；而非通话状态时，USSD使用FACCH信令信道，数据传输速率大约为lkbps，比SMS传输速率高。其次，USSD在会话过程中一直保持无线连接，不进行存储转发，就响应时间而言，USSD比短消息的响应速度快。WAP与USSD类似，交互中保持一个会话过程，但由于WAP服务器和Internet速度等因素的影响，其目前的响应速度比SMS还慢。USSD是一种十分重要的无线数据业务，部署USSD，对网络的改动很少，远远小于WAP对网络的改动。它将是当前无线互联网一种重要的承载媒体。



表１　多种通讯传输方案比较


　　3.3.2　GPRS安全接入APN

　　利用SIM卡的惟一性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围，只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。专用网络采用专用IP地址，VPN方式，且和外网Internet无接口，封闭隔离，保护入网PDA、手机、系统平台和油气田专网安全。

　　3.3.3　GPRS VPN功能实现

　　GPRS业务数据通讯在网络连接中，涉及到的GPRS网元主要有GGSN(网关GPRS支持节点)和CommHUB，借助GPRS网络APN／Radius／DHCP等的功能特点，在GPRS网络后台构筑业务网络接入平台。连接拓扑示意图如图5所示。



图5　连接拓扑

　　如图5所示，在CommHUB划分专用企业客户专线连接业务虚网(Service VLAN)，通过防火墙与外部客户网络连接；在GGSN和GPRS网络后台局端客户专线连接路由设备之间开设GRE路由通道，保护内网地址空间的安全和实现网络业务的连接性：在GGSN和后台业务路由连接设备问启用了GRE路由通道连接，因此在防火墙上不用实施网络内外侧的地址转换(NAT)；在企业Intranet和移动出口网关服务器之间通过Intemet连接，建立VPN 的IPSEC隧道，保证这两点之间数据传输的安令性，不被他人在中途进行信息窃取、修改。
　　本传输系统在专用APN接入的基础上再加上VPN接入方式的混合接入方式，进一步提高系统的安伞性。

　3.4　E-mail手机短信／寻呼的事件通知技术

　　在本系统中天然气泄漏报警、生产超限报警等重要的报警信息和一些重要的调度事件需要及时通知相关人员，互联网的出现推动了E—mail的发展，提供了方便、经济、快速传递信息的方式，但E．mail需要人为接收，实时性不强，考虑到手机短信和寻呼业务的普及以及较高的实时性，系统结合E．mail、手机短信和寻呼3种方式，确保重要事件和事故报警得到及时处理。
　　在远程企业内部网内构建行业移动平台，包括E—mail服务器、移动短信或寻呼网关、报警生成服务、邮件生成服务、邮件处理服务、实时报警库、历史报警库、事件库等。报警生成服务根据事件不同的报警级别，按优先级别高低排序，放入报警实时库中，同一报警信息不多次存放，同时触发邮件生成服务，当事件恢复正常后，报警信息从报警实时库中删除。
　　邮件生成服务根据事件类型和报警级别筛选出需要通知的重要事件，生成相应的邮件主题、内容。邮件处理服务根据用户的E．mail地址和定制的事件类型、报警级别决定发送的对象，同时把手机号码和邮件内容发送到移动短信或寻呼网关，由移动短信或寻呼网关把信息发送到相应的寻呼或短信消息中心。
　　通过E-mail、短消息、寻呼3种方式相结合的技术实现重要事件和报警的高速传递，避免了大量信息的发送，同时确保信息传递的高可靠性，有利于油气田的安全生产。

　3.5 中心远程监控

　　传统的Client／Server模式由于系统的可伸缩性低和安装维护困难逐渐被分布式多层系统取代，这种多层系统把事务逻辑和用户交互界面分开，事务逻辑的处理由业务逻辑层(应用服务器)进行封装，客户的连接通过、 务逻辑层与数据服务层连接，这就大大减少了连接的次数，提高了数据服务器的性能和安全以及系统的可伸缩性。鉴于此，在中心监控端系统采用以B／S模式的分布式多层体系结构，并运用Microsoft的ASP、DCOM、WebService、ActiveX和远程脚本来实现。中心远程监控系统结构图如图6所示。



图6　中心远程监控端系统
3.5.1　DCOM与ActiveX技术

　　DCOM是Microsoft提出的一种分布式对象模型，它扩展了组件对象模型技术(COM)，使其能够支持在局域网、广域网甚至Intemet上不同计算机的对象之间的通讯 DCOM 可以作为分布式紧密耦台系统的基本架构之一，客户程序与DCOM 组件对象之间形成C／S关系，进一步构成3层或多层软件结构。DCOM 除具备COM 组件的基本特性外(可重用、语言无关、位置透明等)，还具有可伸缩性、可配置性、安全性、协议无关性和平台无关等特性，极适合在系统实现中作为中问层的实现技术。
　　ActiveX 技术是一种体系结构，它允许不同编程语言开发，并在软件的网络环境中互操作 ActiveX被广泛用于Web服务器和客户端的各个方面。ActiveX控件技术作为ActiveX技术的部分，可用于所有支持COM规范的容器中，作为Internet控件嵌入到Web页中，并在控件更新时自动下载并在本地注册。
　　ActiveX 控件在系统中主要用于工业组态，如仪表控件等，使得监控界面出现动态实时效果。

　　3.5.2　Web Service技术

　　WebService是一种服务，也是一种规范，能够实现跨平台互操作，穿越放火墙的分布式计算技术。它以HTTP作为跨平台的传输协议，以XML和XSD来表示数据，以SOAP(SimpleObject Access Protocol简单对象访问协议)实现Web Service服务的调用，用WSDL作为接口描述语言以及用UDDI实现WebService的注册与发布。
　　Web Service将异种系统之间的调用转换成HTrP流，然后通过开放的用于HTTP的8O端口进行通信，因此可独立于平台、构件模型和编程语言且顺利通过放火墙。Web Service基于XML和XSD技术，它用XML表示数据，用XSD定义数据类型。XML作为一种元标记语言具有：数据与描述分离、数据的自描述性、与平台无关性3个特点，因此XML为分布在Intemet异构系统间的数据交换、信息共享和互操作提供了技术支持，成为整个Web Service架构的基石。SOAP提供了标准的远程过程调用方法(RPC)来调用WebService，并在应用和Web Service间传递命令、参数和XML文档。SOAP由4部分组成：封装(Envelope)、编码规则(EncodingRules)、RPC表示(RPCReprensentation)、绑定(Binding) 其简单的工作原理为：SOAP=RPC+HTTP+XML， 即用HTTP通过RPC传送XML文档。WSDL是XML的yi 个子集，用于描述WebService调用接口，WSDL类似于CORBA的IDL。WSDL描述内容是一个XML文档，其中的服务都以消息的形式存在，而不是服务怎样执行。
　　Web Service提供了一种分布式松散耦合结构，顺利实现异构系统间跨放火墙通信和互操作，作为Web上的可编程构件，Web Service可进行进程级调用，效率较高。

　　3.5.3　远程脚本技术

　　由于ASP脚本只能在服务器端运行，客户端只能接收服务器端运行后生成的HTML文本，所以客户端对服务器的任何请求都将导致整个页面的刷新。对于需要频繁更新客户端数据的应用来说，这种页面刷新是不可忍受的。对于实时监控系统 属于这种情况。
　　目前解决这一问题有两个方法：Java Applet和RomoteScripting(远程脚本)。由于Java Applet中无法使用ActiveX控件，而现在许多仪器仪表控件大多为ActiveX控件，考虑软件复用和开发成奉，远程脚本无疑是最合适的。
　　远程脚本技术是Microsoft公司实时系统开发的，允许客户端运行脚奉中调用ASP页的方法(函数或过程)。即服务器端脚本暴露出相应的方法为客户脚本调用，客户端就像调用本地例稗一样调用服务器脚本，并且具有完全访问服务器的能力，同时客户端调用服务器脚本时没有离开当前页面，这样页面状态被保持，使用远程脚本技术就保证了数据的实时性。

　　3.5.4　监控端的实现

　　B／S模式的分布式多层系统不仅应用在B2B、B2C等电子商务和企业管理信息系统中，而且由于它具有较好的可维护性、可伸缩性、可集成性，正是工业控制系统的一个发展趋势。如图6所示，客户端使用浏览器与中间层通信，中间层由WebService和DCOM 中间件组成，统一管理各种不同类型的数据源并提供必要的安全机制，在数据层部署了SQLSERVER2000和ORACLE数据库接收PDA上传数据和自动站场上传数据，同时为企业MIS提供数据支持。中间层成为整个系统的核心部件，在实现中使用Vc++6.0的ATL开发COM组件(如ActiveX，DCOM组件)，以便丁安装、集成和运行。
　　具体实现如下：用户通过内嵌有ActiveX控件的网页监控，后台运行远程脚本技术在浏览器间进行动态数据交换，并使用ASP脚本调用应用服务器的业务逻辑，再把返回的结果在浏览器上显示出来 同时，用户通过浏览器点击开关按钮，向Web服务器发}=}}操作远程RTU请求，Web服务器响应浏览器的请求，并且判断权限后通过应用服务器向RTU控制中心服务器发出开关请求，RTU控制中心服务器接收到开关请求，将指令传达给远程RTU，RTU响应请求，直接控制远程开关，最终实现远程控制RTU。系统通过Web Service服务，实现历史查询、报警查询、日志管理等功能，这样系统就把实时的和历史的数据结合一起，把紧耦合和松耦合的分布式系统结合在一起实现远程监控功能。

数字化生产管理平台的应用，将员工从繁杂、简单的基础性劳动中解放了出来，取而代之的是更加富有技术含量、能真正体现员工自我价值的高附加值行为，重新配置了各种管理资源，有效地推动着管理流程的再造。

　　事实上，数字化建设最大程度惠及到的是一线员工。如果一个站上员工需要查看气井数据，只需轻轻用鼠标点击一下,就可以从计算机中查出所有的生产数据、气井效能，情况一目了然。有了这些庞大的存储与传输系统,员工的很多传统行为都在发生改变。如实施数字化管理前人工巡井是3天巡井一次，实施数字化管理后控制平台可每5分钟电子巡井一次，巡井频率是以前人工巡井的800多倍，降低了安全风险，减轻了员工劳动强度，有效推进了各项生产工作的顺畅运行。

欢迎大家参与，原创的帖子优先考虑！支持大家发表自己的建议看法，也支持大家百度搜索发帖，供朋友们学习。

回复内容：
对：安控数字化 关于欢迎大家参与，原创的帖子优先考虑！支持大家发表自己的建议看法，也支持大家百度搜索发帖，供朋友们学习。 内容的回复：

---

在搜索各类资料的时候，希望大家学习组织整理一下，不是机械地拷贝粘贴！

有些拷贝粘贴连图表都懒得插的不应该啊不应该！

    苏里格气田数字化建设纪实

        苏里格气田地处毛乌素沙漠，是典型的低渗、低压、低丰度岩性气藏，单井产量低，建井数量多，人工管理难度大。

　　随着苏里格气田建设规模的一步步增大，想要管理好上万平方公里面积内的上万口井，依靠传统的工作方式已远远不能满足大气田的需要。伴随着在苏里格气田不断探索和实践的深入，苏里格气田的一整套数字化建设管理模式应运而生。3月上旬，记者来到苏里格气田，

　　看到数字化为这个气田带来的便利。

　　提高管理效率

　　从气田生产指挥中心到各单井组的井口数据自动采集、生产运行视频监控、井口远程控制和数字无线传输的数字化技术的应用，是苏里格气田实现“高效、快速、简便”管理的关键。

　　就单井管理而言，按照苏里格地区的发展规划，建成万口井的规模以后，如果采用人工巡井的方式，巡井的工作量大，势必带来人力资源的耗量大，而且很难实现对所有井的有效监控和管理，特别是在急需关井的特殊情况下，靠人工操作必须赶到井场，费时费力。另一方面，由于苏里格气田单井产量低，气田开采后期，大部分气井都需要通过间隙生产来控制产量，要保证数千口井的定时开井关井，没有一支庞大的采气队伍和必要的交通工具，气田的生产根本无法正常进行，所以实行对井口的视频监控和井口远程控制尤为重要。

　　记者在苏里格气田指挥中心总控制室看到，一台超大屏幕悬挂在总控制室的墙上，只要轻点鼠标就可以看到所有气井、井站的实时录像，实施对井口紧急情况的紧急截断，随时查看所有气井实时生成的数据。

　　数字化管理，使油田的管理效率发生了质的飞跃。以辖井50口的一座集气站为例，数字化管理前，安排4名员工，2辆车每3天巡井一轮，每年运行费用约50万元。通过数字化管理措施，安排2名员工，1辆车每15天巡井一轮，每年至少节约运费25万元。

　　疏通管理经脉

　　当初，在苏里格建设现代化的大气田被认为是最不可能实现的。

　　苏里格这样一个单井日产量只有1万余立方米的气田，要实现标准化和数字化管理，都需要增加成本，这与低成本开发的要求产生了矛盾。从另一方面看，为了提高气田的采收率，必然要加密井网。苏里格气田最终的建井数量将超过1万口。这么多的气井，都要采气工去管理，至少需要数千人，加上集气站管理、处理厂运营和各项目部管理层，整个气田开发队伍将达近万人。庞大的管理费用最终使气田开发将无效益可言。

　　面对困难，苏里格气田的开发者提出了“远程数据传输”的构想，用一套价格低廉的装置把气井的流量、压力、温度等重要数据传输到集气站，再由集气站通过光缆传到指挥中心。这一想法为苏里格气田低成本大规模开发提供了新思路。因此，以数字无线传输和井口远程控制为主的智能化生产管理控制系统，将成为苏里格气田后期管理的核心技术。

　　在方圆几十平方公里的单个集气站管辖区域内，在各单井、集气站等生产现场，设置无线监控点，选用电信级无线微波产品，配合高增益天线，采用点对多点的无线连接方式，建立气田总控室与各监控点间的无线传输主链路，实现生产现场图像信息、生产数据、设备运转数据等的实时动态监测，为大气田的生产指挥调度提供了准确及时的第一手资料。

　　降低管理成本

　　在苏里格气田，各个井站上安装了这么多的先进设备，可是记者发现，这里没有一根电杆、一所电站。是什么在给这些先进的设备提供动力呢？正是用之不竭的太阳能。

　　苏里格气田建设的过程中坚持以低成本管理为基本原则，但是在安装井场无线远程视频监控系统、生产数据自动生成传输系统及井口紧急情况自动关停系统等装置过程中，问题出现了：苏里格气田地广人稀，单井站和各个集气站就坐落在这茫茫沙海之中，每个单井站、集气站之间近则相距数十公里，远则上百公里。如果利用外电，其成本光是架设输电线路这一项，就是一笔不小的开支。针对这一情况，长庆的科技工作者想到了借助毛乌素沙漠充足的阳光，让所有井站全部以太阳能提供动力，从而迈出长庆油田气井无外电生产的第一步。

　　在苏14-5集气站J1、J2、J5丛式井组，架设在视频监控摄像头顶端的太阳能电池板格外耀眼。“这些太阳能电池板，可以完全满足这个井组上所有数字化电气设备的用电需求。其安装的备用蓄电池，在阳光充足时充满电，还能在连续阴天时继续为这些设备提供长时间的电力。”苏14-5集气站站长席全统说。

　　今天，当你身处苏里格气田的每个生产现场，无论是集气站还是增压站，数据自动采集、异常自动报警、运行自动控制、远程无线传输、太阳能，这些都已经在苏里格气田安家落户。没有林立的电杆和交错的线缆，只需用鼠标轻轻一点，便可获得各种所需的数据资料，并可对气井实现远程巡检和控制，这就是现代化大气田苏里格所展现出的迷人魅力。

额 大家都在网上找啊 我也在网上找了一篇文章，不是案例 希望有用

目前，为加速推进油田数字化和自动化管理，油田公司已经正式将这项业务作为了与煤层气、苏里格天然气开发、储气库建设、天然气下游业务扩张一样的重点业务，而同时列入到今后要优先发展的七大增长型业务之中，强调油田数字化和自动化业务发展，同样是新形势下公司实现稳健、和谐发展的战略布局，是推动公司科学、和谐发展的基础战略性工程。 因此，积极推动包括油田数字化和自动化在内的七大增长型业务，既关系到油田公司建设具有一定经营规模和华北油田特色地区能源公司大局，又关系到和谐矿区建设，及25万员工家属的切身利益。 数字化在华北油田已经崭露头角 提到油田的数字化，人们一定会问：什么是数字化？ 其实，数字化油田的概念源于1998年美国前副总统戈尔提出数字地球。后来有关的科研人员继承数字地球的模型框架和关键技术，对其进行移植，由此，便产生了数字化油田。 油田公司总经理苏俊在他的一份报告中曾解释说：数字化油田乃是以信息技术为手段全面实现数字化、网络化、智能化和可视化的油田。如果再通俗一点讲，就是通过对各种数据的集成，把实体的油田放到计算机里和网络上，让整个油田通过计算机虚拟化地呈现出来。 可以说，数字化油田建设在华北油田起步并不算晚。早在2001年，当时通信公司就组织起专门的科研团队，开始了对以话音、数据、图像传输为主要内容的生产自动化技术进行研究。而这一次的直接研究成果——“石油远程无线数据传输系统（ORWAS）”，最终被应用于采油五厂的深州工区，由此开辟了石油行业“运用通信技术改变传统生产工艺流程”的先河。 2004年后，这套系统继续被复制，从油田采油转而应用于加油站零售业务管理、钻井数据传输，及移动性办公等领域。 特别近几年，油田数字化建设的新领域在华北油田不断被开拓。先是于2008年将油田通信专网系统规模最大的总线型远程抄表系统投入到油田矿区的现代化管理之中，紧接着，又在同年引进目前国内先进的宽带无线多媒体集群系统，在山西沁水盆地建成了我国第一个数字化、规模化煤层气田。在2009年，于苏里格建成了新一代油气生产智能测控技术及专家分析系统。据称，应用于苏里格的这套系统，由于在RTU/PLC组网、太阳能供电、数据中心软件和无线传感器开发等方面技术独到，该气田的自动化管理还第一次拥有了由终端数字采集到通信传输直至中心软件研发的所谓“一揽子”解决方案。 有资料显示：近十年间，华北油田已开发完成包括了勘探开发、住房公积金管理、物资管理、社保信息管理在内的十余个数字化管理系统。目前，这些系统深入推广，不但大大地提升了企业的现代化管理水，而且还为企业赢得了可观的经济效益。 因此，业内人士说：“油田数字化推广的并不仅仅是一种管理手段”。 数字化构建的虚拟世界并不虚拟 数字化油田的全力推进，已经为华北油田构建出了一个令人神往的虚拟世界。 然而，这个虚拟的世界，实际上并不虚拟。 事实说明，近些年，由于相关部门对OTN骨干传输网、宽带城域网、宽带多媒体集群系统、语音业务网、有线电视网、水电表远程集抄系统、业务运营支撑系统等七大核心网持续升级完善；利用DWDM技术，不断搭建信息高速公路，目前，一个实现数字化油田所需要的，全方位、大容量、多手段、安全可靠的立体传输网络，实际上，在华北油田已基本成形。根据最新的一份调查显示：目前，全华北油田主干核心网承载能力已提升至80G，传输容量达到40G，已经具备了万兆到科研院所、千兆到厂（含各二级单位）、百兆到工区、十兆到井站的传输速率。 特别是伴随着任丘至北京2.5G光传输通道开通，宽带城域网完成优化升级，宽带无线多媒体集群系统二期工程竣工，全华北油田网络数据信息传输的手段越来越多样化。 当然，用以支撑油田数字化发展的基本条件并非只限于以上所述。 多年来，伴随着数字化油田的建设，华北油田一批专职数字化油田建设的高、精、尖人才也得到了快速的成长。目前，仅仅是通信公司就已拥有首席工程师9名，责任工程师47名。而这批人才无疑为油田数字化的深入发展奠定了基础。目前，作为数字化油田建设主力军的通信公司，利用这批人才与国内大专院校广泛合作，已先后开发出“油气田生产智能测控系统”、“特殊物品全程精细化管理系统”、“加油站GIS系统”、“导航仪”、“危险区域监控设备”等一大批新产品。为此，2009年，通信公司被正式接纳成为国家新一代宽带无线通信技术—宽带多媒体集群技术研究成员单位，这结果的出现，无疑让华北油田今后的数字化改造，拥有了一种“近水楼台先得月”的便利。 数字化正改变着油田人的工作和生活模式 人们在华北油田煤层气分公司的煤层气处理中心看到过这样一幅场景：宽绰的中控室里，技术人员坐在办桌旁，只需轻点鼠标，整个处理中心和集气站的压缩机、电动机，以及远在几公里、几十公里外的山间单井设备运转情况、工艺参数便一目了然地显示在了中控室的大屏幕上。 根据这套系统提供的各种信息，操作人员足不出户，便可以实现对单井、集气站、处理中心的监视、数据传输、运行参数调节和远程控制；上层的决策们既便是在千里之外，也都可以采取网络浏览的方式了解生产现场情况，并适时发出指令，指挥调度生产。 “油田数字化已经改变和正在改变着油田人的工作和生活方式。”通信公司总工程李风鸣介绍说，目前，华北油田数字化、自动化生产数据传输网络正逐步推广应用到华北油田采油二厂、采油三厂、采油一厂和二连分公司的各个工区、作业区、计量站直至单井，与此同时，包括石化、综合服务、勘探开发、机械制造、教育医疗电力、智能小区、智能大厦、安全防护监控、车辆定位管理在内的其它领域，也都加快了办公自动化、信息化的进程。 数字化油田建设大大减轻了员工们的劳动强度，避免了恶劣环境下行车、巡井带来的危险。通过已经数字化了的自动化管理系统，时下的油田员工不但能够全天候实施对各种生产管理数据的采集传输，随时方便地掌握设备的运转情况，而且还能够在油气井参数异常时，迅速对其实施远程启停，避免无效生产。李风鸣老总算了这样一笔账：同等规模的一座油气田，不应用数字化了自动化系统，用工可能是300人，而应用了该系统的则可能只需100人，而且既便是这100人，也极可能随着油气田规模的扩大和系统功能的完善而进一步减少。 不过，正如一些业内专家指出的那样，目前，数字化油田建设尽管在华北油田得到了快速发展，但这毕竟还只是个开始。从发展的现状分析，时下的华北油田数字化建设多侧重的是数据管理、办公管理，而这只代表了数字化应用的初级阶段。除此之外，在涉及到的生产过程的自动化、经营管理的智能化改造方面，多年以来，全油田还主要是围绕井站数据采集和视频监控两大块业务展开。这两种业务各自独立运行，不能进行联动共享，并且由于参与建设的厂商多，缺乏统一要求等原因，所建设的系统标准也不一致，相互之间的数据整合也非常困难。所以，下一步，要实现数字化、自动化全面覆盖油田公司的各项业务，并做到数据的统一管理和安全共享，实际上还有很长的路要走。 为此，有人建议，在当前情况下，要继续推进数字化油田建设，当务之急，是要遵照“统一规划、统一标准、统一设计、统一建设、统一管理”的原则，坚持以网络化为基本目标，以实现自动化、智能化为发展目标建设信息系统，全面树立全程全网、大平台发展理念，杜绝孤岛建网模式。只有这样，才可能最大限度地发挥数字化油田，在节能降耗、提高管理水平等各个方面的作用，并最终实现资源共享。

下面一篇文章也是我在网上找的 由于个人水平有限 非原创 不好意思

数字化气田远程监控体系结构研究


摘　要

　　针对数字化油气田数据采集、传输和信息共享问题，结合工控网络、局域网、Internet／Intranet及无线通信网络技术，采用TCP/IP、WAP、SOAP等通信协议和分布式对象技术，提出了自动化采集和PDA相结合，移动公网与VPN相结合，Web与WAP结合，DCOM 与WebService结合以及E-mail／手机短信／寻呼结合的数字化气田远程监控体系结构，详细分析了所用到的关键技术，为油气田数字化建设远程监控提供了一种综合解决方案。


1　引 言

　　随着油气田工业的发展和工业自动化水平的提高以及网络通信技术和Internet的广泛应用，气田数据采集逐渐从人工抄表过渡到自动化采集，数据传输逐渐从人工电话上报过渡到无线传输，数据监控逐渐从站场监控过渡到远程中心监控，整个气田生产、销售、安全管理由传统方式向数字化方向发展。然而一个大型油气田公司一般具有数千多个采气、集气、输气井／站，井／站地理位置极其分散，采集到的数据有生产数据、销售数据、安环等多种数据，在这样一个大型企业中，单一的采集传输监控方式已远远不能满足企业的需要。
　　有鉴于此，本文结合工业控制网络、局域网、IntemeVIntranet以及无线通信技术，采用TCP／IP、WAP、HTTP等通信协议，针对数字化气田提出了气田的数据采集传输和远程监控综合解决方案，并应用于实际油气田中，取得了良好的社会效益和经济效益，推动了数字化气田的建设和发展。

2　数字化气田数据采集传输和远程监控体系结构

　　目前大部分油气田数据采集和传输方式仍然比较单一，采集方式主要有两种方法：自动化采集和人工采集，而以人工采集为主，传输方式以电话上报为主，少部分有站场监控。为此在采集层我们采用智能仪表的自动化采集和PDA信息手机相结合的控制与管理技术，实现信息采集与设备控制的智能化：在传输层，利用移动公网覆盖面广的特点结合私有专用网的安全性，实现数据的安全可靠传输；在中心监控层构建基于Web和基于WAP技术相结合的远程监控和基于EMAIL／手机短信／寻呼的事件通知系统，整个系统结构如图1所示。

 

3 系统关键技术及其实现

　3.1　自动化采集与站场监控部分

　　整个信息采集与监控系统的总体结构采用3级控制模式，由现场设备、工控机与计算机人机界面、数据远传系统构成。其中现场智能设备的作用是进行生产数据压力、差压、温度等的实时采集，其中远程终端单元RTU完成井口压力、气体浓度及站场各个阀门的状态等各类信息的现场采集：上控机与计算机人机界面构成一个站场设备信息交换平台，对站场瞬时信息进行实时浏览和监控，当出现压力超高等任一突发险情时，通过系统网络接受本地及远程控制；为进行现场信息的远程实时监控，在系统流量计算机内加载数据远传通讯模块，构成数据远程监控系统的终端单元。
　　数据实时采集系统由传感器、变送器、流量计、工、 控制机、上位计算机等多种智能设备组成。系统采用了总线结构和模块化设计，一条总线上可带多达上百台流量计算机和数据采集终端。一台流量计算机可带8个流量，一台采集终端可进行16个点的信息采集，所以将来系统硬件的扩充相当方便。站场SCADA系统整体结构图如图2所示。

 

　3.2　PDA无线数据采集与监控

　　由于构建一个SCADA系统投资大、费用高而且还要对原有站场仪表进行自动化改造，所以在大多数中小型井站利用PDA智能终端设备结合GPRS覆盖面广等特点进行无线采集与预警，是个较好的选择。本系统基于嵌入式操作系统WinCE和embededVisualC++进行开发，结合SQLSERVER嵌入式数据库和WAP技术实现数据的远传和监控。

　　3.2.1　利用RDA(Remote data access)机制无线访问中心平台的数据库，实现远程无线数据同步

　　如图3所示，RDA使用到了Microsoft　SQLServer　2000Windows　CE Edition(SQL Server CE)Database Engine，SQL ServerCEClientAgent，and SQL ServerCE ServerAgent。在客户端使用SQL Server CE Client Agent，服务器端使用SQL Server CEServer Agent，两者通过IIS(Intemet服务管理器)进行通信。客户端SQL ServerCEClientAgent通过SQL ServerCE DatabaseEngine与SQLServerCEDatabase进行通信，服务器端SQLSer—VerCE ServerAgent通过OLE DB ProviderforSQL Server与SQLServerDatabase进行通信。PDA数据通信结构图如图3所示。

 

3.2.2 采用OLE DB数据库访问技术

　　OLE DB 的全称是Object Link and Embedding DataBase，OLEDB是COM(COM是微软提出的一种中间件模型，从COM到DCOM，再到COM+)模型的数据库接口。OLE DB是一系列的接口集合，是新的低层接口，提供一种”通用的”数据访问方法。也就是说，OLE DB并不局限于ISAM、Jet甚至关系数据源，但是它能够处理任何类型的数据。OLE DB向应用程序提供 个统一的数据访问方法，而不考虑它们的格式和存储方法。
　　其中，这种多样性意味着可以访问驻留在Excel电子数据表、文本文件甚至邮件服务器，诸如MicrosoftExchange中的数据。因此用Ole db技术访问数据库是一一种比较好的选择。

　　3.2.3　PDA与WAP技术相结合的远程监控

　　基于WAP(WirelessApplicationProtocol，无线应用协议)的远程监控以现有的Web服务器为基础，通过WAP网关和移动终端共同完成。如图4所示，在移动终端、WAP网关之间的数
据传输由无线网络来实现，遵循WAP协议。而WAP网关和Web服务器之间数据传输一般通过有线网络(Internet)来进行，遵循HTTP协议。WAP网关功能主要完成Internet协议到WAP协议的转换和语言编码转换，提供编码和解码的全过程。

 

3.3　安全的数据传输

　　3.3.1　传输介质的选择

　　由于油气田大多位于偏远乡村且分散，通过对表l的比较利用移动GPRS网络覆盖广、传输数据快等特点进行生产、销售无线数据远传是比较好的选择。GPRS是通用分组无线业务(GeneralPacketRadioService)的英文简称，为GSM 用户提供分组形式的数据业务。GPRS无线网络传输数据具有以下优势：终端价格比较低、按流量行计费、永远在线、支持频繁突发型数据、物理链路数据采用加密传送。
　　对于生产安全数据的传输，为了保证生产安全数据(天然气浓度变化、报警信号)上传的实时间性，以及及时把控制指令传到远程终端单元RTU，我们采用移动无线网络USSD数据传输方式进行。
　　USSD(Unstructured Supplementary Service Data)即非结构化补充数据业务，其与SMS、WAP不同。首先它们所使用的电路信道各不相同：通话状态下，USSD和SMS使用相同的信令信道即SDCCH，数据传输速率大约为600bps；而非通话状态时，USSD使用FACCH信令信道，数据传输速率大约为lkbps，比SMS传输速率高。其次，USSD在会话过程中一直保持无线连接，不进行存储转发，就响应时间而言，USSD比短消息的响应速度快。WAP与USSD类似，交互中保持一个会话过程，但由于WAP服务器和Internet速度等因素的影响，其目前的响应速度比SMS还慢。USSD是一种十分重要的无线数据业务，部署USSD，对网络的改动很少，远远小于WAP对网络的改动。它将是当前无线互联网一种重要的承载媒体。

 

3.3.2　GPRS安全接入APN

　　利用SIM卡的惟一性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围，只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。专用网络采用专用IP地址，VPN方式，且和外网Internet无接口，封闭隔离，保护入网PDA、手机、系统平台和油气田专网安全。

　　3.3.3　GPRS VPN功能实现

　　GPRS业务数据通讯在网络连接中，涉及到的GPRS网元主要有GGSN(网关GPRS支持节点)和CommHUB，借助GPRS网络APN／Radius／DHCP等的功能特点，在GPRS网络后台构筑业务网络接入平台。连接拓扑示意图如图5所示。

 

如图5所示，在CommHUB划分专用企业客户专线连接业务虚网(Service VLAN)，通过防火墙与外部客户网络连接；在GGSN和GPRS网络后台局端客户专线连接路由设备之间开设GRE路由通道，保护内网地址空间的安全和实现网络业务的连接性：在GGSN和后台业务路由连接设备问启用了GRE路由通道连接，因此在防火墙上不用实施网络内外侧的地址转换(NAT)；在企业Intranet和移动出口网关服务器之间通过Intemet连接，建立VPN 的IPSEC隧道，保证这两点之间数据传输的安令性，不被他人在中途进行信息窃取、修改。
　　本传输系统在专用APN接入的基础上再加上VPN接入方式的混合接入方式，进一步提高系统的安伞性。

　3.4　E-mail手机短信／寻呼的事件通知技术

　　在本系统中天然气泄漏报警、生产超限报警等重要的报警信息和一些重要的调度事件需要及时通知相关人员，互联网的出现推动了E—mail的发展，提供了方便、经济、快速传递信息的方式，但E．mail需要人为接收，实时性不强，考虑到手机短信和寻呼业务的普及以及较高的实时性，系统结合E．mail、手机短信和寻呼3种方式，确保重要事件和事故报警得到及时处理。
　　在远程企业内部网内构建行业移动平台，包括E—mail服务器、移动短信或寻呼网关、报警生成服务、邮件生成服务、邮件处理服务、实时报警库、历史报警库、事件库等。报警生成服务根据事件不同的报警级别，按优先级别高低排序，放入报警实时库中，同一报警信息不多次存放，同时触发邮件生成服务，当事件恢复正常后，报警信息从报警实时库中删除。
　　邮件生成服务根据事件类型和报警级别筛选出需要通知的重要事件，生成相应的邮件主题、内容。邮件处理服务根据用户的E．mail地址和定制的事件类型、报警级别决定发送的对象，同时把手机号码和邮件内容发送到移动短信或寻呼网关，由移动短信或寻呼网关把信息发送到相应的寻呼或短信消息中心。
　　通过E-mail、短消息、寻呼3种方式相结合的技术实现重要事件和报警的高速传递，避免了大量信息的发送，同时确保信息传递的高可靠性，有利于油气田的安全生产。

　3.5 中心远程监控

　　传统的Client／Server模式由于系统的可伸缩性低和安装维护困难逐渐被分布式多层系统取代，这种多层系统把事务逻辑和用户交互界面分开，事务逻辑的处理由业务逻辑层(应用服务器)进行封装，客户的连接通过、 务逻辑层与数据服务层连接，这就大大减少了连接的次数，提高了数据服务器的性能和安全以及系统的可伸缩性。鉴于此，在中心监控端系统采用以B／S模式的分布式多层体系结构，并运用Microsoft的ASP、DCOM、WebService、ActiveX和远程脚本来实现。中心远程监控系统结构图如图6所示。

    天然气的流程是从气井井口采集天然气；经过管汇进入天然气集气站，集气站对井口来的天然气进行初步处理工作，脱水、脱砂与分离凝析油等，集气站类型定位为常温分离的技术工艺来采集天然气的储藏气站，集气站也要做一些压缩气体，增压的工作；集气站出来的天然气进入输气管线；输气管线各段又有很多增压站，增压点；从输气管线到最终的用户之前，要先经过配气站，对其进行相应的处理工作，配气站是城市配气系统的起点和总枢纽，其任务是接受干线输气管的来气，然后对其进行必要的除尘、加臭等处理，根据用户的需求，经计量、调压后输入配气管网，供用户使用。

 

    天然气化工一般包括天然气的净化分离、化学加工。净化分离包括从地下采出的天然气，在气井现场，经脱水、脱砂与分离凝析油后，根据气体组成情况进行进一步的净化分离加工。富含硫化物的天然气，必须经过脱硫处理，以达到输送要求，副产品硫黄用以生产硫酸、二硫化碳等一系列硫化物。脱硫后，天然气经过深冷分离，可得到液化天然气；若天然气是富含乙烷以上烷烃的湿气，则可同时得到天然气凝析液，后者常采用精馏的方法，以回收乙烷、丙烷、丁烷，并且还有一部分凝析油。化学加工包括在高温下进行的天然气热裂解，主要生产乙炔和炭黑；天然气蒸气转化或天然气的部分氧化，可制得合成气；天然气经过氯化、硫化、硝化、氨化氧化、氧化可制得甲烷的各种衍生物；湿性天然气中的乙烷、丙烷、丁烷和天然气凝析液等，经蒸气裂解或热裂解可生产乙烯、丙烯和丁二烯；丁烷脱氢或氧化可生产丁二烯或醋酸、甲基乙基酮、顺丁烯二酸酐等。

 

    整个天然气的建设方面应该结合天然气网络的特点。从最开始的气井到最终用户的燃气设备之间是一个连通的管线，全国的天然气管线组成了一个庞大的管网。

    天然气井要监控生产数据，包括压力、流量等。此外，还要监控安全方面的数据。

    通过对井场数据监控，自动或者远程开关井等操作。如 紧急截断、远程控制功能就是通过数据分析及RTU控制，自动或者远程实现井口超/欠压保护功能。

 

    天然气站建设还有一个特点是，采用的是递进式的结构，站多站小等特点，这就决定了天然气计量要求准确度要高（输出直接关系到下级站的输入），第二是网络的建设要稳定。 

 

    天然气井数字化还要结合整个天然气是一个庞大统一网络的情况，对数据信息进行纵向的分析对比跟踪比较，实现天然气特色的数字化油气田建设

 

其他的具体的建设项目，以及实现方法，数据库等等方面就和油田类似了 ，请参考之前油田数字化建设大家的发言，这里不再罗列

 

天然气井数字化建设通过实时数据采集、处理、分析、计算，动态视频监控，安全防范监控等，实现对天然气井的动态监视、智能决策、远程控制与流程优化，进而通过实时数据及视频应用促进各业务间高效、安全地进行数据共享与协同工作。

天然气井数字化建设区别于油井的地方有：1、系统安全要求高，天然气因为工作介质为天然气，所以对于防爆和安全控制登记要求较高；2、天然气井一般都是在野外比较偏辟的地方，而且由于井场没有动力工作设备，往往不需要建设电力供电线路，所以天然气井数字化建设一般需要使用自供电系统，如太阳能供电系统、燃气发电机等；3、危险控制要求高，天然气井有不少是高含硫的气井，一旦发生泄漏事故往往会酿成大事故，所以对于气体泄漏检测、紧急关井需要配置安装。

天然气井数字化建设检测的主要参数有：套压、油压、井口介质温度、可燃气体浓度监测、有毒有害气体浓度监测、计量参数（静压、差压、温度）、关断阀状态及控制等。

天然气井数字化建设的主要功能有：数据采集、远程控制、状态检测及实时故障报警、语音双向对讲、视频图像监控、入侵探测、声光报警等。

天然气井数字化建设一个重要的功能是天然气产品计量，当前大量使用的是孔板流量计量方式，通过采集管线静压、差压和温度进行计算，所有流量计算应遵照AGA3、AGA 7、AGA 8、AGA 9标准的最新版本或 SY/T6143进行。所有计量单位采用国际单位制（SI），天然气的标准参比条件为101.325kPa和20℃（293.16K）。

所以在很多地方都要求用于天然气井数字化建设所用的RTU具有流量计量功能，有些甚至还要求获得相应的计量认证。

现在我国油气田数据采集大多已实现自动化采集，数据传输方式主要包括无线传输和有线传输，数据监控模式包括站场本地监控和远程调度中心监控等，整个油气田生产、管理已由传统方式向数字化方向发展。结合长庆油气田目前主要采用的通信技术，分析通信方式选择对于实现数字化油气田的作用和影响，并提出一些看法和建议。

目前长庆油气田数据采集方式主要有两种方法：人工采集和自动化采集，老油田以人工采集为主，传输方式以电话上报为主，少部分联合站和大的接转站场实现本地自动化采集监控。相对于油田来说，长庆气田的建设比油田要晚，因此气田建设的起点高，采用的技术较为先进，目前长庆气田的所有集气站及联合站等站场均实现自动化采集和光纤传输的通信方式，实现了站场监控到调度中心监控的二级监控。从2008年开始建设的苏里格气田，其数据采集和传输方式更进了一步，实现了由气井—集气站—调度中心的三级监控模式。

长庆油气田数据采集正在实现由井口—站场—调度中心的无缝监控模式，从而实现整个油气田生产管理方式的重大变革—由传统的调度管理向全面的数字化管理转变，进而实现真正意义上的“数字化油气田”。

关于油气田的数据采集方式，油气田采用的数据传输通信方式也由早期的以电话上报为主逐步向光纤传输为主转变。对应于以人工采集为主的老油田传输方式以电话上报为主，少部分联合站和大的接转站场已实现数据传输采用微波或光纤方式 。长庆气田的通信建设起点高，采用的通信技术较为先进，配合长庆气田的产能建设，在所有集气站及联合站等站场均一次到位建成光纤传输系统。以苏格里格油气田为例，从2008年开始建设的苏里格气田，其数据传输已实现了由气井—集气站—调度中心的无缝传输，气井—集气站之间采用无线电台传输井口RTU数据到上级集气站，集气站—调度中心之间数据传输采用光纤通信方式。

目前有些油气田利用移动GPRS网络传输数据、电话线传输数据、微波传输数据，集气站无线电台等多种方式，根据情况选择！