安控数字化油田擂台-无线仪表在煤层气建设应用-第16期(已结束) 点击：873 | 回复：32
讨论主题：在油气田数字化建设中，煤层气作为非常规能源，开发力度越来越大，在建设中，为了减少施工周期、费用及后期维护，使用无线仪表是个不错的选择，近几年来无线仪表在国内外发展很迅速，请根据工作情况，谈谈在煤层气数字化建设中，可以使用哪些无线仪表及其指标？
要求：最好结合自己实际工作。
参与方式：采取跟帖的方式参与。
评奖规则：由活动组织者评奖，并进行公开公布告示。
活动结贴：每周为1期，由安控数字化论坛擂台版主选定议题，半个月后（隔一期）擂台版主从所有参与讨论的网友中选出8个优胜者。
奖项设置：每期选出8个优胜者，其中：
一等奖1名：奖100MP（相当于100人民币），
二等奖5名，奖工控精美礼物一个（工控点点、工控T恤、工控徽章、工控工具四者任选一个，相当于65人民币）。
特别奖：2名，奖工控精美礼物一个（工控点点、工控T恤、工控徽章、工控工具四者任选一个，相当于65人民币）。
特别奖说明：特别奖主要奖励给获奖次数少于3次的ID。
活动发奖：MP评奖后一周内发放，精美礼物每月发放一次，统一在月初寄送。
北京安控科技股份有限公司（简称“安控科技”），是专业从事工业级RTU（远程控制终端）产品研发、生产、销售和系统集成业务的高新技术企业，拥有完善的RTU产品链，产品被广泛应用于石油天然气、煤层气、页岩气的开采、处理、管输、储配等各个环节以及环境在线监测、城市燃气、供水供热等管网监控领域，并已远销美国、加拿大、墨西哥、土耳其、哈萨克斯坦、土库曼斯坦、伊拉克、伊朗、韩国、泰国、马来西亚等国家。基于RTU技术，安控科技在油气、环境在线监测等行业开发出多款专业化经典产品，拥有完善的油气田自动化和环保在线监测专用产品。此外，安控科技还提供工业自动化产品的OEM/ODM服务，提供SCADA自动化系统和企业管理信息系统的集成服务。
安控科技通过了ISO9001质量管理体系和ISO14001环境管理体系认证，建立了先进的生产和检测平台，并获得了多项国际认证（如UL 、CE、EMC3级认证等），产品品质达到国际先进水平。
安控科技成立于1998年，位于北京市中关村科技园区海淀园上地信息产业基地。安控科技始终坚持以人为本的人力资源发展战略，建立了一支以高级工程师和专业研究生为骨干的研发团队，打造了一支经过市场历练的高效经营团队，锻炼和培养了一支优秀的管理团队。安控科技始终坚持自主创新的企业发展战略，已经拥有了商标、专利、软件著作权等各类知识产权百余项，覆盖了所提供的所有自动化产品和控制系统。安控科技的研发项目多次获得国家、北京市政府的研发资金支持，部分产品被认定为国家级火炬计划项目、国家重点新产品项目、科技部创新基金项目、商务部出口研发资金项目，受到政府嘉奖与资助。
作为中国自动化学会理事单位、中国自动化学会专家咨询工作委员会常务理事单位、中国自动化学会仪表与装置专业委员会委员单位、北京市中关村企业信用促进会的第一批信用企业，安控科技在国内同行业中较早的通过ISO9001质量管理体系认证，拥有系统集成、建筑施工、环保设施运营等各类资质。
本着“卓越品质，源于更高要求”的核心理念，“协作、严谨、勤奋、卓越”的企业精神，安控人必将以更可靠的工业级RTU产品、更先进的自动化解决方案和更完善的服务答谢用户、回报社会，为振兴民族自动化事业、创建民族自动化品牌而努力奋斗。
北京安控科技股份有限公司
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煤层气智能无线随钻测量仪器是中天启明自主研发的专用于煤层气钻井的成套测量仪器，可以准确测量井眼轨迹、地层参数和换空压力，是业内性价比最高的煤层气钻井专用成套装备。
该仪器包括具有公司自主知识产权的三大核心子系统：无线随钻测量系统（ZT-MWD）、方位伽玛测量系统（ZT-FGM）以及随钻压力测量系统（ZT-PWD），可实时测量井斜、方位、工具面、自然伽玛、上伽玛、下伽玛、地层环空压力、钻具内部压力、井底温度、钻具转速并上传至地面数据处理系统。
主要性能
1. 地质导向功能：方位伽玛测量系统（ZT-FGM）可以提供地层上、下自然伽玛参数，帮助现场工程师监控地层的变化情况，使钻具保持在煤层中钻进。利用这一技术可以大幅度的提高单井产量和储层采收率。
2. 随钻实时测量：采用实时上传和内存两种方式进行测量。
3. 随钻压力测量：实时测量井底环空压力和钻具内部压力，对井涌、井喷、井漏有预警功能。
4. 井底温度测量：能够随钻实时监控井底温度。
5. 绘制测量曲线：能够绘制实时测井曲线和内存测井曲线。
6. 小井眼：钻铤最小外径为4-3/4＂，可满足煤层气小井眼作业需求。
7. 高可靠性：稳定的数据传输，长周期安全作业，受其他钻井作业条件约束少。
8. 安全性：有防爆系统隔离地面设备，保证安全，保护系统。
9. 传输速度快：每80秒上传一组数据，包括井斜、方位、工具面、自然伽玛、上伽玛、下伽玛、地层环空压力、钻具内部压力、井底温度、钻具转速等数据。
在传统的煤矿瓦斯监测系统中, 由于监测系统的设施、装置等位置比较固定, 因而使瓦斯探头不能随着采掘的进度跟进到位, 从而使得监测系统往往形同虚设, 而且井下联网有一定的难度, 有关人员无法进行有效的监管, 以致事故无法预警。所以此设计思想是要让瓦斯监测系统能够随着采掘的进度跟进到位, 能够把井下信息实时、准确地传送到相关人员。
在巷道中每隔几十米放置1个传感器节点, 每个矿工也都佩带1个传感器节点, 矿工身上佩带的节点和巷道中放置的节点可以自组织成一个大规模的无线传感器网络, 在矿井的入口处放置一个具有网关功能的节点作为Sink节点, 它可以是一个具有增强功能传感器节点, 有足够的能量供给更多的内存与计算资源, 也可以是没有监测功能仅带有
无线通信接口的特殊网关设备。Sink节点连接传感器网络与Internet等外部网络, 实现两种协议栈之间的通信协议转换, 同时发布监测中心的监测任务, 并把收集的数据转发到外部网上, 最后传至监控中心.
用基于ZigBee的无线传感器网络来监测煤矿瓦斯环境明显的优势: ①传感器网络节点数量大,分布密度高, 并具有一定的数据融合能力, 因此可以节约整个网络的能量, 还可以获得更准确的信息。②增加或者删除1个节点, 或者节点位置发生变动, 节点发生故障等, 网络都能够自我修复,并对网络拓扑结构进行相应地调整, 无需人工干预, 保证整个系统仍然能正常工作。③ 无线传感器节点本身具有一定的计算能力和存储能力, 可以根据物理环境的变化进行较为复杂的监测。即使矿井结构遭到破坏, 仍能自动恢复组网, 传递信息,保证矿井瓦斯监测系统传递信息的实时性和有效A性。从而可以为监控瓦斯、减少事故起到一定的作用, 为最终从根本上解决煤矿安全问题做出贡献。随着研究的进一步深入, 相信这种设计方案会被逐步地实现, 并被应用到实践中去。
对于煤层气数字化建设的无线仪器仪表方面主要包括如下几个方面：无线电量模块；无线载荷位移传感器；无线压力变送器；无线网关等等；因此在煤层气数字化建设方面主要有以下几个方面：
（1）控制器:选用安控公司生产的Suepr32-L307控制器，该控制器IO点为6路AI 4路DI 4路DO 1路RS485,1路RS232,1路RJ45接口内嵌3相电参采集。并且DI还支持计数功能。可以接入脉冲信号。该款控制器非常适合像抽油机井口、煤层气井口的设备参数采集。该款控制器支持C语言编辑功能，可以方便的开发不通的通信协议，通过RS485与变频器连接，并编写智能控制程序。
（2） 三相电参采集：该项功能，内嵌到L307控制器中。可以采集三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能等多项参数。
（3）气管压力采集：气管压力采集，采用普通4~20mA信号的压力变送器即可。接入到L307的AI通道。也可以采用无线压力表，SZ903D，采集井口压力，方便现场施工。
（4）井口温度采集：井口温度采用普通4~20mA信号的温度变送器即可。接入到L307的AI通道。也可以采用无线温度变送器，SZ905D，采集井口温度，方便现场施工。
（5）GPRS DTU通信：在有信号的区域采用DTU通信，可以选用诸如：深圳宏电DTU或者其他厂家的。从技术上讲都差不多，DTU所选用的核心通信模块都是几个国内外比较大的公司生产的。
在没有DTU信号的区域，可以采用无线数传电台或者zigbee通信。
WKT-6型无线电波坑道透视仪器
无线电波坑道透视仪器设备是山西文矿科技安全技术有限公司(坑道设备)的主导仪器，该仪器主要应用于煤矿井下工作面内的陷落柱、断层、破碎带地质构造，还可用于其它金属矿的井下探测，无线电波坑道透视仪器设备的工作原理：利用电磁波在煤层、金属矿中的传播时受不同介质影响的差异，来检测地质目标的仪器。可以大量减少的钻探工程工作量，减少人力物力的投入，节省大量的费用，提高开采煤层时对事故隐患的预知性，增加安全系数，提高产量和效益。无线电波坑道透视仪器设备的研制严格执行最新的有关国家标准和煤炭行业的相关行业标准。该仪器通过了严格的性能检测和防爆检测，拥有上海防爆中心颁发的防爆合格证及国家安全标志办公室颁发的安全标志证书，其电器性能和透视性能在同类产品中居领先地位。
WKT-6型无线电波坑道透视仪器设备分为接收机和发射机两部分，其主要技术指标全部符合国家标准
1.采用了全新的电路设计和电子元器件，发射效率高，接收灵敏度高，透距大，抗干扰能力强。
2.采用合理的程序设计，操作简单，容易掌握，提高了井下测量速度3.具有操作简单、性能稳定、维护简便、重量轻、体积小、抗干扰性强探测准确度高等特点。
其功能是利用电磁波在介质中的传播特性和探测矿井回采工作面内的地质构造，如陷落住、断层、火成岩、煤层厚度变化、瓦斯富集区及突水构造等。可减少大量钻探工程量，节省费用，提高采煤时对事故隐患的预知性，有效避免事故发生，减少损失，增加安全系数，提高产量和效益。WKT-6型无线电波坑道透视仪的研制严格执行最新的有关国家标准和煤炭行业的相关行业标准。该仪器已通过了严格的性能检测和专业检测，拥有上海专业中心颁发的专业合格证及国家安全标志办公室颁发的安全标志证书，其电气性能和透视性能在同类产品中居领先地位。
该仪器具有探测准确度高、性能稳定、操作简单、维护简单、体积小、重量轻、抗干扰性强的特点。
主要性能：
1、采用了全新的电路设计和电子元器件，提高了发射机的发射功率，增大了透视距离，同时也提高了接收机的灵敏度和分辨率，从而大大提高了透视的有效性和精确性。
2、根据WKT-III型坑透仪的经验，合理选用低频（365KHz）和高频（965KHz）两个频率。低频较高频透
距大，适用于宽度大合不易透视的煤层；高频较低频精度高，可用于宽度小和较易透视的煤层。
3、WKT-6无线电波坑道透视仪体积小，重量轻便于井下携带。
4、采用合理的程序设计，操作简单，容易掌握，提高了井下测量速度。
5、在测量的同时，所测的数据会自动存储在内部的非易失性存储器中，保证数据在关机、掉电等情况下部会丢失。
6、仪器设有与PC机通讯的数据传输接口，并配备有专用的数据传输线，可将数据传输至PC机中。
7、WKT-6型无线电波坑道透视仪配有专用的分析软件，可将数据进行处理成图，对地质构造做出推断和解释。
技术指标
接收机
1、专业形式：矿用本质安全型
2、工作频率：365 MHz，965 MH
3、显示：20*2字符式液晶显示器
4、键盘：4*4防水防尘有感式薄膜键盘
5、灵敏度:小于0.06微伏
6、终端分辨率：0.1dB
7、连续工作时间：大于4小时
8、带宽：40Hz
9、终端测量范围：0—102.1dB
10、尺寸：270*130*220(mm)
FYF30矿用本安型无线发射器
技术特点
采用12V电池供电,功耗低,脉冲发送方式,待机状态不耗电,电池使用寿命长（1年）,四个发射编码、八个三态地址编码,内置印刷天线,体积小,安装方便。
技术参数
工作电压：AC127V
供电电压：12V（内置电池）
工作电流：≤7mA（瞬间）
输出信号：无线电编码（4路）
无线电波坑透仪是我国同类型产品中性价比最优秀,安全系数较高,产品质量最为稳定可靠,且技术含量较高的无线电波坑透仪，同时可为用户提供无线电波坑透仪方面各种问题的解决方案.
利用电磁波在介质中的传播特性，探查矿井煤层地质目标的仪器。由智能无线电波坑透仪，分析软件、计算机和彩色喷墨打印机等组成。根据中频无线电波在非均匀介质中传播，不同介质对电磁波的不同吸收性的原理来判断该介质中有无异常地质构造。
性能特点：
* 探测准确度高，可靠性好。
* 性能稳定，重量轻。
* 操作简单，便于维护。
* 对井下电缆等导体具有良好的抗干扰能力。
适用范围：
无线电波坑透仪适用于探测矿井回采工作面或钻孔之间的地质构造，如断层、陷落柱、火成岩、煤层厚度变化、瓦斯富集区和突水构造等。可大大减少钻探工程量和费用。此外还可用于探测矿井煤与瓦斯突出区域的地质构造，查找金属矿中的盲矿体等。
ZWS-I型瓦斯q值无线测定仪是在国外同类产品的基础上，消化吸收，创新开发，精心研制的新技术产品。并获得了河南省科学技术成果，填补了国内空白，给治理瓦斯灾害增添了新的手段，取得了计量器具生产许可证，国家煤矿安全标志办公室颁发的MA标志证书。它具有结构紧凑，轻便安全，操作简单，使用方便，性能稳定，测试迅速准确，读数直观可靠等优点。为煤层采掘工作面突出危险性预测工作提供了一种便携快速测试仪器，可供煤矿防突部门，煤炭科研单位等使用，也可用于煤层抽放钻孔瓦斯涌出量等参数的测定工作。
性能特征
ZWS-I型瓦斯q值测定仪具有结构紧凑，轻便安全，操作简单，使用方便，性能稳定，测试迅速准确，读数直观可靠等优点，适合煤矿现场操作使用，在突出矿井有推广应用价值。
ZWS-I型瓦斯q值测定仪主要用于煤矿采掘工作面直接测定煤煤层钻孔瓦斯涌出初速度，预测煤层工作面的瓦斯突出危险性。ZWS-I型瓦斯q值测定仪，为煤层采掘工作面突出危险性预测工作提供了一种便携快速测试仪器。可供煤矿防灾部门，煤炭科研单位等使用，也可用于煤层抽放钻孔瓦斯涌出量等参数的测定工作。能在有甲烷爆炸气体的危险场所使用。
ZWS-I型瓦斯q值测定仪由煤尘过滤器、外壳、面板和肩带组成。在面板上装有流量显示器、进气管咀和换挡流量计，借助于软管和快速密封接头将它们连接。瓦斯由进气管咀经过软管进入到流量显示器和换档流量计中，由于换档流量计的节流作用，密封室内瓦斯压力升高，推动流量显示器指针摆动，从而测定煤层钻孔瓦斯涌出初速度。
ZWS-I型瓦斯q值测定仪是一种节流式差压流量计，按流量计原理工作。钻孔在煤层中形成后，由于钻孔周围破碎区和塑性区的形成，煤层透气性提高，瓦斯向钻孔中涌出。在钻孔密封后的初始时刻，密封室内的自由甲烷压力与煤层中甲烷压力相比较小，但由于甲烷压力梯度的存在，瓦斯向密封室流动，结果在密封室内甲烷压力升高，与外部形成压差，通过仪器对甲烷涌出量进行测试。
技术参数
测量范围：0.5?30L/min
精度等级：环境温度20±10℃时，10%~90%时为±2.5%，10%以下和90%以上为±4%。
重量：0.97kg
外形尺寸：155×100×125mm
使用环境条件：-25?55℃，相对湿度≤85%
煤层气数字化建设中:
(1)控制器可选择：北京安控公司的Super32-L308无线电量模块，可实现对三相电压、三相电流和对抽油机的启停控制以及状态采集。模块具备6路AI、4路DI、4路DO通道。在通信接口方面，具备1个RS232接口、1个RS485接口，内置了高性能的Zigbee通信芯片，并配套提供2.4G高增益天线。
Super32-L308无线电量模块采用先进的32位处理器，不仅能完成逻辑运算、定时、计数控制，还能实现数据处理、通讯联网等功能。与同类RTU相比，具有更大的存储容量，更强的计算功能，更简便的编程与开发能力；强大的通讯组网能力和卓越的环境指标特性，能够适应各种恶劣工况环境。通过无线通讯协议与计量间无线数据采集器进行数据通讯。
（2）无线压力变送器:无线压力变送器选用的是北京安控公司的SZ903D产品，实时监测油压、油套的压力和注水井注水压力。SZ903D无线压力传感器，就地显示配置液晶显示器；采用防H2S腐蚀设计；适用于各种恶劣的使用环境；具有功能强、可靠性高、应用灵活、操作方便等特点。通过无线通讯协议与计量间进行数据通讯。
(3)无线网关:在无线网管的选择上可以选择北京安控公司的SZ932无线网关产品。该设备具有1个Zigbee无线接口、1个RS485接口、1个RS232接口、1个TCP/IP网络接口，因此可以广泛用于以下场合：
（1）实现第三方产品的协议转换；
（2）实现有线通信和无线通信之间的转换。
（3）作为网关设备，将有线RS232/RS485或者无线通信转换为网络数据传输；
（4）无线载荷位移传感器：无线载荷位移传感器的选择方面可以选择北京安控公司的SZ902N型号无线载荷位移传感器，可自动测量功图和自动测量冲次，实现对有杆泵示功图的采集。示功图数据以Zigbee无线通信方式，传输到井口无线电量模块和计量站无线数据采集器通信主站。
SZ902N型号无线载荷位移传感器，设备简单，只有一个与传统载荷传感器相似的终端组成；安装方便，与传统的载荷传感器安装方法相同，但是免去了有线仪表电缆敷设的施工量，安装简化快捷；运行稳定，使用电池供电，可消除外界电网干扰；安全防盗，示功仪与卡锁一起上下运动，不易被人为破坏；技术先进，可设置多个频点，避免同频干扰；方法新颖，利用加速度传感器获取位移量；绿色产品，利用太阳能充电安全环保。通过无线通讯协议与计量间进行数据通讯。
在煤层气的开采过程中主要通过地面钻井开采，并通过类似于油田磕头机的设备将煤层上方的水抽取出来，这样煤层的压力就减少了，赋存在煤层中的天然气就释放出来。所以对煤层气的井口设备监控也类似于抽油机井，主要用到的设备有以下几种：
（1）负荷、示功图采集：
可以采用SZ901无线功图传感器或SZ907无线角位移传感器。SZ901无线功图传感器安装于抽油机的井口，用于采集抽油井的载荷及位移数据。并把数据送给RTU，以便于RTU绘制功图。SZ901采用电池供电。
1）就地显示配置液晶显示器
2）防H2S腐蚀设计
3）适用于各种恶劣的使用环境
记得偶上学那阵，每次放假回家或回校坐在长途车上看到外面的磕头机在工作还能够是不是的看到大锅盖，在学校里听到采油钻井专业的师哥们说现在的油田无线传输是主流，一个个的大锅盖就是例子。那时候大锅盖无线传输是主流。
现在毕业上班十多年了听说无线传输应用并没有大量的应用，呵呵听说又变回有线的光纤传输了，嘻嘻，变来变去有时候并不仅仅是技术的问题，有时候也是采购施工部门的原因，因为一个产品应用后不出现的问题，不改造改造怎么会有工程和发展呢。
无线传输呵呵，有时候也不是全天候的特别在雷暴天气和太阳耀斑活跃的时候还有时不时的来点例假，再者被别有用心的人容易窃取，所以要换成新型的光纤传输。
在我油气田井站自动化系统的建设中，井口相关部分选用了安控科技股份有限的采集和控制设备。这些设备均支持ZigBee通信技术。ZigBee通信技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。ZigBee技术是基于IEEE802.15.4物理层、MAC层和数据连接层上制定出的标准，具有高可靠、高性价比、低功耗的网络应用规格。
电潜泵井的数据采集设备，选用的是安控的Super32-L308无线电量模块，可实现对三相电压、三相电流和对抽油机的启停控制以及状态采集。模块具备6AI、4DI、4DO通道。在通信接口方面，具备1个RS232接口、1个RS485接口，内置了高性能的Zigbee通信芯片，并配套提供2.4G高增益天线。
Super32-L308无线电量模块采用先进的32位处理器，不仅能完成逻辑运算、定时、计数控制，还能实现数据处理、通讯联网等功能。与同类RTU相比，具有更大的存储容量，更强的计算功能，更简便的编程与开发能力；强大的通讯组网能力和卓越的指标特性，能够适应各种恶劣工况。通过无线通讯协议与计量间无线数据采集器进行数据通讯。
每个计量站下辖的井口，一般分布在以计量站为中心、半径1公里以内，相对比较集中。采用短距离无线技术可以节省成本同时也降低了施工强度。采用ZigBee无线技术，应用在现场无线仪表和无线RTU与计量站无线数据采集器之间的通讯上。
无线技术采用的是ZigBee的无线网络协议，ZigBee是一种无线连接，可工作在2.14GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)915MHZ(美国流行)3个频段上，分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，它的传输距离在10-75m的范围内，但可以继续增加。
我油田（冀东油田下属）煤层气数字化建设中实时在监控方面，选用北京安控科技生产的无限仪表，实现对油井的远程示功图采集、电量采集和中控室远程启停控制，以及计量站的自动计量和站内无人值守；在生产管理方面，通过示功图对工况进行诊断分析，通过电量数据掌握耗电情况和采取节能措施，通过功图计产、计量站量油和含水率分析制定油井管理措施；在生产信息方面，在各个中控室设置数据库服务器和WEB发布服务器，实现油田生产信息在油田范围内的信息共享。具体如下：
1）计量站无线采集器SZ932实现了两级通信方式：每个计量站下辖的现场无线仪表和无线控制器的数据，首先要传输到计量站无线数据采集器主站，然后再经网关集中批量地传输到上位机系统。
两级通信方式的优点：将井口无线仪表和设备，首先以计量站为单元，分别独立地进行数据采集，提高了采集效率，缩短了轮训周期；而作业区监控中心则只需与计量站无线数据采集器通信，而不必直接面对现场数以千计、输出接口各异的设备（仪表、电量采集单元、变频器等），降低了中控室上位软件的工作负荷和软件复杂性。
2）中控室数据采集与监视控制系统（SCADA）系统，主要实现流程监控、功图分析、生产曲线、报表生成、操作日志和报警等功能。有着信息完整、提高工作效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势。提高了油田油井系统运行可靠性、安全性与经济效益，减轻了调度员的负担，实现了油田调度自动化与现代化，在提高调度人员的工作效率和操作水平方面有着不可替代的作用。
3）井站自动化系统的建设中，井口相关部分选用了北京安控科技股份有限公司的采集和控制设备。这些设备均支持ZigBee通信技术。ZigBee通信技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。ZigBee技术是基于IEEE802.15.4物理层、MAC层和数据连接层上制定出的标准，具有高可靠、高性价比、低功耗的网络应用规格。
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