1. 系統實(shí)施背景

    對井下液位高度的測量和現場(chǎng)設備工作狀況的監測是測井工作的重要組成部分，通過(guò)對各種井下、井上工況參數的監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、排采監測、制止違規操作等方面發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用。測井監理工作“點(diǎn)多、面廣、量大”，而且具有“全方面、全天候、全時(shí)制”的特點(diǎn)。為徹底解決相關(guān)技術(shù)人員不足的問(wèn)題、節約成本、提高效能，必須采用自動(dòng)化、信息化、科學(xué)化的高科技手段，建設螺桿泵遠程自動(dòng)控制及監測系統，為測井工作的管理和安全提供技術(shù)支持！

    通過(guò)人工職守的方式來(lái)實(shí)現對井的監測，這種方式實(shí)現簡(jiǎn)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(shí)間，而且一個(gè)人同一時(shí)刻只能使一個(gè)排采井處于被監測狀態(tài)，因而很難對測井隊所轄區域內的所有排采井進(jìn)行整體上的管理。其次，實(shí)時(shí)性很差，無(wú)法在第一時(shí)間將所有超標情況反映給相關(guān)的部門(mén)。第三，被監測的井處于離線(xiàn)脫網(wǎng)狀態(tài)，監測數據如果由于人為原因很容易造成設備損壞將最終導致監測數據的丟失甚至無(wú)法第一時(shí)間掌握現場(chǎng)狀況。如何克服上述問(wèn)題，尋求一種智能化的數據監測和控制方式已經(jīng)成為現階段測井在線(xiàn)監測系統建設的迫切需要。

    2．系統簡(jiǎn)介

    螺桿泵遠程自動(dòng)控制及監測系統是由井下螺桿泵、地面驅動(dòng)裝置、變頻器、可編程遠程測控終端、傳感器、GPRS數據通訊網(wǎng)絡(luò )及上位機管理系統軟件等組成。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(diǎn)。該自動(dòng)化控制系統，可單獨用于其它排采泵型，便于更廣泛推廣應用。

    該系統應用在煤層氣排采井中，主要作用是需要監測井下水液位（通過(guò)井下壓力換算得出）、井口出水壓力和流量、井口排氣瞬時(shí)和累計流量、電機工作頻率、轉速、工作電壓、電流等參數。在螺桿泵使用變頻控制技術(shù)的基礎上，實(shí)現手動(dòng)控制方式和自動(dòng)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(guò)低導致的螺桿泵空抽現象，所以要求要根據液面的實(shí)際情況控制變頻器的輸出頻率從而達到控制電機轉速的目的。根據壓力傳感器（井口一個(gè)、井下一個(gè)）的壓差判斷地下液位?？刂埔何粸?0m-400m，即壓力傳感器體現壓力值0.2-4Mpa；要求液位在20m-400m范圍內可以通過(guò)壓力傳感器發(fā)出信號給地面控制器自動(dòng)控制變頻器輸出頻率，使電機達到合理轉速，實(shí)現無(wú)人看守自動(dòng)控制液面的目的。另外根據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定。并且一旦自控系統失效要通過(guò)某種方法切換到目前的人工手動(dòng)方式，不影響原有變頻控制系統正常工作。

    3. 系統組成結構

    圖1.在線(xiàn)監測系統結構圖

    4.2 全面控管

    同一時(shí)刻對所有排采井進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測，克服了人工方式下的各種弊端，實(shí)現了對排采井的全面、實(shí)時(shí)、網(wǎng)絡(luò )化的監測體系。如圖2 所示，只需觀(guān)察屏幕上各個(gè)排采井的圖標樣式或顏色即可了解所有排采井的設備運行情況；同時(shí)還可以通過(guò)表格和曲線(xiàn)瀏覽排采井排采的詳細監測數據（如圖3 所示）。這使得工作人員在同一個(gè)用戶(hù)界面即可將所有排采井所有的設備運行狀況、排量、水位、壓力等信息盡收眼底。

    4.3 實(shí)時(shí)在線(xiàn)

    基于GPRS 實(shí)時(shí)在線(xiàn)的特點(diǎn)，數據接入服務(wù)器和各個(gè)RTU保持實(shí)時(shí)在線(xiàn)連接。使總公司可以及時(shí)準確掌握各個(gè)排采井口的實(shí)際運行情況、流量的發(fā)展趨勢與動(dòng)態(tài)。如圖3 所示，無(wú)需任何撥號操作，即可實(shí)時(shí)察看所有排采井口的每間隔五分鐘（時(shí)間可設定）的變化情況。

    圖3. 實(shí)時(shí)報警與跟蹤

    4.4 實(shí)時(shí)報警

    實(shí)時(shí)報警可分為超標報警、故障報警和趨勢預警。人性化的報警和預警功能，可以提醒管理人員及時(shí)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、表格中數值的顏色、手機短信等8 種報警形式。

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

    超標報警：當井口排采量超過(guò)了預先設定的數值時(shí)，系統啟動(dòng)超標報警，相應的排采井圖標會(huì )不停的閃爍。如圖3 中石油煉廠(chǎng)的圖標描述的就是超標排采的情況。此外還可以通過(guò)短信方式，將超標排采的詳實(shí)數據通知相應的工作人員。

    趨勢預警：實(shí)時(shí)匯總各種井口的排采總量，及時(shí)、準確地掌握井口的動(dòng)態(tài)，對氣體和水的排采量發(fā)展趨勢過(guò)快的情況提前預警。

    故障報警：當RTU或在線(xiàn)監測儀表發(fā)生故障時(shí)，系統便會(huì )自動(dòng)發(fā)出故障報警信號。圖3 中石化熱電廠(chǎng)的圖標描述的就是發(fā)生故障報警的情況。

    4.5 數據安全性

    RTU將采集到的數據立即發(fā)送到數據接入服務(wù)器，并存入系統數據庫，杜絕了因數據采集終端發(fā)生故障而導致丟失監測數據的現象，充分保證了數據的安全性。

    并且，RTU也具備脫網(wǎng)運行的能力，當網(wǎng)絡(luò )或數據接入服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，首先系統會(huì )以聲光或短信報警的方式將報警信息通知系統管理員，它會(huì )將采集到的監測數據匯總然后作為“歷史數據”暫存到存儲器中，待系統恢復正常后，將緩存的數據傳送給數據接入服務(wù)器。

    數據安全性的另外一方面表現在，系統RTU的接入作了嚴格的身份認證，杜絕系統安全隱患。

    另外在數據傳輸和處理過(guò)程中采用校驗和加密算法保證數據的準確性和安全性。

    4.6 豐富的統計分析功能

    從多種角度和層面來(lái)統計分析監測數據，提供全面的報表和統計圖表?？梢园摧爡^、按時(shí)間、按排采井種類(lèi)等多種分類(lèi)方式，生成統計報表和統計圖表。    
                                           
    4.7 充分體現總量控制的原則

    具備核定排采井排采量發(fā)展趨勢的實(shí)時(shí)監控、以及排采總量的統計與分析等功能。充分體現總量控制的原則，為管理提供依據，為決策提供支持。 
 
    系統結構分為數據采集、數據傳輸和監控中心的管理三個(gè)部分。其主要功能描述如下：

    3.1 監測數據采集

    采集監測數據是系統的重要組成部分，是獲取原始監測數據的主要途徑。這部分功能的實(shí)現完全依靠GPRS 數據采集終端（以下簡(jiǎn)稱(chēng)”RTU”）。

    在現場(chǎng)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測現場(chǎng)的各種指標。RTU與傳感器和變頻器連接，并將監測儀表的測量數據進(jìn)行分析、匯總、存儲。

    3.2 數據傳輸

    數據傳輸部分是公司和排采井之間通訊的橋梁，它完成了監測數據的傳輸功能。通過(guò)GPRS 進(jìn)行數據通訊需要到中國移動(dòng)去辦理GPRS 數據業(yè)務(wù)。目前，GPRS 已經(jīng)在全國范圍內開(kāi)通，具體辦理細節以及相關(guān)資費標準請咨詢(xún)當地移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商。

    3.3 總公司監測

    只有將監測數據及時(shí)地傳送到監測中心，才能實(shí)現對排采井的實(shí)時(shí)監測。完成這部分功能的核心是“數據接入服務(wù)器”（或者服務(wù)器集群）。如圖1 所示，數據接入服務(wù)器安裝在總公司的局域網(wǎng)絡(luò )內部。

    數據接入服務(wù)器是指裝有遠程監測系統軟件的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器，其職責是與各個(gè)安裝在排采井現場(chǎng)的GPRS 數據采集終端進(jìn)行數據傳輸。（如接收各個(gè)GPRS數據采集終端上傳的監測數據；向指定的GPRS 數據采集終端發(fā)送采集控制指令等）
“數據接入服務(wù)器”接收的監測數據需要保存，完成數據存儲功能的核心是“數據庫服務(wù)器”。如圖1 所示，系統中配備有專(zhuān)用的數據庫服務(wù)器。

    為了提供遠程或者移動(dòng)訪(fǎng)問(wèn)的能力，系統還需要配備“WEB 服務(wù)器”。系統的三個(gè)主要組成部分“監測數據采集”，“數據傳輸”、“總公司監測”協(xié)同工作，建立起監控中心到各個(gè)排采井的網(wǎng)絡(luò )系統，實(shí)現在線(xiàn)監測功能。

    4. 系統特點(diǎn)

    4.1 統一的監測平臺

    系統在設計上采用統一的數據平臺，兼容絕大部分國產(chǎn)、進(jìn)口的在線(xiàn)監測儀表。另一方面系統涵蓋了在線(xiàn)監測的多種應用，包括水位在線(xiàn)監測；壓力在線(xiàn)監測；地下水或氣體流量監測；變頻監測；起停、報警監測等。下以環(huán)境監測系統軟件為例：