一种分采井地面集控系统及其远程控制方法

技术领域

本发明涉石油化工技术领域，特别涉及一种分采井地面集控系统。

背景技术

海上油田电潜泵采油井，为实时监测电潜泵的运行状态井下采油工艺管柱配合下入泵工况，并配备监测用泵工况仪；为快速调整电机频率充分发挥油井产能，井下电潜泵配备有变压器和变频控制柜；伴随智能分采工艺的应用，每口分采井地面设备还需增设一套地面控制器，使得分采井地面设备剧增，受平台空间的制约，不同设备布置在多个区域，设备管理难度和工作量加大，另一方面随着分采井远程实时监控的应用需求，如何科学、合理地对分采井地面设备和采集的数据进行集成化管理，如何实现远程多用户对分采井的实时监控，是智能分采工艺现场推广中需要解决的技术难题。为此，开展分采井地面实时数据采集系统及其远程监控方法的研究，构建一套分采物联网，将每口分采井作为一个测控单元节点，实现分采井地面设备的统一、集成化管理，有效解决多用户对分采井组实时监测和调控的应用需求，充分发挥分采井实时、大数据的技术优势，为注采方法优化调整、井下设备故障诊断及全生命周期管理提供技术支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分采井地面集控系统，其设有边缘端集控系统和远程监控云平台，能够实现多用户、并发式对平台端分采井远程实时监控、分层配产。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括：边缘端集控系统和远程监控云平台；所述边缘端集控系统包括；井下电潜泵变频控制系统，用于采集电潜泵运行参数，并调控井下电潜泵的运行状态；泵工况采集子系统，用于采集井下电潜泵处的工况数据；井下分采控制子系统，用于采集井下各分采层位的生产数据和设备运行数据，并根据分层配产量进行油嘴的开关调控；边缘端集控中心，用于实现平台端和远程陆地终端的二级调控；物联网子系统，用于组建平台边缘端局域网；所述远程监控云平台包括；云端服务器；Web监测端，用于对分采井的实时监测；Web调控端，用于下发调控指令；其中，所述远程监控云平台与所述边缘端集控系统可通过GPRS/微波/光纤网络连接。

优选的是，所述井下电潜泵变频控制系统包括井下电潜泵、地面变压器和变频控制柜。

优选的是，所述泵工况采集子系统包括井下泵工况和地面控制箱。

优选的是，所述井下分采控制子系统包括井下分采工作筒和地面集成式控制柜。

优选的是，所述边缘端集控中心包括边缘一体机和触摸屏控制器，触摸屏控制器作为第一级平台端的手动调控终端，边缘一体机作为第二级远程监控的自动调控终端。

优选的是，所述物联网子系统包括串口服务器和交换机，所述交换机的以太网口分别与井下电潜泵变频控制系统、泵工况采集子系统、井下分采控制子系统、边缘一体机、触摸屏控制器网线连接。

一种上述任一项所述的分采井地面集控系统的远程监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将井下电潜泵变频控制系统中变频控制柜的通讯端口与串口服务器的串行接口A采用RS485总线连接，并使用Modbus RTU协议进行通信；

S2、将泵工况采集子系统中地面控制箱的通讯端口与串口服务器的串行接口B采用RS485总线连接，并使用Modbus RTU协议进行通信；

S3、将井下分采控制子系统中地面集成式控制柜的通信端口与串口服务器的串行接口C采用RS485总线连接，并使用Modbus RTU协议进行通信；

S4、为串口服务器及其A、B、C三个串行接口设置IP地址和端口号；

S5、将所述串口服务器的以太网口与交换机采用网线连接，并使用Modbus TCP协议进行通信；

S6、重复S1到S5，每口井对应一个串口服务器，所有串口服务器的以太网口与所述交换机网线连接，加入构建的平台分采井组局域网；

S7、在所述边缘一体机内配置有双网卡，其中一个网卡与所述交换机连接，另一个网卡与网闸、防火墙连接并入办公网；

S8、在所述边缘一体机上运行实时数据采集软件，采用多线程技术通过ModbusTCP协议、并发式地与分采井组局域网内的所有分采井建立连接，采用问询的方式实时读取电潜泵的电压、三相电流、压力、温度、振动数据，及井下分采层位的流量、压力、温度等数据，将数据存入边缘一体机上的实时数据库；

S9、在远程实时监测时，云端服务器采用MQTT协议将边缘端的实时数据存入云端实时数据库，采用B/S模式陆地操作人员在Web监测端，访问云端实时数据库获取分采井的实时数据，实现远程对分采的实时监测；

S10、在远程调控时，采用B/S模式陆地操作人员在Web调控端，下发分采井的各项调控指令，采用MQTT协议经云端服务器转发至所述边缘一体机，所述边缘一体机根据调控指令完成电潜泵电压/频率等参数的调整、井下分采层位油嘴开度的调整、分层产量的调整，并将调整过程中的实时数据反馈至Web调控端，实现分采井的远程实时调控。

本发明的有益效果是：通过边缘端集控系统和远程监控云平台，对每口分采井作为一个测控节点分配一个IP地址，每个测控节点集成有井下电泵调控、泵工况监测、井下分采测调功能，测控节点间相互独立，实现多口分采井的并行监测和调控，满足多用户、并发式对分采井组远程实时监控、分层配产的应用需求。

附图说明

图1是本发明一种分采井地面集控系统的示意图；

图2是本发明的电气连线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-2所示，本发明的一种实现形式，为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括：

边缘端集控系统100和远程监控云平台200；所述边缘端集控系统包括；井下电潜泵变频控制系统110，用于采集电潜泵运行参数，并调控井下电潜泵的运行状态；泵工况采集子系统120，用于采集井下电潜泵处的工况数据；井下分采控制子系统130，用于采集井下各分采层位的生产数据和设备运行数据，并根据分层配产量进行油嘴的开关调控；边缘端集控中心140，用于实现平台端和远程陆地终端的二级调控；物联网子系统150，用于组建平台边缘端局域网；所述远程监控云平台200包括；云端服务器210；Web监测端220，用于对分采井的实时监测；Web调控端230，用于下发调控指令；其中，所述远程监控云平台与所述边缘端集控系统可通过GPRS/微波/光纤网络连接。

在另一个实施例中，所述井下电潜泵变频控制系统110包括井下电潜泵111、地面变压器112和变频控制柜113。

在另一个实施例中，所述泵工况采集子系统120包括井下泵工况121和地面控制箱122。

在另一个实施例中，所述井下分采控制子系统130包括井下分采工作筒131和地面集成式控制柜132。

在另一个实施例中，所述边缘端集控中心140包括边缘一体机141和触摸屏控制器142。

在另一个实施例中，所述物联网子系统150包括串口服务器151和交换机152，所述交换机152的以太网口分别与井下电潜泵变频控制系统110、泵工况采集子系统120、井下分采控制子系统130、边缘一体机141、触摸屏控制器142网线连接。

一种上述任一项所述的分采井地面集控系统的远程监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将所述井下电潜泵变频控制系统110中变频控制柜113的通讯端口与所述串口服务器151的串行接口A采用RS485总线连接，并使用Modbus RTU协议进行通信；

S2、将所述泵工况采集子系统120中地面控制箱122的通讯端口与所述串口服务器151的串行接口B采用RS485总线连接，并使用Modbus RTU协议进行通信；

S3、将所述井下分采控制子系统130中地面集成式控制柜132的通信端口与所述串口服务器151的串行接口C采用RS485总线连接，并使用Modbus RTU协议进行通信；

S4、为所述串口服务器151及其A、B、C三个串行接口设置IP地址和端口号；

S5、将所述串口服务器151的以太网口与所述交换机152采用网线连接，并使用Modbus TCP协议进行通信；

S6、重复S1到S5，每口井对应一个串口服务器151，所有串口服务器151的以太网口与所述交换机152网线连接，加入构建的平台分采井组局域网；

S7、在所述边缘一体机141内配置有双网卡，其中一个网卡与所述交换机152连接，另一个网卡与网闸、防火墙连接并入办公网；

S8、在所述边缘一体机141上运行实时数据采集软件，采用多线程技术通过ModbusTCP协议、并发式地与分采井组局域网内的所有分采井建立连接，采用问询的方式实时读取电潜泵的电压、三相电流、压力、温度、振动数据，及井下分采层位的流量、压力、温度等数据，将数据存入边缘一体机141上的实时数据库；

S9、远程实时监测时，云端服务器210采用MQTT协议将边缘端的实时数据存入云端实时数据库，采用B/S模式陆地操作人员在Web监测端220，访问云端实时数据库获取分采井的实时数据，实现远程对分采的实时监测；

S10、远程调控时，采用B/S模式陆地操作人员在Web调控端230，下发分采井的各项调控指令，采用MQTT协议经云端服务器转发至所述边缘一体机141，所述边缘一体机141根据调控指令完成电潜泵电压/频率等参数的调整、井下分采层位油嘴开度的调整、分层产量的调整，并将调整过程中的实时数据反馈至Web调控端230，实现分采井的远程实时调控。

在使用过程中，每口分采井对应一个串口服务器151，每个串口服务器151的A、B、C三个串行接口分别与变频控制柜113、地面控制箱122和地面集成式控制柜132电连接，然后为每个串口服务器151分配一个IP地址、为串口服务器151的A、B、C三个串行接口分别分配一个IP端口号。多口分采井通过串口服务器151接入由交换机构成的局域网，触摸屏控制器142作为第一级手动调控终端，用于海上平台分采井的监测与调控，边缘一体机141作为第二级自动调控终端与远程监控云平台200连接。分采井远程监控过程中，仅需Web监测端220和Web监控端230通过远程监控云平台200和边缘端集控系统100之间的网络向边缘一体机141发送控制指令，即可远程实时监测分采井的运行状况、快速实现电泵的调控、井下分采工具的油嘴开度调控等功能。

综上所述本发明一种分采井地面集控系统，通过边缘端集控系统110和远程监控云平台200，对每口分采井作为一个测控节点分配一个IP地址，每个测控节点集成有井下电泵调控、泵工况监测、井下分采测调功能，测控节点间相互独立，实现多口分采井的并行监测和调控，满足多用户、并发式对分采井组远程实时监控、分层配产的应用需求。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。