［摘 要］隨著(zhu)流量計技術的(de)日益(yi)成熟，國內大(da)型油氣(qi)生產集(ji)團(tuan)都在大(da)力開展油氣(qi)生產流量計系(xi)統(tong)的(de)建(jian)設(she)(she)，并且取得(de)顯著(zhu)的(de) 效果和良好的(de)經濟效益(yi)。 但同時也存在著(zhu)明顯的(de)問(wen)題(ti)，那就是流量計系(xi)統(tong)建(jian)設(she)(she)費用(yong)巨大(da)，成本高(gao)昂，如何降(jiang)低其(qi)(qi)建(jian)設(she)(she)成本具(ju)有重要的(de)意義。 本文從油田(tian)中數量最多的(de)抽油井出發，分析抽油機流量計系(xi)統(tong)系(xi)統(tong)結構(gou)，從減少傳(chuan)感(gan)器和采(cai)用(yong)適宜的(de)傳(chuan)輸技 術等方面(mian)，提(ti)出了降(jiang)低其(qi)(qi)流量計系(xi)統(tong)建(jian)設(she)(she)和維護成本的(de)方法。

    引 言
    流量計技(ji)(ji)術是近些年(nian)新興(xing)的(de)(de)(de)信息技(ji)(ji)術， 在油田的(de)(de)(de)生產(chan)管理 中起到(dao)了重(zhong)要的(de)(de)(de)作(zuo)用，提高了工作(zuo)效率(lv)，優(you)化了勞動組織結構， 減少了一線用工量，為油田生產(chan)的(de)(de)(de)精細化管理提供了手段(duan)，達到(dao) “增(zeng)產(chan)、增(zeng)效、不增(zeng)員(yuan)，節(jie)能、節(jie)約、降成本”的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。

    國(guo)內的大(da)型(xing)石油(you)公司高度(du)重(zhong)視油(you)氣(qi)生產流(liu)(liu)量計系統(tong)建設(she)(she)， 提出了要(yao)(yao)深入推(tui)進數(shu)字化(hua)、可視化(hua)、自動(dong)化(hua)、智能化(hua)發(fa)展(zhan)，實現(xian)生產運行從人工值(zhi)守向人機(ji)結合和(he)無人值(zhi)守轉(zhuan)變， 要(yao)(yao)實現(xian)這種轉(zhuan) 變，就需要(yao)(yao)建設(she)(she)流(liu)(liu)量計系統(tong)。 在大(da)型(xing)石油(you)司里，擁(yong)有眾多(duo)的油(you)氣(qi)田，各種油(you)水井數(shu)量巨大(da)，從幾(ji)萬(wan)口(kou)到幾(ji)十萬(wan)口(kou)，還(huan)擁(yong)有眾多(duo)的 配水間(jian)、轉(zhuan)油(you)站(zhan)和(he)油(you)氣(qi)處(chu)理站(zhan)等(deng)大(da)中小型(xing)站(zhan)場，整(zheng)個系統(tong)建設(she)(she)費用巨大(da)，動(dong)輒(zhe)需要(yao)(yao)數(shu)億元，甚至(zhi)幾(ji)十億元，后期(qi)的維(wei)護(hu)費用也非 常龐大(da)，如何降低(di)流(liu)(liu)量計系統(tong)的建設(she)(she)和(he)維(wei)護(hu)費用就非常有意義。

     經過統計，在油田的油井、氣井和水井中，電磁流量計包括稀油電磁流量計和稠油生(sheng)產(chan)井(jing)（也(ye)是電磁流量計(ji)），在油田的(de)總井(jing)數中 占了 80％以上，是油田的(de)生(sheng)產(chan)主力，其流量計(ji)系統(tong)的(de)建設費(fei)用在 整個費(fei)用占了很大的(de)比重(zhong)， 如何降低這三類(lei)井(jing)的(de)流量計(ji)建設成(cheng) 本成(cheng)為流量計(ji)系統(tong)建設研究的(de)重(zhong)要方向。

    1 電磁流量計系統構成
    主 要 組 成 單(dan) 元(yuan) ：遠 程 控 制 單(dan) 元(yuan) （RTU），載(zai) 荷 傳 感 器 （示 功 儀），油壓變(bian)送(song)(song)器，套壓變(bian)送(song)(song)器，溫度變(bian)送(song)(song)器，攝像(xiang)頭。 傳感器數據(ju) 傳輸有(you)兩種(zhong)方式：有(you)線或(huo)(huo)無線（ZigBee、4G、LoRaWAN 或(huo)(huo) BN－IOT等）。 如圖(tu) 1 所示。 數據(ju)上(shang)傳方式：有(you)線傳輸（光纜(lan)）或(huo)(huo)者無線傳輸（網橋、WIFI、4G、LoRaWAN 或(huo)(huo) BN－IOT 等）。

    主(zhu)要(yao)實現(xian)功能：遠程電(dian)(dian)子巡(xun)井(jing)，遠程操控實現(xian)不正常(chang)井(jing)及時發現(xian)，節(jie)能優化(hua)輔助判斷。 電(dian)(dian)磁流量(liang)計(ji)系(xi)統(tong)技術成(cheng)本主(zhu)要(yao)由傳(chuan)感器和數據上傳(chuan)網 絡兩部分部分構成(cheng)， 只(zhi)要(yao)能降低這兩部分的(de)(de)成(cheng)本就可以有效(xiao)地降低電(dian)(dian)磁流量(liang)計(ji)的(de)(de)流量(liang)計(ji)建(jian)設(she)成(cheng)本， 進而達到降低油氣(qi)生產物聯 網系(xi)統(tong)的(de)(de)建(jian)設(she)成(cheng)本。

    2 降低成本的方法分析
    2．1 數據上傳網絡選擇
    兩種方式：自建網絡和公用網絡（電信運營商網絡）。
    自建(jian)網絡(luo)(luo)：①國內油(you)田的(de)油(you)區有(you)(you)很多都位于沙漠、戈壁或高(gao) 原(yuan)，人煙稀(xi)少(shao)，沒(mei)有(you)(you)社會依托，只能(neng)自行(xing)(xing)建(jian)設。 ②電信(xin)運營(ying)商網絡(luo)(luo) 無(wu)法滿足(zu)油(you)區內大數(shu)量、高(gao)并(bing)發(fa)的(de)數(shu)據(ju)(ju)業務。 ③數(shu)據(ju)(ju)保密和(he)工(gong)業網絡(luo)(luo)安全的(de)需(xu)(xu)要。 自建(jian)網絡(luo)(luo)建(jian)設難度大，但(dan)可控性(xing)好，能(neng)夠滿足(zu)數(shu)據(ju)(ju)保密和(he)工(gong)業網絡(luo)(luo)安全的(de)需(xu)(xu)要，但(dan)建(jian)設成本高(gao)，運行(xing)(xing)和(he)維護(hu)成本高(gao)。

    電信(xin)運(yun)(yun)營商(shang)網(wang)絡(luo)(luo)(luo)：在有社會網(wang)絡(luo)(luo)(luo)環(huan)境依托條件下的(de)(de)油區，可 以采用。 租(zu)用運(yun)(yun)營商(shang)成(cheng)熟穩定覆蓋面廣的(de)(de)傳輸(shu)網(wang)絡(luo)(luo)(luo)，建(jian)設(she)(she)(she)資金中(zhong) 基本沒有網(wang)絡(luo)(luo)(luo)建(jian)設(she)(she)(she)費用， 油氣生產流(liu)量計建(jian)設(she)(she)(she)可以集中(zhong)在前端 采集方面，同時建(jian)設(she)(she)(she)難度隨(sui)之(zhi)降低，同時降低傳輸(shu)網(wang)絡(luo)(luo)(luo)運(yun)(yun)維(wei)(wei)費用 和維(wei)(wei)護人員數量。 在今后的(de)(de)流(liu)量計系統(tong)建(jian)設(she)(she)(she)中(zhong)，在保障安(an)全的(de)(de)基礎上(shang)，大量采 用電信(xin)運(yun)(yun)營商(shang)網(wang)絡(luo)(luo)(luo)是必然的(de)(de)趨勢。

    2．2 減少傳感器數量
    2．2．1 合理選擇采集參數
    隨著油(you)田(tian)(tian)開(kai)發階段不(bu)同，生產井(jing)的(de)(de)工況也不(bu)同，采(cai)(cai)集參(can)數(shu)選(xuan)擇(ze)也有(you)區別。 每個油(you)田(tian)(tian)按(an)照地質條件(jian)、區塊、開(kai)采(cai)(cai)方式合(he)理(li)選(xuan) 擇(ze)采(cai)(cai)集參(can)數(shu)，降(jiang)低傳感(gan)器(qi)數(shu)量，也就(jiu)降(jiang)低了建設成本(ben)，同時也降(jiang) 低了后期運行維(wei)護費用。 例(li)如，現在很多油(you)田(tian)(tian)都實現了井(jing)口常溫 輸送(song)，就(jiu)可以(yi)不(bu)采(cai)(cai)集井(jing)口的(de)(de)出液溫度，減少溫度傳感(gan)器(qi)。

     2．2．2 制(zhi)定(ding)合(he)理的(de)(de)采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji)周期(qi) 目前(qian)各個油(you)田前(qian)端采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji)數據(ju)(ju)的(de)(de)采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji)周期(qi)按(an)照生產要求和現場工(gong)況(kuang)制(zhi)定(ding)，通(tong)常設定(ding)為溫度和壓力每三分(fen)鐘采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji)一次(ci)(ci)，功圖數 據(ju)(ju)每 30 分(fen)鐘采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji)一次(ci)(ci)。 國(guo)內的(de)(de)油(you)田很多處于開發(fa)后期(qi)，含水很 高(gao)，但單井工(gong)況(kuang)很穩定(ding)，只(zhi)要仔(zi)細地研究和分(fen)析，完全(quan)可以進一 步優化(hua)采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji)周期(qi)，比如：溫度和壓力每 10 分(fen)鐘或(huo)者 15 分(fen)鐘采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji) 一次(ci)(ci)。 對于無(wu)線儀(yi)表(biao)(biao)來說，降低采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji)頻(pin)次(ci)(ci)意味著延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)的(de)(de)使用(yong) 壽命。 電(dian)池(chi)在流量(liang)計運維中占(zhan)有一定(ding)的(de)(de)工(gong)作量(liang)和更換(huan)費用(yong)，同 時，也(ye)影響現場數據(ju)(ju)采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji)，制(zhi)定(ding)合(he)理的(de)(de)采(cai)(cai)(cai)集(ji)(ji)頻(pin)次(ci)(ci)可以延(yan)長(chang)儀(yi)表(biao)(biao)的(de)(de) 在用(yong)時間(jian)，也(ye)避免重復(fu)提取數據(ju)(ju)。

    2．2．3 傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)集(ji)成(cheng)(cheng) 電(dian)參(can)模塊(kuai)＋抽油機啟停模塊(kuai)：將啟停模塊(kuai)和電(dian)參(can)模塊(kuai)進(jin)行集(ji) 成(cheng)(cheng)，在(zai)施工費、材(cai)料費減少的同時，也能(neng)(neng)滿足監控(kong)油井狀態。 溫(wen)(wen)(wen)度(du)＋壓力傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)：溫(wen)(wen)(wen)壓一體傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)，一個傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)實現兩個 傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的功(gong)能(neng)(neng)。 監控(kong)功(gong)能(neng)(neng)前移： 傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的高低限(xian)值通常是有(you)生產監控(kong)系統 實現，現在(zai)，也可以直(zhi)接(jie)在(zai)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的電(dian)路(lu)中實現，如：設(she)定(ding)溫(wen)(wen)(wen)度(du)的 上下(xia)限(xian)，溫(wen)(wen)(wen)度(du)波動在(zai)上下(xia)限(xian)內，就(jiu)不上傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)數據(ju)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)可以大大減少數據(ju)的上傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)，有(you)利于降(jiang)低無線(xian)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的功(gong)耗，延長電(dian)池(chi)的使 用壽命，從(cong)而降(jiang)低維護成(cheng)(cheng)本。這(zhe)樣(yang)的技(ji)術在(zai)單(dan)井的使用，實現了流量計(ji)系統的功(gong)能(neng)(neng)，減少 了傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的數量，明顯降(jiang)低了建設(she)成(cheng)(cheng)本。

    2．2．4 電(dian)工圖(tu)(tu)解算功圖(tu)(tu) 電(dian)參數(shu)作(zuo)為電(dian)磁(ci)流量計(ji)(ji)的(de)基本(ben)運行參數(shu)， 是數(shu)字化的(de)必裝傳(chuan) 感器(qi)，具(ju)有(you)采(cai)集成本(ben)低(di)、數(shu)據(ju)(ju)采(cai)集頻(pin)率高及數(shu)據(ju)(ju)穩(wen)定等特點。 采(cai) 用人工智能技術(shu)(shu)對海量的(de)電(dian)參數(shu)據(ju)(ju)進行深入(ru)分(fen)析(xi)和挖掘， 可以解算出(chu)電(dian)磁(ci)流量計(ji)(ji)的(de)示(shi)功圖(tu)(tu)，通過不斷的(de)學習，可以實現電(dian)參解算出(chu)的(de)示(shi)功圖(tu)(tu)精(jing)度，達到(dao)示(shi)功儀(yi)的(de)精(jing)度，滿足判(pan)斷電(dian)磁(ci)流量計(ji)(ji)泵(beng)工作(zuo)是否(fou)正常、判(pan)斷抽油(you)機是否(fou)平衡(heng)及工況診斷等生(sheng)產應用的(de)要求。 此項技術(shu)(shu)已經(jing)研(yan)究了(le)很(hen)多年，目前已經(jing)取(qu)得了(le)很(hen)大的(de)進展。 在油(you)田上目前已經(jing)開始試點， 此技術(shu)(shu)的(de)使(shi)用可以大量減(jian)少示(shi)功 儀(yi)的(de)安裝使(shi)用，能夠顯著降低(di)電(dian)磁(ci)流量計(ji)(ji)的(de)流量計(ji)(ji)建設(she)成本(ben)。

    2．2．5 網絡傳輸技術結合傳感器技術
    結合無(wu)線(xian)(xian)傳(chuan)感器技術和無(wu)線(xian)(xian)傳(chuan)輸技術， 傳(chuan)感器數據不經(jing)(jing)過RTU，直接透傳(chuan)到(dao)無(wu)線(xian)(xian)網關(guan)。 這(zhe)種方法就(jiu)取(qu)消了 RTU，是(shi)一個費 用較高的設(she)備，沒有了它，就(jiu)可以有效地降低電磁流量(liang)計的單(dan)井造 價。 這(zhe)種技術已經(jing)(jing)在油田得到(dao)了應用。 主要(yao)由兩(liang)種方式：NB－IOT和 LORAWAN 技術。NB－IOT 網絡由電信運營商負責(ze)建設(she)，具(ju)有如下特(te)點：

    （1）強鏈接：在同一(yi)基站的(de)情況下，NB－IOT 可(ke)以比現有無線技術(shu)提(ti)供(gong) 50－100 倍(bei)的(de)接入數。 一(yi)個扇區能(neng)夠支持 10 萬個連(lian)接， 支持低延時敏感度、低設備功耗和(he)優化的(de)網絡(luo)架構。

    （2）覆蓋(gai)(gai)廣。 NB－IOT 室內、地下室覆蓋(gai)(gai)能力(li)強，相比 LTE 提 升 20dB 增益，相當(dang)于提升了 100 倍覆蓋(gai)(gai)區(qu)域(yu)能力(li)。 不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)(yi)滿 足農村(cun)這(zhe)(zhe)樣的廣覆蓋(gai)(gai)需求，對于廠區(qu)、地下車庫、井(jing)蓋(gai)(gai)這(zhe)(zhe)類(lei)對深 度覆蓋(gai)(gai)有要求的應用同樣適(shi)用。 以(yi)(yi)井(jing)蓋(gai)(gai)監測(ce)為(wei)例，過去 GPRS 的 方(fang)(fang)式(shi)需要伸出一根天線(xian)，容易被來往車輛(liang)損壞，而 NB－I0T 只(zhi)要 部署得當(dang)，就(jiu)可(ke)以(yi)(yi)很(hen)好地解決(jue)這(zhe)(zhe)一難題。 眾(zhong)山科技在(zai)智能井(jing)蓋(gai)(gai)監 測(ce)方(fang)(fang)面為(wei)多個城市(shi)提供設備和解決(jue)方(fang)(fang)案。

    （3）低功耗。 低功耗特點是流量計應用一項重要指標要求， 特別是對于一些不能經常更換電池的設備及場合， 比如安置于 高山荒野偏遠地區中的各類傳感監測設備和電力電壓監測設 備，它們不可能像智能手機一天一充電，因此長達幾年的電池使 用壽命是最本質的需求。 NB－IOT 聚焦小數據量、小速率應用，因 此 NB－IOT 設備功耗可以做到非常小， 設備續航工作時間可以
從(cong)過去的幾個(ge)月(yue)大(da)幅提升到(dao)幾年。

    （4）低(di)成本(ben)。 NB－IOT 不需要重新建網，射頻(pin)和(he)(he)天線基本(ben)上都 是復用的。 以(yi)中(zhong)國移動為例子，900MHz 里面有一個比較(jiao)寬的頻(pin) 帶， 只需要清出來(lai)一部分 2G 的頻(pin)段， 就可以(yi)直(zhi)接進行 LTE 和(he)(he)NB－IOT 的同時(shi)部署。 低(di)速率(lv)、低(di)功(gong)耗、低(di)帶寬同樣給 NB－IOT 芯 片(pian)以(yi)及模塊帶來(lai)低(di)成本(ben)優勢。

    圖 2 是 NB－IOT 的結構圖， 從(cong)圖中看(kan)到相(xiang)對于傳統流量(liang)計(ji) 組(zu)網(wang)方式，網(wang)絡(luo)部署減少了(le)所(suo)有(you)中間(jian)環節(jie)，成本低、可靠性(xing)高(gao)，低 功耗保(bao)證了(le)電池(chi)使(shi)用壽命，運營(ying)商網(wang)絡(luo)支撐保(bao)證終(zhong)端實時在線。LoRaWAN 技術和網(wang)絡(luo)具有(you)和 NB－IOT 類似(si)的優點，不同之 處在于，國內主要(yao)由企(qi)業自己組(zu)網(wang)和維(wei)護。 其(qi)架(jia)構圖如圖 3 所(suo)示。

    相對于傳統(tong)流(liu)量(liang)計組網方(fang)式，減少了(le) RTU（CPE，基站(zhan)等），成(cheng)本低、可靠性高，低功耗保證了(le)電池使用壽命，有效(xiao)地(di)降(jiang)低了(le) 流(liu)量(liang)計系統(tong)的建設和(he)維護成(cheng)本。

    3 結 語
    綜合以上的(de)分析可以得出(chu)， 通過(guo)多種方法是(shi)可以有效(xiao)地(di)降低(di)電磁(ci)流量計系統(tong)建設成本， 并且在未來還有繼(ji)續改進的(de)余地(di)，隨(sui)著新的(de)傳輸技術和新的(de)傳感器技術的(de)發(fa)展和發(fa)明，還可以進一(yi)步(bu)降低(di)成本。