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摘要：为了提高油田生产的自动化程度，保障安全，降低运行成本，设计出一套油田注汽锅炉远程集中监控系统。该系统利用GPRS技术实现监控信息的远程传输和集中监控处理。在注汽锅炉现场，电信号通过GPRS网络传输到监控中心，同时根据接收的信号对设备进行控制；在监控中心，将接收的信号传输至中心监控系统中处理，同时把控制信号通过GPRS网络传输至现场。该系统实施后，实现了注汽锅炉无人值守，节约了运行成本，提高了油田生产的安全性，使油田生产综合效益明显提高。
关键词：数字油田；油田自动化；GPRS；集中监控；数据传输
1 引言
随着国际能源需求的攀升和我国石油工业的发展，油气田生产过程自动化程度也在不断地提升。自动化工程的范围也在向油气生产全过程延伸，同时也不断由油气田生产过程控制向油气田生产管理和经营管理延伸。数字油田是新疆油田公司发展目标之一，是近几年建设的重点，目前正由油田数字化向油田智能化管理迈进。
本文介绍了GPRS技术在风城油田重32井区21台注汽锅炉远程集中监控中的应用，具有一定的代表性，可按该系统方案应用于相关领域。
2 现状分析
风城油田重32井区是新疆油田公司重点产能建设特稠油区块。位于准噶尔盆地西北边缘，距克拉玛依约110公里左右，距乌尔禾城区约10公里左右，属沙丘戈壁区域，风沙比较大，全年温差大。现有特稠油联合站1座、接转站10座、SAGD先导实验区（13口观察井、4口生产井、4口注汽井、2套等干度分配设备）中控室1座。目前有21台注汽锅炉为该区块单井注汽，分布在不同区域且有些是移动锅炉。所有锅炉已利用AB PLC实现自动控制，系统运行状态和设置通过现场与PLC相连的触摸屏实现监测与设置，每台的控制系统仅在现场独立运行，各注汽锅炉之间及对外无数据传输通道，重32井区中心监控室监控系统未建立，特稠油联合站有油网接口。
现场锅炉的数据仅为实时数据，没有记录或存储历史数据，没有在本地实现计算机监控，也没有实现集中监控。
重32井区已投入正常运行生产，为了提高油田生产的安全性、稳定性和可追溯性，便于集中管理、提高效率和适应数字化、智能化油田的要求，要对该井区注汽锅炉的控制系统进行数据采集、远程传输、远程集中监控、远程历史数据存储。同时要考虑注汽锅炉的分散性、移动性，需组建一套完整、高效、实时、稳定的远程集中监控系统。
3 GPRS技术
GPRS即“通用分组无线业务”（General Packet Radio Service的英文简称），是一种基于现有GSM系统的无线分组数据传输技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。相对于原来GSM以拨号接入的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有“永远在线”、“自如切换”、“高速传输”等优点，它能全面提升移动数据通信服务能力，使服务更丰富、功能更强大，给人们生活和工作带来更多便捷与实惠。
通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上。它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往的电路交换方式不同，是以封包（Packet）方式来传输的，并非使用其整个电路，理论上较为便宜。
GPRS的技术优势：
(1)高速数据传输。目前GPRS可支持56Kbps的峰值传输速率，理论峰值传输可达115Kbps。GPRS最高理论传输速度为171.2kbps。
(2)永远在线，接入时间短。由于建立新的连接几乎无需任何时间(即无需为每次数据的访问建立呼叫连接)，因而随时都可与网络保持联系。
(3)按数据流量计费，相对低廉。即根据您传输的数据量来计费，而不是按上网时间计费，也就是说，只要不进行数据传输，哪怕您一直“在线”，也无需付费。
(4)数据实现分组发送和接收，采用包交换技术，把电信网络和计算机网络有机地连接在一起，符合未来的全IP网络平台发展的要求。
GPRS的业务优势：
(1)广域覆盖。基本上在手机可以打电话的地方都可以通过GPRS无线上网。
(2)永远在线。只要激活GPRS应用后，将一直保持在线，类似于无线专线网络服务。
(3)按量计费。GPRS服务虽然保持一直在线，但不必担心费用问题，因为只有产生通信流量时才计费。
(4)高速传输。速度10倍于GSM，可满足一般的需求，还可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件。
(5)移动性强。无线网络方式决定了GPRS的移动性非常强。
(6)接入方便。只需申请一张SIM卡，再配上相应的GPRS收发设备即可使用。
(7)安全稳定、免维护。系统网络为电信运营商的电信级网络，运营商负责专业维护，用户无需维护。
(8)业务丰富。丰富多彩的业务应用涉及人们生活的各个领域。如：移动互联网、移动办公、移动商务、移动信息服务、多媒体业务、工业数据传输等。
4 系统设计
4.1系统目标
(1)实现注汽锅炉运行数据的采集和传输；
(2)实现注汽锅炉运行状态的计算机实时远程监控；
(3)实现注汽锅炉运行历史数据的远程自动存储。
4.2系统描述
本方案是基于监控中心的远程集中监控。每个注汽锅炉配备1台数据通信设备。该数据通信设备硬件上通过RS485或以太口和锅炉的PLC对应的接口相连接，软件上设为Client或Server模式，通过一定的通信方式和远程监控中心的监控操作站进行数据通信，监控操作站设为Server或Client模式。在远程监控中心监控操作站上进行组态软件的组态、显示实时数据，同时把历史数据按统一的格式存储。
目前可采用的通信方式有GPRS、3G、短信、电台、网桥、光纤等。
根据现场实际勘察和与用户沟通以及风城的实际情况，经组织相关技术人员分析与研究提出了三套数据通信方式：一套为基于光纤的有线方式，一套为基于网桥的无线方式，一套为基于GPRS的无线方式。
光纤方式优点：工作稳定，受外界干扰比较小，特别是电磁干扰、气候环境干扰；数据带宽大，采用星型连接，每站都可以达到百兆；一次性投资，后期无租用费；使用周期长，地埋光缆最低可使用20年；可扩展性大，采用标准的快速以太网接口，便于其他设备接入；维护量小，由于地埋，几乎不需要维护。
光纤方式缺点：施工工作量大，要挖沟添沟、熔接光纤；施工成本高，施工工序多，人工费高；对现场施工环境要求高，开挖沟，作业面大；容易受人为施工破坏，其他施工作业容易挖段光缆；一次性投入大，重合利用性弱，后期有维护费用。
无线网桥方式优点：施工工作量小，不需布线和挖沟；施工成本低，施工工序少，成本低；对现场施工环境要求低，不需大面积作业；不容易受人为施工破坏。
无线网桥方式缺点：受外界干扰比较大，特别是电磁干扰；数据带宽相对较小(与光纤相比)，无线工作带宽为11M、22M、54M，中继段共享带宽；有频率占用费，频率功率大，无委会要收费用；可扩展性相对较弱，无线接入标准多，信号差异大；容易受风沙影响，主要是对天线和室外设备；维护量大，天线容易被风吹变方向；一次性投入大，重合利用性弱，后期有维护费用。
无线GPRS方式除了具有无线网桥方式的优点外，还具有一次性投入小，重合利用性强，接入方便，建设周期短，后期无需维护且无维护费用等优点。
通过对以上三种方式的分析比较，结合现场实际环境，选择采用通过运营商的GPRS方式进行数据传输。
本系统在移动运营商处申请独立的APN，采用192.168.*.*的私有IP地址进行内部网络通信、独立组网，提高了网络的安全性，同时节约了油网或互联网的IP资源。
4.3系统拓扑图
4.4系统主要配置及设备选型
设备选型要选择适合油田环境的电信级的通信产品，软件选用跟油田应用相兼容的和常用的熟悉软件。数据通信终端选用电信级的Galaxy H7922-RGM2和Galaxy H7030，支持近端和远端网络管理。监控站选用Dell VOSTRO 200。通信软件选用AB的RSlinx，组态软件选用Kingview6.53。历史数据库管理软件选用Oracle，便于和油田公司基础数据库对接。
主要设备和软件配置
4.5主要功能
实现和注汽锅炉现场控制系统实时数据通信，便于数据实时传输、监测与处理；
实现在监控中心对现场运行情况实时监测的功能，便于集中管理和监测，提高了系统的安全性，节约了人力、物力；
具有在监控中心对注汽锅炉的远程控制功能；
实现在监控中心对21台注汽锅炉实时数据的集中采集后存储的功能，按标准格式统一存入历史数据库中，便于对运行情况进行分析和故障原因的追溯；
实现21台注汽锅炉生产数据的远传功能，生产数据可根据油田公司的要求实时传入油田公司的数据中心和作业区生产数据库服务器，便于管理层随时对生产情况的分析、决策；
实现三级监控的功能，提高了生产的安全性；
预留后期数据扩展接口，便于以后新的数据的接入；
实现一低三高一小功能，即系统一次性投入较低，资源可重合利用率高，安全性高，稳定性高，日常运行维护量小。
5 结束语
远程集中控制是油田生产智能化和油田物联网未来发展的重要趋势。从本系统在重32井区实施后的情况看，达到了预期效果，解决了人工现场监控带来的诸多弊端，节约了企业的人力、物力、财力，提高现场生产的安全性、集中可监控性、可管理性。GPRS技术在油田注汽锅炉远程集中监控系统中的应用，为油田生产远程集中监控提供了一种油田远程移动数据通信的建设思路，具有一定的推广应用价值。
参考文献
[1]陈新发,曾颖,李清辉.数字油田建设与实践.北京：石油工业出版社，2008.
[2]王树青.工业过程控制工程[M].北京：化学工业出版社，2003.
[3]韦继明.远程自动量油系统在油田的应用[J].石油化工自动化,2009,45(4):71-73.
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作者简介：于玉珠(1973-)，男，硕士，江苏泗阳人，研究方向：油田智能化与信息通信。
关键词：数字油田；油田自动化；GPRS；集中监控；数据传输
1 引言
随着国际能源需求的攀升和我国石油工业的发展，油气田生产过程自动化程度也在不断地提升。自动化工程的范围也在向油气生产全过程延伸，同时也不断由油气田生产过程控制向油气田生产管理和经营管理延伸。数字油田是新疆油田公司发展目标之一，是近几年建设的重点，目前正由油田数字化向油田智能化管理迈进。
本文介绍了GPRS技术在风城油田重32井区21台注汽锅炉远程集中监控中的应用，具有一定的代表性，可按该系统方案应用于相关领域。
2 现状分析
风城油田重32井区是新疆油田公司重点产能建设特稠油区块。位于准噶尔盆地西北边缘，距克拉玛依约110公里左右，距乌尔禾城区约10公里左右，属沙丘戈壁区域，风沙比较大，全年温差大。现有特稠油联合站1座、接转站10座、SAGD先导实验区（13口观察井、4口生产井、4口注汽井、2套等干度分配设备）中控室1座。目前有21台注汽锅炉为该区块单井注汽，分布在不同区域且有些是移动锅炉。所有锅炉已利用AB PLC实现自动控制，系统运行状态和设置通过现场与PLC相连的触摸屏实现监测与设置，每台的控制系统仅在现场独立运行，各注汽锅炉之间及对外无数据传输通道，重32井区中心监控室监控系统未建立，特稠油联合站有油网接口。
现场锅炉的数据仅为实时数据，没有记录或存储历史数据，没有在本地实现计算机监控，也没有实现集中监控。
重32井区已投入正常运行生产，为了提高油田生产的安全性、稳定性和可追溯性，便于集中管理、提高效率和适应数字化、智能化油田的要求，要对该井区注汽锅炉的控制系统进行数据采集、远程传输、远程集中监控、远程历史数据存储。同时要考虑注汽锅炉的分散性、移动性，需组建一套完整、高效、实时、稳定的远程集中监控系统。
3 GPRS技术
GPRS即“通用分组无线业务”（General Packet Radio Service的英文简称），是一种基于现有GSM系统的无线分组数据传输技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。相对于原来GSM以拨号接入的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有“永远在线”、“自如切换”、“高速传输”等优点，它能全面提升移动数据通信服务能力，使服务更丰富、功能更强大，给人们生活和工作带来更多便捷与实惠。
通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上。它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往的电路交换方式不同，是以封包（Packet）方式来传输的，并非使用其整个电路，理论上较为便宜。
GPRS的技术优势：
(1)高速数据传输。目前GPRS可支持56Kbps的峰值传输速率，理论峰值传输可达115Kbps。GPRS最高理论传输速度为171.2kbps。
(2)永远在线，接入时间短。由于建立新的连接几乎无需任何时间(即无需为每次数据的访问建立呼叫连接)，因而随时都可与网络保持联系。
(3)按数据流量计费，相对低廉。即根据您传输的数据量来计费，而不是按上网时间计费，也就是说，只要不进行数据传输，哪怕您一直“在线”，也无需付费。
(4)数据实现分组发送和接收，采用包交换技术，把电信网络和计算机网络有机地连接在一起，符合未来的全IP网络平台发展的要求。
GPRS的业务优势：
(1)广域覆盖。基本上在手机可以打电话的地方都可以通过GPRS无线上网。
(2)永远在线。只要激活GPRS应用后，将一直保持在线，类似于无线专线网络服务。
(3)按量计费。GPRS服务虽然保持一直在线，但不必担心费用问题，因为只有产生通信流量时才计费。
(4)高速传输。速度10倍于GSM，可满足一般的需求，还可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件。
(5)移动性强。无线网络方式决定了GPRS的移动性非常强。
(6)接入方便。只需申请一张SIM卡，再配上相应的GPRS收发设备即可使用。
(7)安全稳定、免维护。系统网络为电信运营商的电信级网络，运营商负责专业维护，用户无需维护。
(8)业务丰富。丰富多彩的业务应用涉及人们生活的各个领域。如：移动互联网、移动办公、移动商务、移动信息服务、多媒体业务、工业数据传输等。
4 系统设计
4.1系统目标
(1)实现注汽锅炉运行数据的采集和传输；
(2)实现注汽锅炉运行状态的计算机实时远程监控；
(3)实现注汽锅炉运行历史数据的远程自动存储。
4.2系统描述
本方案是基于监控中心的远程集中监控。每个注汽锅炉配备1台数据通信设备。该数据通信设备硬件上通过RS485或以太口和锅炉的PLC对应的接口相连接，软件上设为Client或Server模式，通过一定的通信方式和远程监控中心的监控操作站进行数据通信，监控操作站设为Server或Client模式。在远程监控中心监控操作站上进行组态软件的组态、显示实时数据，同时把历史数据按统一的格式存储。
目前可采用的通信方式有GPRS、3G、短信、电台、网桥、光纤等。
根据现场实际勘察和与用户沟通以及风城的实际情况，经组织相关技术人员分析与研究提出了三套数据通信方式：一套为基于光纤的有线方式，一套为基于网桥的无线方式，一套为基于GPRS的无线方式。
光纤方式优点：工作稳定，受外界干扰比较小，特别是电磁干扰、气候环境干扰；数据带宽大，采用星型连接，每站都可以达到百兆；一次性投资，后期无租用费；使用周期长，地埋光缆最低可使用20年；可扩展性大，采用标准的快速以太网接口，便于其他设备接入；维护量小，由于地埋，几乎不需要维护。
光纤方式缺点：施工工作量大，要挖沟添沟、熔接光纤；施工成本高，施工工序多，人工费高；对现场施工环境要求高，开挖沟，作业面大；容易受人为施工破坏，其他施工作业容易挖段光缆；一次性投入大，重合利用性弱，后期有维护费用。
无线网桥方式优点：施工工作量小，不需布线和挖沟；施工成本低，施工工序少，成本低；对现场施工环境要求低，不需大面积作业；不容易受人为施工破坏。
无线网桥方式缺点：受外界干扰比较大，特别是电磁干扰；数据带宽相对较小(与光纤相比)，无线工作带宽为11M、22M、54M，中继段共享带宽；有频率占用费，频率功率大，无委会要收费用；可扩展性相对较弱，无线接入标准多，信号差异大；容易受风沙影响，主要是对天线和室外设备；维护量大，天线容易被风吹变方向；一次性投入大，重合利用性弱，后期有维护费用。
无线GPRS方式除了具有无线网桥方式的优点外，还具有一次性投入小，重合利用性强，接入方便，建设周期短，后期无需维护且无维护费用等优点。
通过对以上三种方式的分析比较，结合现场实际环境，选择采用通过运营商的GPRS方式进行数据传输。
本系统在移动运营商处申请独立的APN，采用192.168.*.*的私有IP地址进行内部网络通信、独立组网，提高了网络的安全性，同时节约了油网或互联网的IP资源。
4.3系统拓扑图
4.4系统主要配置及设备选型
设备选型要选择适合油田环境的电信级的通信产品，软件选用跟油田应用相兼容的和常用的熟悉软件。数据通信终端选用电信级的Galaxy H7922-RGM2和Galaxy H7030，支持近端和远端网络管理。监控站选用Dell VOSTRO 200。通信软件选用AB的RSlinx，组态软件选用Kingview6.53。历史数据库管理软件选用Oracle，便于和油田公司基础数据库对接。
主要设备和软件配置
4.5主要功能
实现和注汽锅炉现场控制系统实时数据通信，便于数据实时传输、监测与处理；
实现在监控中心对现场运行情况实时监测的功能，便于集中管理和监测，提高了系统的安全性，节约了人力、物力；
具有在监控中心对注汽锅炉的远程控制功能；
实现在监控中心对21台注汽锅炉实时数据的集中采集后存储的功能，按标准格式统一存入历史数据库中，便于对运行情况进行分析和故障原因的追溯；
实现21台注汽锅炉生产数据的远传功能，生产数据可根据油田公司的要求实时传入油田公司的数据中心和作业区生产数据库服务器，便于管理层随时对生产情况的分析、决策；
实现三级监控的功能，提高了生产的安全性；
预留后期数据扩展接口，便于以后新的数据的接入；
实现一低三高一小功能，即系统一次性投入较低，资源可重合利用率高，安全性高，稳定性高，日常运行维护量小。
5 结束语
远程集中控制是油田生产智能化和油田物联网未来发展的重要趋势。从本系统在重32井区实施后的情况看，达到了预期效果，解决了人工现场监控带来的诸多弊端，节约了企业的人力、物力、财力，提高现场生产的安全性、集中可监控性、可管理性。GPRS技术在油田注汽锅炉远程集中监控系统中的应用，为油田生产远程集中监控提供了一种油田远程移动数据通信的建设思路，具有一定的推广应用价值。
参考文献
[1]陈新发,曾颖,李清辉.数字油田建设与实践.北京：石油工业出版社，2008.
[2]王树青.工业过程控制工程[M].北京：化学工业出版社，2003.
[3]韦继明.远程自动量油系统在油田的应用[J].石油化工自动化,2009,45(4):71-73.
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作者简介：于玉珠(1973-)，男，硕士，江苏泗阳人，研究方向：油田智能化与信息通信。