摘 要：本文首先介绍了江苏油田自动化生产信息发展历程，以及在大趋势下发展自动化生产的必要性。其后着重介绍了该油田以沙念油田为主的生产自动化的建设。文中主要介绍该油田在建设中采用的无线接力通讯网络技术，详细对无线传感器网络接力通讯技术进行了分析和研究，其中着重对示功图计量在油田生产中的运用作出了介绍。最后通过在现实生产中肯定了该系统的重要作用。
　　关键词：自动化 无线接力 示功图计量 通讯技术
　　一、前言
　　江苏油田试采一厂生产信息化建设起步于2002年，但由于江苏油田大部分是小断块零散油田，像陈堡整装油田这种以有线通讯方式为基础的生产信息化技术的推广和应用受到了极大的限制。从2004年起，着手开展了以远距离通讯为基础的生产信息化技术研究，特别是无线太阳能监测仪器和无线传感器网络的研究与试验，形成了一定的技术储备。为了完善该技术路线，2009年，一厂开展了沙埝油田油井生产信息无线监测与综合分析系统研究，重点对复杂地貌条件下的无线通讯技术的研究，通过三年的研究，建成了适合和符合江苏复杂小断块油田特点的沙埝油井生产信息无线监测与综合分析系统，实现了管理水平和油田开发效益的双提升。
　　二、系统总体结构
　　系统分为三层：
　　第一层：数据采集层，由无线示功仪、无线温压仪、无线电测仪装置组成，定时测取示功图、冲程、冲次、计算光杆功率、井口回压、井口油温、电流、电压、电功率、功率因素、计算电量、井口液量。
　　第二层：数据通讯层：利用目前无线传感器网络的接力通讯技术，构建适合江苏油田特殊和复杂地域环境的油井无线接力通讯网络。
　　第三层：综合分析管理系统：建立功图计量和诊断数学模型，特别是是对高油气比功图计量精度的修正，实现功图计量、诊断和报警，生成报表、生产效率分析计算等功能。并以WEB的形式远程共享数据。
　　三、系统主要研究内容
　　1.油井无线接力通讯网络技术
　　沙埝油田处于水乡，198口油水井散布在4个乡镇，井与井之间最远的距离达到1000米，井场附近基本是茂密的树木或村庄，树木大多数在二三十米之高，村庄的房屋也在10米左右。我们在充分分析沙埝现场油井实际地貌情况，油井数据的传输采用基于无线传感器网络接力通讯技术。
　　1.1无线传感器网络接力通讯技术
　　无线传感器网络由大量密集分布的传感器节点（太阳能或电池供电）通过自组织的方式形成网络，即无需有线或无线网络基础设施的支持，节点通过网络协议快速形成自主构建、自主组织和自主管理的通信网络。接力通讯的实现主要有以下两个步骤：一是用于选择簇头（汇聚）节点，二是用于路由选择。
　　第一步选择簇头节点：根据剩余能量大小从所有节点中选出若干簇头，用于数据转发、数据查询、数据融合。所有非簇头节点将自己的数据通过单跳或多跳发给所属簇的簇头节点。簇头产生之后，簇头广播当选的消息到周围节点，周围节点根据接收到的簇头广播信号的强弱决定加哪个簇。
　　第二步路由选择：完成分簇过程后，所有非簇頭节点处于监听状态，保存一个标号，初始化为零，并设置一个中转节点指针。簇头首先找到距离它最远的簇内节点，记为链首节点，向它发送链路建立信息，并将其标号赋值为1。然后寻找簇内距离它最近的节点，将链首节点的中转节点指针指向该节点，并向中转节点发送链路建立信息。收到链路建立信息的中转点将自己的标号赋值为2，并继续寻找自己的下一个中转点，转发链路建立信息。直到所有节点都建立链路，表明簇内中转链路建立过程的完成。
　　1.2油井无线接力通讯网络网络构建
　　无线传感器网络接力通讯技术存在以下不足：（1）簇头的产生具有极大的随机性，导致每个簇中节点数目分布不均匀，网络拓扑结构分布不均匀使得节点消耗能耗不一，可能大大减少了网络生存时间。（2）如果簇头相距控制室距离较远或簇中节点数目，必将造成簇头能量提前消耗死亡，簇头的轮流机制也导致网络结构不断变化，这就带来了网络不稳定性和信道占用的不均匀，影响通讯质量。（3）另外以距离来寻找下一接力通讯点也不适合沙埝油田的地貌状态，特别是由遮挡井的通讯。主要改进有以下三点：
　　1.2.1改动簇为静簇
　　沙埝油井相对集中在七个区域，为此整个网络划分为七个井群。井群内油井采用接力通讯，最终通过簇头（汇聚）节点利用无线宽带传输到控制室。
　　1.2.2改簇头随机为固定簇头
　　根据每个井群内油井的分布和地貌，通过GPRS确定井与井之间的距离，及井周边树木、建筑物的情况，并测试每口井通信信号的强弱的数据，确定固定簇头的最后位置。
　　1.2.3改接力通讯方式
　　1.2.3.1节点1首先找到信号最强的节点2，数据传送到节点2
　　1.2.3.2节点2寻找信号最强的节点3，把节点1和2的数据传送到节点3
　　1.2.3.3依次寻找，直到找到汇聚节点为止，完成一条通讯路径。
　　这样的条件设定保证了节点之间自主、有序，能量均衡地选择接力通讯途径，保证了通讯网络的稳定。
　　1.3现场应用效果
　　经过一年的运行，该网络具有以下优点：
　　1.3.1适应油井复杂地貌特点，网络有很强的自适应性
　　应用无线传感器网络接力通讯技术开发的油井监测仪器都具有自动路由、接力通讯的功能，可以自主选择最佳通讯路由。各个节点都可以成为数据中转节点，这样个别偏远的油井传感器节点就可以通过其相邻油井节点将数据逐级传输到中控室，节点接力通讯可达四级，可以将油井无线网络覆盖范围扩大到数公里甚至数十公里。
　　1.3.2适应油井动态开发的需要，网络有很好的拓扑性
　　并且监测仪器节点能自动注册到网络，做到类似计算机的即插即用功能，仪器的添加和删除十分方便。
　　2.油井示功图计量技术
　　2.1油井功图计量技术
　　项目开发的功图计量在现场的实现过程为：利用井口无线示功仪连续监测油井地面功图；再由传输设备将测取的地面功图传输到服务器；应用分析软件将地面功图、油井管杆泵等基础数据拟合出泵功图；通过泵功图特征识别技术分析来取得有效冲程、充满系数、泵漏失量等参数；计算油井产量。主要开展了以下几方面的研究工作：
　　一是抽油机井泵功图计算模型的建立。其物理模型是把抽油杆柱作为一根井下动态的传导线。其下端的泵作为发送器，上端的动力仪作为接收器。
　　二是凡尔开闭点位置的确定和计算模型。通过对抽油机井功图特征分析，功图特征识别计算，建立相应模型，来确定凡尔开闭点位置在功图中的位置，从而确定泵的充满程度。
　　三是产量的计算。连续测取油井24小时功图，计算出每一张功图对应油井的产液量，运用算数平均法求取全天的产量。
　　四、结论
　　沙埝油井生产信息无线监测与综合分析系统是针对油井无线传输技术、提高功图计量精度等油田生产中比较突出的问题开展的，通过三年的研究，成功解决了油井数据采集、存储、传输、处理等难题，建成了适合江苏复杂小断块油田特点的油井生产信息系统，特别适合水网区、泄洪区的油井生产监测和管理，将油井生产信息化建设由简单的监测模式推向智能化分析模式发展，提高了油田生产信息化管理系水平。
　　参考文献
　　李兴，汪祥林，束睿.功图计量技术在高油气比油田的应用研究[J].复杂油气藏，2011，04（3）.
　　作者简介：蒋俭（1987-）男，汉族，江苏扬州人，助理工程师，主要从事油田开发现场技术工作。