專利名稱：摻水伴熱控制系統(tǒng)及摻水伴熱控制方法
技術領域：
本發(fā)明 涉及自動控制技術，特別涉及一種摻水伴熱控制系統(tǒng)及摻水伴熱控制方法。
背景技術：
原油生產過程中，為了保證原油正常輸送到計量間、中轉站，常采用摻水伴熱技術，即將中轉站加熱爐出來的高溫水，通過摻水泵打到計量間(集油閥組間)，再分別輸送到各油井井口，使高溫水在井口與原油混合，以增加原油的溫度和流動力，目前油田普遍采油的環(huán)狀摻水流程和雙管摻水流程，都是通過摻水伴熱實現(xiàn)的集輸。雖然國家規(guī)范中規(guī)定了加熱爐出來的熱水溫度，但在實際的應用中，由于連接加熱爐的管線長度不同、所處環(huán)境不同，使得管線上流經(jīng)的熱水的壓力和熱量的損耗也不同， 因此，導致到達每口井的摻水溫度差別很大，從而影響與熱水混合的原油的溫度和流動力。 為了維持各油井的摻水溫度在預先設置的溫度范圍內，以使與熱水混合后的原油的溫度和流動力達到最佳狀態(tài)，需要依據(jù)回油溫度、回油壓力以及摻水壓力來精細控制摻水量的大小，通過控制摻水量的大小以實現(xiàn)控制回到計量間的原油的回油溫度，從而不會使得回油溫度過低，造成管線堵塞，構成生產事故；也不會使得回油溫度過高，浪費加熱用的燃氣、力口壓電泵的電能及浪費清水。如何能在保證安全生產的前提下，控制回到計量間的回油溫度在預先設置的溫度范圍內，從而以最節(jié)能的方式實現(xiàn)低溫原油集輸，是油田發(fā)展的目標和科學研究的方向。目前，通過摻水伴熱控制回油溫度主要采用人工巡檢的方式，但人工巡檢的方式存在如下技術問題1、巡檢方式反應速度慢、工作效率低巡檢工藝要求前線巡檢員每兩小時對現(xiàn)場巡檢一次，但如果在兩小時之內管線內的原油發(fā)生了溫度、壓力異常，前線巡檢員無法第一時間獲知該異常情況，只能等到下次巡檢時，才能發(fā)現(xiàn)該異常情況并進行問題處理，因而無法及時掌握單油井(單環(huán))生產動態(tài)信息，給生產安全帶來隱患。2、摻水量控制粗放、能耗大摻水量由前線巡檢員進行人工控制調整，由于調整周期較長，造成管理粗放，增大能源消耗。3、實際應用中，一個中轉站加熱爐加熱的高溫水負責幾十口甚至更多的油井摻水伴熱，而每名前線巡檢員負責幾口井，由于前線巡檢員擔心自己負責的油井溫度過低，經(jīng)常調大摻水量，這樣，一部分油井的摻水量調大后，導致中轉站加熱爐輸出的高溫水流量增大、壓力降低，而由于流量的增大，又將導致?lián)剿疁囟鹊慕档?，影響油井井口的溫度、壓力?造成管線內溫度、壓力的波動，導致更嚴重的后果。4、自動化改造難度大現(xiàn)有的計量間情況復雜，如果安裝有線溫度、壓力變送器測量回油溫度及壓力，由于需要布線施工，需要停工，從而影響生產，而且投資大、實施周期長。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提出一種摻水伴熱控制系統(tǒng)，提高工作效率、降低能源消耗。本發(fā)明的 另一目的在于提出一種摻水伴熱控制方法，提高工作效率、降低能源消耗。為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種摻水伴熱控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括無線傳感器節(jié)點、摻水伴熱控制節(jié)點以及摻水閥節(jié)點，無線傳感器節(jié)點通過無線網(wǎng)絡與摻水伴熱控制節(jié)點相連，摻水伴熱控制節(jié)點通過無線網(wǎng)絡與摻水閥節(jié)點相連，其中，無線傳感器節(jié)點，安裝在集油閥組間或采油井的回油管路上，將采集的回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息輸出至摻水伴熱控制節(jié)點；摻水伴熱控制節(jié)點，安裝在集油閥組間、計量間或采油井口，接收無線傳感器節(jié)點輸出的信息，向與無線傳感器節(jié)點同屬一油井的摻水閥節(jié)點輸出閥門開啟角度信息，所述閥門開啟角度信息是摻水伴熱控制節(jié)點根據(jù)無線傳感器節(jié)點輸出的信息以及預先存儲的摻水量專家數(shù)據(jù)庫確定的；摻水閥節(jié)點，接收摻水伴熱控制節(jié)點輸出的閥門開啟角度信息，進行摻水量調整。所述無線傳感器節(jié)點包括將采集的回油溫度信息輸出至摻水伴熱控制節(jié)點的無線溫度傳感器節(jié)點以及將采集的摻水壓力信息以及回油壓力信息輸出至摻水伴熱控制節(jié)點的無線壓力傳感器節(jié)點。所述摻水伴熱控制節(jié)點為骨干網(wǎng)網(wǎng)關。所述摻水伴熱控制節(jié)點包括骨干網(wǎng)網(wǎng)關以及中心監(jiān)控計算機，其中，骨干網(wǎng)網(wǎng)關，安裝在集油閥組間、計量間或采油井口，接收無線傳感器節(jié)點輸出的信息，輸出至中心監(jiān)控計算機；接收中心監(jiān)控計算機輸出的閥門開啟角度信息，向與無線傳感器節(jié)點同屬一油井的摻水閥節(jié)點輸出；中心監(jiān)控計算機，接收骨干網(wǎng)網(wǎng)關輸出的信息，向骨干網(wǎng)網(wǎng)關輸出閥門開啟角度信息，所述閥門開啟角度信息是中心監(jiān)控計算機根據(jù)接收的信息以及預先存儲的摻水量專家數(shù)據(jù)庫確定的。所述中心監(jiān)控計算機設置在計量間、隊部、礦部、廠部或油田總部。所述無線溫度傳感器節(jié)點安裝在單油井或者環(huán)油井的回油管路上，包括溫度傳感器、采集處理器模塊、電源模塊、無線網(wǎng)絡通訊模塊以及外殼，其中，溫度傳感器與采集處理器模塊相連，采集處理器模塊與無線網(wǎng)絡通訊模塊相連， 電源模塊分別與溫度傳感器、采集處理器模塊以及無線網(wǎng)絡通訊模塊相連并提供相應的工作電源，溫度傳感器、采集處理器模塊、電源模塊、無線網(wǎng)絡通訊模塊容置在外殼內。所述無線壓力傳感器節(jié)點包括壓力傳感器、采集處理模塊、無線網(wǎng)絡通訊模塊、 電源模塊以及外殼，其中，壓力傳感器與采集處理器模塊相連，采集處理器模塊與無線網(wǎng)絡通訊模塊相連， 電源模塊分別與壓力傳感器、采集處理器模塊以及無線網(wǎng)絡通訊模塊相連并提供相應的工作電源，壓力傳感器、采集處理器模塊、電源模塊、無線網(wǎng)絡通訊模塊容置在外殼內。所述摻水閥節(jié)點包括電機、渦輪蝸桿機械結構、閥門、手動控制結構、電機控制電路、無線網(wǎng)絡通訊模塊以及外殼，其中，
電機與電機控制電路相連，電機控制電路分別與無線網(wǎng)絡通訊模塊、渦輪蝸桿機械結構以及手動控制結構相連，渦輪蝸桿機械結構與閥門相連，電機、渦輪蝸桿機械結構、 閥門、手動控制結構、電機控制電路、無線網(wǎng)絡通訊模塊容置在外殼內。所述無線傳感器節(jié)點的拓撲結構采用點對點、星型、樹形或網(wǎng)狀。所述無線傳感器節(jié)點數(shù)量為一個或多個，所述摻水伴熱控制節(jié)點數(shù)量為一個。一種摻水伴熱控制方 法，該方法包括獲取回油溫度、回油壓力以及摻水壓力參數(shù)；將獲取的參數(shù)信息通過骨干網(wǎng)網(wǎng)關傳輸至中心監(jiān)控計算機；中心監(jiān)控計算機獲取接收的參數(shù)信息所屬的油井，查詢預先設置的摻水量專家數(shù)據(jù)庫，根據(jù)獲取的油井的參數(shù)信息以及摻水量專家數(shù)據(jù)庫對該油井進行調節(jié)，輸出開啟角度信息；骨干網(wǎng)網(wǎng)關接收開啟角度信息，通過無線傳感器網(wǎng)絡技術將開啟角度信息發(fā)送給無線自動控制摻水閥，無線自動控制摻水閥根據(jù)開啟角度信息調節(jié)摻水量。所述根據(jù)獲取的油井的參數(shù)信息以及摻水量專家數(shù)據(jù)庫對該油井進行調節(jié)，輸出開啟角度信息包括中心監(jiān)控計算機接收實時采集的回油溫度參數(shù)、摻水壓力參數(shù)以及回油壓力參數(shù)數(shù)值，如果回油溫度參數(shù)不處于設定的最佳回油溫度，則依據(jù)摻水量專家數(shù)據(jù)庫中該油井的對應關系曲線圖以及接收的參數(shù)信息，計算出閥門開啟角度數(shù)值并輸出開啟角度信息。所述根據(jù)獲取的油井的參數(shù)信息以及摻水量專家數(shù)據(jù)庫對該油井進行調節(jié)，輸出開啟角度信息包括中心監(jiān)控計算機接收實時采集的回油溫度參數(shù)、摻水壓力參數(shù)以及回油壓力參數(shù)數(shù)值，如果回油溫度參數(shù)不處于設定的最佳回油溫度、回油溫度與最佳回油溫度的差值大于設置的回油溫度閾值，依據(jù)摻水量專家數(shù)據(jù)庫中該油井的對應關系曲線圖以及接收的參數(shù)信息，計算出閥門開啟角度數(shù)值并控制無線自動控制摻水閥按照設計的調節(jié)靈敏度進行調整。由上述的技術方案可見，本發(fā)明實施例提供的一種摻水伴熱控制系統(tǒng)及摻水伴熱控制方法，該系統(tǒng)包括無線傳感器節(jié)點、摻水伴熱控制節(jié)點以及摻水閥節(jié)點，無線傳感器節(jié)點通過無線網(wǎng)絡與摻水伴熱控制節(jié)點相連，摻水伴熱控制節(jié)點通過無線網(wǎng)絡與摻水閥節(jié)點相連，其中，無線傳感器節(jié)點，安裝在集油閥組間或采油井的回油管路上，將采集的回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息輸出至摻水伴熱控制節(jié)點；摻水伴熱控制節(jié)點， 安裝在集油閥組間、計量間或采油井口，接收無線傳感器節(jié)點輸出的信息，向與無線傳感器節(jié)點同屬一油井的摻水閥節(jié)點輸出閥門開啟角度信息，所述閥門開啟角度信息是摻水伴熱控制節(jié)點根據(jù)無線傳感器節(jié)點輸出的信息以及預先存儲的摻水量專家數(shù)據(jù)庫確定的；摻水閥節(jié)點，接收摻水伴熱控制節(jié)點輸出的閥門開啟角度信息，進行摻水量調整。這樣，可以自動控制回到計量間的回油溫度在預先設置的溫度范圍內，從而以最節(jié)能的方式實現(xiàn)低溫原油集輸，不僅提高了工作效率，還能降低能源消耗。


圖1為本發(fā)明摻水伴熱控制系統(tǒng)的結構示意圖。
圖2為本發(fā)明摻水伴熱控制系統(tǒng)的具體結構示意圖。圖3為本發(fā)明摻水伴熱控制方法流程示意圖。圖4為本發(fā)明實施例一的系統(tǒng) 結構示意圖。圖5為本發(fā)明實施例二的系統(tǒng)結構示意圖。圖6為本發(fā)明實施例三的系統(tǒng)結構示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步地詳細描述?，F(xiàn)有通過摻水伴熱控制回油溫度的方式，通過人工按照預設的時間周期對現(xiàn)場進行巡檢，并人工控制調整摻水量，使得工作效率較低、能源消耗較大。本發(fā)明基于低功耗、高可靠的無線傳感器網(wǎng)絡技術產品，設計了由無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點、無線自動控制摻水閥、骨干網(wǎng)網(wǎng)關、中心監(jiān)控計算機以及監(jiān)控軟件組成的摻水伴熱控制系統(tǒng)， 將油田的單井通過物聯(lián)網(wǎng)技術連接起來，集中進行自動監(jiān)測、遠程控制。該裝置施工簡易、 無需停工、建設周期短，能夠實時掌握生產動態(tài)，從而對摻水量進行遠程精細控制，有效防范事故的發(fā)生，提高工作效率，大大降低能耗和勞動強度。圖1為本發(fā)明摻水伴熱控制系統(tǒng)的結構示意圖。參見圖1，該系統(tǒng)包括無線傳感器節(jié)點、摻水伴熱控制節(jié)點以及摻水閥節(jié)點，無線傳感器節(jié)點通過無線網(wǎng)絡與摻水伴熱控制節(jié)點相連，摻水伴熱控制節(jié)點通過無線網(wǎng)絡與摻水閥節(jié)點相連，其中，無線傳感器節(jié)點，安裝在集油閥組間或采油井的回油管路上，將采集的回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息輸出至摻水伴熱控制節(jié)點；摻水伴熱控制節(jié)點，安裝在集油閥組間、計量間或采油井口，接收無線傳感器節(jié)點輸出的信息，向與無線傳感器節(jié)點同屬一油井的摻水閥節(jié)點輸出閥門開啟角度信息，所述閥門開啟角度信息是摻水伴熱控制節(jié)點根據(jù)無線傳感器節(jié)點輸出的信息以及預先存儲的摻水量專家數(shù)據(jù)庫確定的； 摻水閥節(jié)點，接收摻水伴熱控制節(jié)點輸出的閥門開啟角度信息，進行摻水量調整。本實施例中，一口油井對應一個無線傳感器節(jié)點以及一個摻水閥節(jié)點，一個或多個無線傳感器節(jié)點對應一個摻水伴熱控制節(jié)點，摻水伴熱控制節(jié)點可以以中轉站加熱爐加熱的高溫水負責的油井數(shù)為單位，每一摻水伴熱控制節(jié)點對應一個中轉站加熱爐。當然，實際應用中，也可以在一口油井上設置多個無線傳感器節(jié)點，也可以設置多個中轉站加熱爐對應一個摻水伴熱控制節(jié)點。在無線傳感器節(jié)點輸出回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息時，攜帶無線傳感器節(jié)點標識(ID，Identifier)信息。摻水伴熱控制節(jié)點存儲的摻水量專家數(shù)據(jù)庫中，包括有無線傳感器節(jié)點標識與油井號的映射表，以及最佳回油溫度、摻水管管徑、長度、摻水壓力、回油壓力、所處季節(jié)、工作經(jīng)驗等參數(shù)模型，每口油井均根據(jù)參數(shù)模型計算有獨立的回油溫度、摻水壓力、回油壓力、 摻水量的對應關系曲線圖。在接收到無線傳感器節(jié)點輸出的回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息后，根據(jù)無線傳感器節(jié)點標識獲取油井號信息，根據(jù)接收的回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息，從對應關系曲線圖中獲取對應的當前摻水量信息，再獲取最佳回油溫度對應的最佳摻水量信息，根據(jù)最佳摻水量信息與當前摻水量信息確定需要調節(jié)的摻水量，換算為摻水閥節(jié)點的閥門需要開啟的角度信息，即閥門開啟角度信息。其 中，無線傳感器節(jié)點包括將采集的回油溫度信息輸出至摻水伴熱控制節(jié)點的無線溫度傳感器節(jié)點以及將采集的摻水壓力信息以及回油壓力信息輸出至摻水伴熱控制節(jié)點的無線壓力傳感器節(jié)點。在一實施例中，摻水伴熱控制節(jié)點為骨干網(wǎng)網(wǎng)關。在另一實施例中，摻水伴熱控制節(jié)點包括骨干網(wǎng)網(wǎng)關以及中心監(jiān)控計算機，其中，骨干網(wǎng)網(wǎng)關，安裝在集油閥組間、計量間或采油井口，接收無線傳感器節(jié)點輸出的信息，輸出至中心監(jiān)控計算機；接收中心監(jiān)控計算機輸出的閥門開啟角度信息，向與無線傳感器節(jié)點同屬一油井的摻水閥節(jié)點輸出；中心監(jiān)控計算機，接收骨干網(wǎng)網(wǎng)關輸出的信息，向骨干網(wǎng)網(wǎng)關輸出閥門開啟角度信息，所述閥門開啟角度信息是中心監(jiān)控計算機根據(jù)接收的信息以及預先存儲的摻水量專家數(shù)據(jù)庫確定的。圖2為本發(fā)明摻水伴熱控制系統(tǒng)的具體結構示意圖。參見圖2，該系統(tǒng)包括無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點、無線自動控制摻水閥、骨干網(wǎng)網(wǎng)關以及中心監(jiān)控計算機，其中，無線溫度傳感器節(jié)點由溫度傳感器、采集處理器模塊、電源模塊、無線網(wǎng)絡通訊模塊以及外殼組成，安裝在單油井或者環(huán)油井的回油管路上，溫度傳感器與采集處理器模塊相連，采集處理器模塊與無線網(wǎng)絡通訊模塊相連，電源模塊分別與溫度傳感器、采集處理器模塊以及無線網(wǎng)絡通訊模塊相連并提供相應的工作電源，溫度傳感器、采集處理器模塊、電源模塊、無線網(wǎng)絡通訊模塊容置在外殼內，溫度傳感器監(jiān)測并按照預先設置的采集周期采集回油溫度，采集處理器模塊對采集的回油溫度進行采樣、量化后，通過無線網(wǎng)絡通訊模塊，采用低功耗無線傳感器網(wǎng)絡技術將監(jiān)測到的回油溫度值發(fā)送到骨干網(wǎng)網(wǎng)關；無線壓力傳感器節(jié)點由壓力傳感器、采集處理模塊、無線網(wǎng)絡通訊模塊、電源模塊以及外殼組成，采集摻水壓力信息以及回油壓力信息的無線壓力傳感器節(jié)點分別安裝在摻水管路和回油管路上，壓力傳感器監(jiān)測并采集摻水壓力和回油壓力信息，采集處理器模塊對采集的摻水壓力和回油壓力信息進行采樣、量化后，通過無線網(wǎng)絡通訊模塊，采用低功耗無線傳感器網(wǎng)絡技術將監(jiān)測、采集得到的摻水壓力值和回油壓力壓力值發(fā)送到骨干網(wǎng)網(wǎng)關；無線自動控制摻水閥由電機、渦輪蝸桿機械結構、閥門、手動控制結構、電機控制電路、無線網(wǎng)絡通訊模塊、外殼組成；電機與電機控制電路相連，電機控制電路分別與無線網(wǎng)絡通訊模塊、渦輪蝸桿機械結構以及手動控制結構相連，渦輪蝸桿機械結構與閥門相連， 電機、渦輪蝸桿機械結構、閥門、手動控制結構、電機控制電路、無線網(wǎng)絡通訊模塊容置在外殼內，無線網(wǎng)絡通訊模塊接收骨干網(wǎng)網(wǎng)關輸出的閥門開啟角度信息，輸出至電機控制電路， 電機控制電路根據(jù)閥門開啟角度信息控制渦輪蝸桿機械結構以及手動控制結構，從而控制閥門的開啟角度，實現(xiàn)對摻水量的控制。骨干網(wǎng)網(wǎng)關，用于通過無線傳感器網(wǎng)絡技術發(fā)送閥門開啟角度數(shù)值給無線自動控制閥門，控制無線自動控制摻水閥的閥門按照指令開啟并控制摻水量。本發(fā)明中，骨干網(wǎng)網(wǎng)關部署在集油閥組間(計量間)的值班室，無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點和無線自動控制摻水閥通過低功耗傳感器網(wǎng)絡連接到骨干網(wǎng)網(wǎng)關，骨干網(wǎng)網(wǎng)關通過通用分組無線服務(GPRS，General Packet Radio Service)、碼分多址 (CDMA, Code Division Multiple Access)、專網(wǎng)等骨干網(wǎng)絡，實現(xiàn)遠距離的整個油田覆蓋， 將接收的數(shù)據(jù)(溫度及壓力信息)匯集到中心監(jiān)控計算機。每 個骨干網(wǎng)網(wǎng)關可以控制多個油井的無線傳感器節(jié)點并分配相應的無線傳感器節(jié)點標識，例如，控制多個無線溫度傳感器節(jié)點以及無線壓力傳感器節(jié)點。中心監(jiān)控計算機可以設置在管轄集油閥組間(計量間)的隊部值班室，對采油井的數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場監(jiān)測、顯示記錄、控制并報警，安裝有監(jiān)測軟件；監(jiān)測軟件具有設置功能、顯示功能、控制功能、摻水量專家系統(tǒng)、報警功能以及報告功能，其中，設置功能包括用戶權限設置、骨干網(wǎng)網(wǎng)關參數(shù)設置、傳感器節(jié)點參數(shù)設置、報警設置等。顯示功能包括油井全景地圖、組態(tài)圖、列表數(shù)值、趨勢曲線顯示?？刂乒δ馨〒剿y自動控制、手動遠程控制。摻水量專家系統(tǒng)用于依據(jù)每口井的特點，自適應學習調整控制摻水量。報警功能包括低限、超限聲光報警。報告功能包括日、周、月、年統(tǒng)計報告輸出。圖3為本發(fā)明摻水伴熱控制方法流程示意圖。參見圖3，該流程包括步驟301，獲取回油溫度、回油壓力以及摻水壓力參數(shù)；本步驟中，無線溫度傳感器節(jié)點采集獲取回油溫度參數(shù)，無線壓力傳感器節(jié)點采集獲取摻水壓力參數(shù)和回油壓力參數(shù)。步驟302，將獲取的參數(shù)信息通過骨干網(wǎng)網(wǎng)關傳輸至中心監(jiān)控計算機；本步驟中，無線溫度傳感器節(jié)點以及無線壓力傳感器節(jié)點通過無線傳感器網(wǎng)絡技術，分別將采集獲取的回油溫度參數(shù)、摻水壓力參數(shù)以及回油壓力參數(shù)輸出至骨干網(wǎng)網(wǎng)關， 骨干網(wǎng)網(wǎng)關再將接收的溫度、壓力參數(shù)通過骨干網(wǎng)傳輸?shù)街行谋O(jiān)控計算機。實際應用中，傳感器節(jié)點在輸出參數(shù)信息時，攜帶有自身的傳感器節(jié)點標識，例如，回油溫度參數(shù)中，攜帶有無線溫度傳感器節(jié)點標識，摻水壓力參數(shù)中，攜帶有無線壓力傳感器節(jié)點標識。無線溫度傳感器節(jié)點標識與無線壓力傳感器節(jié)點標識與所屬的油井具有映射關系。舉例來說，標識為11的無線溫度傳感器節(jié)點、標識為12的無線溫度傳感器節(jié)點以及標識為13的無線壓力傳感器節(jié)點對應10#油井；而標識為21的無線溫度傳感器節(jié)點以及標識為22的無線壓力傳感器節(jié)點對應20#油井。步驟303，中心監(jiān)控計算機獲取接收的參數(shù)信息所屬的油井，查詢預先設置的摻水量專家數(shù)據(jù)庫，根據(jù)獲取的油井的參數(shù)信息以及摻水量專家數(shù)據(jù)庫對該油井進行調節(jié)，輸出開啟角度信息；本步驟中，中心監(jiān)控計算機安裝有監(jiān)測軟件，監(jiān)測軟件設計有摻水量專家數(shù)據(jù)庫， 根據(jù)設定的最佳回油溫度、摻水管管徑、長度、所處季節(jié)、工作經(jīng)驗等參數(shù)模型，每口井均計算有獨立的回油溫度、摻水壓力、摻水量的對應關系曲線圖。
當中心監(jiān)控計算機接收到實時采集的回油溫度參數(shù)、摻水壓力參數(shù)以及回油壓力參數(shù)數(shù)值，如果回油溫度參數(shù)不處于設定的最佳狀態(tài)(最佳回油溫度)，則依據(jù)摻水量專家數(shù)據(jù)庫中該油井的對應關系曲線圖以及接收的參數(shù)信息，計算出閥門開啟角度數(shù)值(摻水量)。如果回油溫度參數(shù)處于設定的最佳狀態(tài)(最佳回油溫度)，則無線自動控制摻水閥維持現(xiàn)狀。同時， 在整個控制過程中，摻水量專家系統(tǒng)可以循環(huán)學習收集每口井最佳的回油溫度、摻水壓力、摻水量對應關系，通過較長時間的動態(tài)調整積累，建立更精細的參數(shù)模型和對應關系曲線圖。實際應用中，為了避免整個控制系統(tǒng)出現(xiàn)頻繁反復調整的情況，摻水量專家系統(tǒng)設計有合適的調節(jié)靈敏度，并設置有回油溫度閾值，在回油溫度與最佳回油溫度的差值不大于設置的回油溫度閾值時，將控制無線自動控制摻水閥不進行調整，在回油溫度與最佳回油溫度的差值大于設置的回油溫度閾值時，依據(jù)摻水量專家數(shù)據(jù)庫中該油井的對應關系曲線圖以及接收的參數(shù)信息，計算出閥門開啟角度數(shù)值并控制無線自動控制摻水閥按照設計的調節(jié)靈敏度進行調整。中心監(jiān)控計算機還可以將輸出至各骨干網(wǎng)網(wǎng)關的開啟角度信息輸出至中轉站加熱爐，中轉站加熱爐根據(jù)接收的信息調節(jié)總供給的摻水量。步驟304，骨干網(wǎng)網(wǎng)關接收開啟角度信息，通過無線傳感器網(wǎng)絡技術將開啟角度信息發(fā)送給無線自動控制摻水閥，無線自動控制摻水閥根據(jù)開啟角度信息調節(jié)摻水量。本步驟中，在無線自動控制摻水閥根據(jù)開啟角度信息調節(jié)摻水量后，無線溫度傳感器節(jié)點繼續(xù)采集獲取回油溫度參數(shù)，無線壓力傳感器節(jié)點采集獲取摻水壓力參數(shù)和回油壓力參數(shù)，即返回執(zhí)行步驟301，直到中心監(jiān)控計算機確定回油溫度達到設定的最佳狀態(tài)為止。下面以本發(fā)明應用在集油閥組間無線監(jiān)控、集油閥組間無人值守以及井口無人值守為例，舉三個具體實施例，再作詳細描述。實施例一集油閥組間無線監(jiān)控圖4為本發(fā)明實施例一的系統(tǒng)結構示意圖。參見圖4，系統(tǒng)由無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點、骨干網(wǎng)網(wǎng)關以及中心監(jiān)控計算機組成。在本實施例中，并沒有使用無線自動控制摻水閥，而是使用目前管路上安裝的手動控制摻水閥。無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點安裝在集油閥組間，通過802. 15. 4網(wǎng)絡連接到骨干網(wǎng)，骨干網(wǎng)網(wǎng)關安裝在計量間的值班室，在集油閥組間測量回油溫度和摻水壓力，通過GPRS網(wǎng)絡將骨干網(wǎng)網(wǎng)關匯集到中心監(jiān)控計算機，當回油溫度不在設定的最佳回油溫度范圍內(最佳回油溫度通常是35到38攝氏度)，中心監(jiān)控計算機通過監(jiān)控軟件使用短信、聲、光等報警方式，通知值班人員，由值班人員依據(jù)經(jīng)驗手動調節(jié)摻水閥開啟角度，人工控制摻水量。在本實施例中，無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點可以使用支持無線傳感器網(wǎng)絡技術的成熟產品，依據(jù)覆蓋要求，組成點對點、星型、樹形、網(wǎng)狀網(wǎng)等拓撲結構。骨干網(wǎng)網(wǎng)關將無線傳感器網(wǎng)絡接入骨干網(wǎng)，包括單不限于全球移動通信系統(tǒng) (GSM, Global System for Mobile communications)、CDMA、無線保真(WIFI，WirelessFidelity)、全球微波接入互操作性(WIMA，World Interoperability for Microwave Access)、多載波無線信息本地環(huán)路(MCWILL，Multi-Carrier Wireless Information Local Loop)局域網(wǎng)、光纖等已有的公網(wǎng)或者專網(wǎng)。中心監(jiān)控計算機 可以設置在計量間、隊部、礦部、廠部、油田總部等各級監(jiān)控中心， 也可以同時設置，并分級按權限管理。無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點、骨干網(wǎng)網(wǎng)關等采油現(xiàn)場安裝設備，為了避免引發(fā)火災等事故，按照相關法規(guī)，本著安全要求設計并通過安全防爆認證。實施例二集油閥組間無人值守圖5為本發(fā)明實施例二的系統(tǒng)結構示意圖。參見圖5，本實施例整個系統(tǒng)由無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點、無線自動控制摻水閥、骨干網(wǎng)網(wǎng)關以及裝有監(jiān)控軟件的中心監(jiān)控計算機組成。無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點、無線自動控制摻水閥、骨干網(wǎng)網(wǎng)關安裝在集油閥組間或者計量間，在集油閥組間測量回油溫度、回油壓力和摻水壓力，通過骨干網(wǎng)網(wǎng)關匯集到中心控制計算機，當回油溫度不在設定的最佳回油溫度范圍內時(最佳回油溫度通常是35到38攝氏度)，中心監(jiān)控計算機依據(jù)對應關系，計算出閥門開啟角度數(shù)值 (摻水量)并發(fā)送給骨干網(wǎng)網(wǎng)關，骨干網(wǎng)網(wǎng)關通過無線傳感器網(wǎng)絡技術將開啟角度數(shù)值信息發(fā)送給無線自動控制摻水閥，調節(jié)摻水量，直到回油溫度達到設定的最佳狀態(tài)。當然，值班人員也可以根據(jù)回油溫度，遠程控制調節(jié)摻水量，而不使用自動控制調節(jié)功能。在本實施例中，無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點可以使用支持無線傳感器網(wǎng)絡技術的成熟產品，依據(jù)覆蓋要求，組成點對點、星型、樹形、網(wǎng)狀網(wǎng)等拓撲結構。骨干網(wǎng)網(wǎng)關將無線傳感器網(wǎng)絡接入骨干網(wǎng)，包括單不限于GSM、CDMA、WIFI、WIMA、 MCWILL、局域網(wǎng)、光纖等已有的公網(wǎng)或者專網(wǎng)。中心監(jiān)控計算機可以設置在集油閥組間(計量間)、隊部、礦部、廠部、油田總部等各級監(jiān)控中心，也可以同時設置，并分級按權限管理。無線自動控制摻水閥可以在現(xiàn)有的閥門上，加裝電動執(zhí)行器，通過無線傳感器網(wǎng)絡模塊接收控制命令，調節(jié)閥門的開啟角度。實際應用中，無線自動控制摻水閥也可以將電動執(zhí)行器、無線傳感器網(wǎng)絡模塊、控制電路、閥門集成為一體。無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點、無線自動控制摻水閥、骨干網(wǎng)網(wǎng)關等采油現(xiàn)場安裝設備，為了避免引發(fā)火災等事故，按照相關法規(guī)，本著安全要求設計并通過安全防爆認證。實施例三井口無人值守圖6為本發(fā)明實施例三的系統(tǒng)結構示意圖。參見圖6，本實施例整個系統(tǒng)由無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點、無線自動控制摻水閥、骨干網(wǎng)網(wǎng)關、中心監(jiān)控計算機、 監(jiān)控軟件(監(jiān)測軟件)組成。無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點、無線自動控制摻水閥、骨干網(wǎng)網(wǎng)關安裝在采油井口，在井口測量回油溫度、回油壓力和摻水壓力，通過骨干網(wǎng)網(wǎng)關匯集到中心控制計算機，當回油溫度不在設定的最佳回油溫度范圍內時(最佳回油溫度通常是35到38 攝氏度)，中心控制計算機依據(jù)對應關系，計算出閥門開啟角度數(shù)值(摻水量)并發(fā)送給骨干網(wǎng)網(wǎng)關，骨干網(wǎng)網(wǎng)關通過無線傳感器網(wǎng)絡技術將開啟角度數(shù)值信息發(fā)送給無線自動控制摻水閥，無線自動控制摻水閥根據(jù)開啟角度數(shù)值信息調節(jié)摻水量，直到回油溫度達到設定的最佳狀態(tài)。當然，值班人員也可以根據(jù)回油溫度，遠程控制調節(jié)摻水量，而不使用自動控制調節(jié)功能。 在某些實施現(xiàn)場，回油溫度、摻水量對應關系也可以放置在骨干網(wǎng)網(wǎng)關內或者任何節(jié)點內部，在現(xiàn)場調節(jié)摻水量，而不需要傳輸回中心監(jiān)控計算機。在本實施例中，無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點可以使用支持無線傳感器網(wǎng)絡技術的成熟產品，依據(jù)覆蓋要求，組成點對點、星型、樹形、網(wǎng)狀網(wǎng)等拓撲結構。在某些情況下，無線溫度傳感器節(jié)點，無線壓力傳感器節(jié)點也可以集成到一起，共用外殼、處理器及無線通訊模塊，同時測量溫度以及壓力。骨干網(wǎng)網(wǎng)關將無線傳感器網(wǎng)絡接入骨干網(wǎng)，包括單不限于GSM、CDMA、WIFI、WIMA、 MCWILL、局域網(wǎng)、光纖等已有的公網(wǎng)或者專網(wǎng)。中心監(jiān)控計算機可以設置在計量間、隊部、礦部、廠部、油田總部等各級監(jiān)控中心， 也可以同時設置，并分級按權限管理。無線自動控制摻水閥可以在現(xiàn)有的閥門上，加裝電動執(zhí)行器，通過無線傳感器網(wǎng)絡模塊接收控制命令，調節(jié)閥門的開啟角度。實際應用中，無線自動控制摻水閥也可以將電動執(zhí)行器、無線傳感器網(wǎng)絡模塊、控制電路、閥門集成為一體。無線溫度傳感器節(jié)點、無線壓力傳感器節(jié)點、無線自動控制摻水閥、骨干網(wǎng)網(wǎng)關等采油現(xiàn)場安裝設備，為了避免引發(fā)火災等事故，按照相關法規(guī)，本著安全要求設計并通過安全防爆認證。本實施例中，由于現(xiàn)場安裝設備直接露天安裝在井口，帶來回油溫度，摻水量對應關系更直接的優(yōu)點之外，也對設備的野外工作能力提出了更高的要求，為了適應本實施例井口安裝的方式，現(xiàn)場設備設計過程中均考慮寬溫工作范圍(-40到+85攝氏度)，IP65以上防護等級，并考慮抗雷擊，防盜等野外惡劣環(huán)境要求。由上述可見，本發(fā)明的摻水伴熱控制系統(tǒng)，通過在油井的相應回油管路上設置無線傳感器節(jié)點，采集管路回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息，并通過無線網(wǎng)絡輸出至摻水伴熱控制節(jié)點，摻水伴熱控制節(jié)點根據(jù)接收的信息與預先存儲的摻水量專家數(shù)據(jù)庫，獲取最佳回油溫度對應的摻水量與當前回油溫度對應的摻水量的摻水量差值，換算為閥門開啟角度信息，并輸出至摻水閥節(jié)點，從而調節(jié)摻水閥節(jié)點的閥門開啟角度，以控制回到計量間的回油溫度在預先設置的溫度范圍內，從而以最節(jié)能的方式實現(xiàn)低溫原油集輸。這樣，在油田摻水伴熱采油生產工藝中，無線傳感器節(jié)點能夠實時獲取溫度及壓力信息，無需人工巡檢，能夠及時掌握單油井生產動態(tài)信息，反應速度快、工作效率高，使人工巡檢調節(jié)的粗放管理模式升級為精細的閉環(huán)自動控制模式，從而實現(xiàn)安全可靠的低溫集輸， 不但大大減少熱能的損耗，而且減少水、電、氣的能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排；進一步地，能夠依據(jù)回油溫度、摻水壓力和回油壓力差，自動控制調節(jié)摻水閥的開啟角度狀態(tài)，摻水量能夠實現(xiàn)實時調整，通過控制摻水量，將回油溫度控制在最佳狀態(tài)，管理精細，有效降低了能源消耗； 而且，摻水伴熱控制節(jié)點對各油井進行協(xié)調、統(tǒng)一控制，油井的溫度、壓力波動小，提高了原油產量和油田的信息化、自動化水平，大幅度降低了采油工作的勞動強度；此外，由于采用無線控制，從而不會影響生產，投資小、實施周期較短。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換以及改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之 。
權利要求
1.一種摻水伴熱控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括無線傳感器節(jié)點、摻水伴熱控制節(jié)點以及摻水閥節(jié)點，無線傳感器節(jié)點通過無線網(wǎng)絡與摻水伴熱控制節(jié)點相連，摻水伴熱控制節(jié)點通過無線網(wǎng)絡與摻水閥節(jié)點相連，其中，無線傳感器節(jié)點，安裝在集油閥組間或采油井的回油管路上，將采集的回油溫度信息、 摻水壓力信息以及回油壓力信息輸出至摻水伴熱控制節(jié)點；摻水伴熱控制節(jié)點，安裝在集油閥組間、計量間或采油井口，接收無線傳感器節(jié)點輸出的信息，向與無線傳感器節(jié)點同屬一油井的摻水閥節(jié)點輸出閥門開啟角度信息，所述閥門開啟角度信息是摻水伴熱控制節(jié)點根據(jù)無線傳感器節(jié)點輸出的信息以及預先存儲的摻水量專家數(shù)據(jù)庫確定的；摻水閥節(jié)點，接收摻水伴熱控制節(jié)點輸出的閥門開啟角度信息，進行摻水量調整。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感器節(jié)點包括將采集的回油溫度信息輸出至摻水伴熱控制節(jié)點的無線溫度傳感器節(jié)點以及將采集的摻水壓力信息以及回油壓力信息輸出至摻水伴熱控制節(jié)點的無線壓力傳感器節(jié)點。
3.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述摻水伴熱控制節(jié)點為骨干網(wǎng)網(wǎng)關。
4.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述摻水伴熱控制節(jié)點包括骨干網(wǎng)網(wǎng)關以及中心監(jiān)控計算機，其中，骨干網(wǎng)網(wǎng)關，安裝在集油閥組間、計量間或采油井口，接收無線傳感器節(jié)點輸出的信息，輸出至中心監(jiān)控計算機；接收中心監(jiān)控計算機輸出的閥門開啟角度信息，向與無線傳感器節(jié)點同屬一油井的摻水閥節(jié)點輸出；中心監(jiān)控計算機，接收骨干網(wǎng)網(wǎng)關輸出的信息，向骨干網(wǎng)網(wǎng)關輸出閥門開啟角度信息， 所述閥門開啟角度信息是中心監(jiān)控計算機根據(jù)接收的信息以及預先存儲的摻水量專家數(shù)據(jù)庫確定的。
5.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述中心監(jiān)控計算機設置在計量間、隊部、 礦部、廠部或油田總部。
6.如權利要求2至5任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述無線溫度傳感器節(jié)點安裝在單油井或者環(huán)油井的回油管路上，包括溫度傳感器、采集處理器模塊、電源模塊、無線網(wǎng)絡通訊模塊以及外殼，其中，溫度傳感器與采集處理器模塊相連，采集處理器模塊與無線網(wǎng)絡通訊模塊相連，電源模塊分別與溫度傳感器、采集處理器模塊以及無線網(wǎng)絡通訊模塊相連并提供相應的工作電源，溫度傳感器、采集處理器模塊、電源模塊、無線網(wǎng)絡通訊模塊容置在外殼內。
7.如權利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述無線壓力傳感器節(jié)點包括壓力傳感器、采集處理模塊、無線網(wǎng)絡通訊模塊、電源模塊以及外殼，其中，壓力傳感器與采集處理器模塊相連，采集處理器模塊與無線網(wǎng)絡通訊模塊相連，電源模塊分別與壓力傳感器、采集處理器模塊以及無線網(wǎng)絡通訊模塊相連并提供相應的工作電源，壓力傳感器、采集處理器模塊、電源模塊、無線網(wǎng)絡通訊模塊容置在外殼內。
8.如權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述摻水閥節(jié)點包括電機、渦輪蝸桿機械結構、閥門、手動控制結構、電機控制電路、無線網(wǎng)絡通訊模塊以及外殼，其中，電機與電機控制電路相連，電機控制電路分別與無線網(wǎng)絡通訊模塊、渦輪蝸桿機械結構以及手動控制結構相連，渦輪蝸桿機械結構與閥門相連，電機、渦輪蝸桿機械結構、閥門、手動控制結構、電機控制電路、無線網(wǎng)絡通訊模塊容置在外殼內。
9.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感器節(jié)點的拓撲結構采用點對點、星型、樹形或網(wǎng)狀。
10.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感器節(jié)點數(shù)量為一個或多個， 所述摻水伴熱控制節(jié)點數(shù)量為一個。
11.一種摻水伴熱控制方法，其特征在于，該方法包括獲取回油溫度、回油壓力以及摻水壓力參數(shù)；將獲取的參數(shù)信息通過骨干網(wǎng)網(wǎng)關傳輸至中心監(jiān)控計算機；中心監(jiān)控計算機獲取接收的參數(shù)信息所屬的油井，查詢預先設置的摻水量專家數(shù)據(jù)庫，根據(jù)獲取的油井的參數(shù)信息以及摻水量專家數(shù)據(jù)庫對該油井進行調節(jié)，輸出開啟角度 fn息；骨干網(wǎng)網(wǎng)關接收開啟角度信息，通過無線傳感器網(wǎng)絡技術將開啟角度信息發(fā)送給無線自動控制摻水閥，無線自動控制摻水閥根據(jù)開啟角度信息調節(jié)摻水量。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)獲取的油井的參數(shù)信息以及摻水量專家數(shù)據(jù)庫對該油井進行調節(jié)，輸出開啟角度信息包括中心監(jiān)控計算機接收實時采集的回油溫度參數(shù)、摻水壓力參數(shù)以及回油壓力參數(shù)數(shù)值，如果回油溫度參數(shù)不處于設定的最佳回油溫度，則依據(jù)摻水量專家數(shù)據(jù)庫中該油井的對應關系曲線圖以及接收的參數(shù)信息，計算出閥門開啟角度數(shù)值并輸出開啟角度信息。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)獲取的油井的參數(shù)信息以及摻水量專家數(shù)據(jù)庫對該油井進行調節(jié)，輸出開啟角度信息包括中心監(jiān)控計算機接收實時采集的回油溫度參數(shù)、摻水壓力參數(shù)以及回油壓力參數(shù)數(shù)值，如果回油溫度參數(shù)不處于設定的最佳回油溫度、回油溫度與最佳回油溫度的差值大于設置的回油溫度閾值，依據(jù)摻水量專家數(shù)據(jù)庫中該油井的對應關系曲線圖以及接收的參數(shù)信息，計算出閥門開啟角度數(shù)值并控制無線自動控制摻水閥按照設計的調節(jié)靈敏度進行調整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種摻水伴熱控制系統(tǒng)以及摻水伴熱控制方法。包括無線傳感器節(jié)點、摻水伴熱控制節(jié)點以及摻水閥節(jié)點，其中，無線傳感器節(jié)點安裝在集油閥組間或采油井的回油管路上，將采集的回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息輸出至摻水伴熱控制節(jié)點；摻水伴熱控制節(jié)點安裝在集油閥組間，接收無線傳感器節(jié)點輸出的信息，向與無線傳感器節(jié)點同屬一油井的摻水閥節(jié)點輸出閥門開啟角度信息，所述閥門開啟角度信息是摻水伴熱控制節(jié)點根據(jù)無線傳感器節(jié)點輸出的信息以及預先存儲的摻水量專家數(shù)據(jù)庫確定的；摻水閥節(jié)點，接收摻水伴熱控制節(jié)點輸出的閥門開啟角度信息，進行摻水量調整。應用本發(fā)明，可以提高工作效率、降低能源消耗。
文檔編號G05B19/418GK102436237SQ20111034152
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權日2011年11月2日
發(fā)明者劉琪, 唐智斌, 張俊輝, 羅銀生, 郝利梅 申請人:北京助創(chuàng)科技有限公司, 北京必創(chuàng)科技有限公司