摻水伴熱控制系統的製作方法
2023-09-17 20:44:10
專利名稱：摻水伴熱控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及自動控制技術，特別涉及一種摻水伴熱控制系統。
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，常採用摻水伴熱技術，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，目前油田普遍採油的環狀摻水流程和雙管摻水流程，都是通過摻水伴熱實現的集輸。雖然國家規範中規定了加熱爐出來的熱水溫度，但在實際的應用中，由於連接加熱爐的管線長度不同、所處環境不同，使得管線上流經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範圍內，以使與熱水混合後的原油的溫度和流動力達到最佳狀態，需要依據回油溫度、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範圍內，從而以最節能的方式實現低溫原油集輸，是油田發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採用人工巡檢的方式，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場巡檢一次，但如果在兩小時之內管線內的原油發生了溫度、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，才能發現該異常情況並進行問題處理，因而無法及時掌握單油井(單環)生產動態信息，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，由於調整周期較長，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，由於前線巡檢員擔心自己負責的油井溫度過低，經常調大摻水量，這樣，一部分油井的摻水量調大後，導致中轉站加熱爐輸出的高溫水流量增大、壓力降低，而由於流量的增大，又將導致摻水溫度的降低，影響油井井口的溫度、壓力， 造成管線內溫度、壓力的波動，導致更嚴重的後果。4、自動化改造難度大現有的計量間情況複雜，如果安裝有線溫度、壓力變送器測量回油溫度及壓力，由於需要布線施工，需要停工，從而影響生產，而且投資大、實施周期長
實用新型內容
[0009]有鑑於此，本實用新型的主要目的在於提出一種摻水伴熱控制系統，提高工作效率、降低能源消耗。為達到上述目的，本實用新型提供了一種摻水伴熱控制系統，該系統包括無線傳感器節點、摻水伴熱控制節點以及摻水閥節點，無線傳感器節點通過無線網絡與摻水伴熱控制節點相連，摻水伴熱控制節點通過無線網絡與摻水閥節點相連，其中，無線傳感器節點，安裝在集油閥組間或採油井的回油管路上，將採集的回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息輸出至摻水伴熱控制節點；摻水伴熱控制節點，安裝在集油閥組間、計量間或採油井口，接收無線傳感器節點輸出的信息，向與無線傳感器節點同屬一油井的摻水閥節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點根據無線傳感器節點輸出的信息以及預先存儲的摻水量專家資料庫確定的；摻水閥節點，接收摻水伴熱控制節點輸出的閥門開啟角度信息，進行摻水量調整。所述無線傳感器節點包括將採集的回油溫度信息輸出至摻水伴熱控制節點的無線溫度傳感器節點以及將採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點的無線壓力傳感器節點。所述摻水伴熱控制節點為骨幹網網關。所述摻水伴熱控制節點包括骨幹網網關以及中心監控計算機，其中，骨幹網網關，安裝在集油閥組間、計量間或採油井口，接收無線傳感器節點輸出的信息，輸出至中心監控計算機；接收中心監控計算機輸出的閥門開啟角度信息，向與無線傳感器節點同屬一油井的摻水閥節點輸出；中心監控計算機，接收骨幹網網關輸出的信息，向骨幹網網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控計算機根據接收的信息以及預先存儲的摻水量專家資料庫確定的。所述中心監控計算機設置在計量間、隊部、礦部、厂部或油田總部。所述無線溫度傳感器節點安裝在單油井或者環油井的回油管路上，包括溫度傳感器、採集處理器模塊、電源模塊、無線網絡通訊模塊以及外殼，其中，溫度傳感器與採集處理器模塊相連，採集處理器模塊與無線網絡通訊模塊相連， 電源模塊分別與溫度傳感器、採集處理器模塊以及無線網絡通訊模塊相連並提供相應的工作電源，溫度傳感器、採集處理器模塊、電源模塊、無線網絡通訊模塊容置在外殼內。所述無線壓力傳感器節點包括壓力傳感器、採集處理模塊、無線網絡通訊模塊、電源模塊以及外殼，採集摻水壓力信息以及回油壓力信息的無線壓力傳感器節點分別安裝在摻水管路和回油管路上。所述摻水閥節點包括電機、渦輪蝸杆機械結構、閥門、手動控制結構、電機控制電路、無線網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絡通訊模塊、渦輪蝸杆機械結構以及手動控制結構相連，渦輪蝸杆機械結構與閥門相連，電機、渦輪蝸杆機械結構、 閥門、手動控制結構、電機控制電路、無線網絡通訊模塊容置在外殼內。所述無線傳感器節點的拓撲結構採用點對點、星型、樹形或網狀。所述無線傳感器節點數量為一個或多個，所述摻水伴熱控制節點數量為一個。[0029]由上述的技術方案可見，本實用新型提供的一種摻水伴熱控制系統，該系統包括 無線傳感器節點、摻水伴熱控制節點以及摻水閥節點，無線傳感器節點通過無線網絡與摻水伴熱控制節點相連，摻水伴熱控制節點通過無線網絡與摻水閥節點相連，其中，無線傳感器節點，安裝在集油閥組間或採油井的回油管路上，將採集的回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息輸出至摻水伴熱控制節點；摻水伴熱控制節點，安裝在集油閥組間、計量間或採油井口，接收無線傳感器節點輸出的信息，向與無線傳感器節點同屬一油井的摻水閥節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點根據無線傳感器節點輸出的信息以及預先存儲的摻水量專家資料庫確定的；摻水閥節點，接收摻水伴熱控制節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範圍內，從而以最節能的方式實現低溫原油集輸，不僅提高了工作效率，還能降低能源消耗。
圖1為本實用新型摻水伴熱控制系統的結構示意圖。圖2為本實用新型摻水伴熱控制系統的具體結構示意圖。圖3為本實用新型摻水伴熱控制系統工作的流程示意圖。圖4為本實用新型實施例一的系統結構示意圖。圖5為本實用新型實施例二的系統結構示意圖。圖6為本實用新型實施例三的系統結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步地詳細描述。現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場進行巡檢，並人工控制調整摻水量，使得工作效率較低、能源消耗較大。本實用新型基於低功耗、高可靠的無線傳感器網絡技術產品，設計了由無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點、無線自動控制摻水閥、骨幹網網關、中心監控計算機以及監控軟體組成的摻水伴熱控制系統，將油田的單井通過物聯網技術連接起來，集中進行自動監測、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，從而對摻水量進行遠程精細控制，有效防範事故的發生，提高工作效率，大大降低能耗和勞動強度。圖1為本實用新型摻水伴熱控制系統的結構示意圖。參見圖1，該系統包括無線傳感器節點、摻水伴熱控制節點以及摻水閥節點，無線傳感器節點通過無線網絡與摻水伴熱控制節點相連，摻水伴熱控制節點通過無線網絡與摻水閥節點相連，其中，無線傳感器節點，安裝在集油閥組間或採油井的回油管路上，將採集的回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息輸出至摻水伴熱控制節點；摻水伴熱控制節點，安裝在集油閥組間、計量間或採油井口，接收無線傳感器節點輸出的信息，向與無線傳感器節點同屬一油井的摻水閥節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點根據無線傳感器節點輸出的信息以及預先存儲的摻水量專家資料庫確定的；[0041 ] 摻水閥節點，接收摻水伴熱控制節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點以及一個摻水閥節點，一個或多個無線傳感器節點對應一個摻水伴熱控制節點，摻水伴熱控制節點可以以中轉站加熱爐加熱的高溫水負責的油井數為單位，每一摻水伴熱控制節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點。在無線傳感器節點輸出回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息時，攜帶無線傳感器節點標識(ID，Identifier)信息。摻水伴熱控制節點存儲的摻水量專家資料庫中，包括有無線傳感器節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、工作經驗等參數模型，每口油井均根據參數模型計算有獨立的回油溫度、摻水壓力、回油壓力、 摻水量的對應關係曲線圖。在接收到無線傳感器節點輸出的回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息後，根據無線傳感器節點標識獲取油井號信息，根據接收的回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息，從對應關係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，根據最佳摻水量信息與當前摻水量信息確定需要調節的摻水量，換算為摻水閥節點的閥門需要開啟的角度信息，即閥門開啟角度信息。其中，無線傳感器節點包括將採集的回油溫度信息輸出至摻水伴熱控制節點的無線溫度傳感器節點以及將採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點的無線壓力傳感器節點。在一實施例中，摻水伴熱控制節點為骨幹網網關。在另一實施例中，摻水伴熱控制節點包括骨幹網網關以及中心監控計算機，其中，骨幹網網關，安裝在集油閥組間、計量間或採油井口，接收無線傳感器節點輸出的信息，輸出至中心監控計算機；接收中心監控計算機輸出的閥門開啟角度信息，向與無線傳感器節點同屬一油井的摻水閥節點輸出；中心監控計算機，接收骨幹網網關輸出的信息，向骨幹網網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控計算機根據接收的信息以及預先存儲的摻水量專家資料庫確定的。圖2為本實用新型摻水伴熱控制系統的具體結構示意圖。參見圖2，該系統包括 無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點、無線自動控制摻水閥、骨幹網網關以及中心監控計算機，其中，無線溫度傳感器節點由溫度傳感器、採集處理器模塊、電源模塊、無線網絡通訊模塊以及外殼組成，安裝在單油井或者環油井的回油管路上，溫度傳感器與採集處理器模塊相連，採集處理器模塊與無線網絡通訊模塊相連，電源模塊分別與溫度傳感器、採集處理器模塊以及無線網絡通訊模塊相連並提供相應的工作電源，溫度傳感器、採集處理器模塊、電源模塊、無線網絡通訊模塊容置在外殼內，溫度傳感器監測並按照預先設置的採集周期採集回油溫度，採集處理器模塊對採集的回油溫度進行採樣、量化後，通過無線網絡通訊模塊，採用低功耗無線傳感器網絡技術將監測到的回油溫度值發送到骨幹網網關；[0053]無線壓力傳感器節點由壓力傳感器、採集處理模塊、無線網絡通訊模塊、電源模塊以及外殼組成，其中，壓力傳感器與採集處理器模塊相連，採集處理器模塊與無線網絡通訊模塊相連，電源模塊分別與壓力傳感器、採集處理器模塊以及無線網絡通訊模塊相連並提供相應的工作電源，壓力傳感器、採集處理器模塊、電源模塊、無線網絡通訊模塊容置在外殼內。採集摻水壓力信息以及回油壓力信息的無線壓力傳感器節點分別安裝在摻水管路和回油管路上，壓力傳感器監測並採集摻水壓力和回油壓力信息，採集處理器模塊對採集的摻水壓力和回油壓力信息進行採樣、量化後，通過無線網絡通訊模塊，採用低功耗無線傳感器網絡技術將監測、採集得到的摻水壓力值和回油壓力壓力值發送到骨幹網網關；無線自動控制摻水閥由電機、渦輪蝸杆機械結構、閥門、手動控制結構、電機控制電路、無線網絡通訊模塊、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絡通訊模塊、渦輪蝸杆機械結構以及手動控制結構相連，渦輪蝸杆機械結構與閥門相連， 電機、渦輪蝸杆機械結構、閥門、手動控制結構、電機控制電路、無線網絡通訊模塊容置在外殼內，無線網絡通訊模塊接收骨幹網網關輸出的閥門開啟角度信息，輸出至電機控制電路， 電機控制電路根據閥門開啟角度信息控制渦輪蝸杆機械結構以及手動控制結構，從而控制閥門的開啟角度，實現對摻水量的控制。骨幹網網關，用於通過無線傳感器網絡技術發送閥門開啟角度數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並控制摻水量。本實用新型中，骨幹網網關部署在集油閥組間(計量間)的值班室，無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點和無線自動控制摻水閥通過低功耗傳感器網絡連接到骨幹網網關，骨幹網網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)、專網等骨幹網絡，實現遠距離的整個油田覆蓋，將接收的數據(溫度及壓力信息)匯集到中心監控計算機。每個骨幹網網關可以控制多個油井的無線傳感器節點並分配相應的無線傳感器節點標識，例如，控制多個無線溫度傳感器節點以及無線壓力傳感器節點。中心監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，對採油井的數據進行現場監測、顯示記錄、控制並報警，安裝有監測軟體；監測軟體具有設置功能、顯示功能、控制功能、摻水量專家系統、報警功能以及報告功能，其中，設置功能包括用戶權限設置、骨幹網網關參數設置、傳感器節點參數設置、報警設置等。顯示功能包括油井全景地圖、組態圖、列表數值、趨勢曲線顯示。控制功能包括摻水閥自動控制、手動遠程控制。摻水量專家系統用於依據每口井的特點，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、年統計報告輸出。圖3為本實用新型摻水伴熱控制系統工作的流程示意圖。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；本步驟中，無線溫度傳感器節點採集獲取回油溫度參數，無線壓力傳感器節點採集獲取摻水壓力參數和回油壓力參數。[0069]步驟302，將獲取的參數信息通過骨幹網網關傳輸至中心監控計算機；本步驟中，無線溫度傳感器節點以及無線壓力傳感器節點通過無線傳感器網絡技術，分別將採集獲取的回油溫度參數、摻水壓力參數以及回油壓力參數輸出至骨幹網網關， 骨幹網網關再將接收的溫度、壓力參數通過骨幹網傳輸到中心監控計算機。實際應用中，傳感器節點在輸出參數信息時，攜帶有自身的傳感器節點標識，例如，回油溫度參數中，攜帶有無線溫度傳感器節點標識，摻水壓力參數中，攜帶有無線壓力傳感器節點標識。無線溫度傳感器節點標識與無線壓力傳感器節點標識與所屬的油井具有映射關係。舉例來說，標識為11的無線溫度傳感器節點、標識為12的無線溫度傳感器節點以及標識為13的無線壓力傳感器節點對應10#油井；而標識為21的無線溫度傳感器節點以及標識為22的無線壓力傳感器節點對應20#油井。步驟303，中心監控計算機獲取接收的參數信息所屬的油井，查詢預先設置的摻水量專家資料庫，根據獲取的油井的參數信息以及摻水量專家資料庫對該油井進行調節，輸出開啟角度信息；本步驟中，中心監控計算機安裝有監測軟體，監測軟體設計有摻水量專家資料庫， 根據設定的最佳回油溫度、摻水管管徑、長度、所處季節、工作經驗等參數模型，每口井均計算有獨立的回油溫度、摻水壓力、摻水量的對應關係曲線圖。當中心監控計算機接收到實時採集的回油溫度參數、摻水壓力參數以及回油壓力參數數值，如果回油溫度參數不處於設定的最佳狀態(最佳回油溫度)，則依據摻水量專家資料庫中該油井的對應關係曲線圖以及接收的參數信息，計算出閥門開啟角度數值(摻水量)。如果回油溫度參數處於設定的最佳狀態(最佳回油溫度)，則無線自動控制摻水閥維持現狀。同時，在整個控制過程中，摻水量專家系統可以循環學習收集每口井最佳的回油溫度、摻水壓力、摻水量對應關係，通過較長時間的動態調整積累，建立更精細的參數模型和對應關係曲線圖。實際應用中，為了避免整個控制系統出現頻繁反覆調整的情況，摻水量專家系統設計有合適的調節靈敏度，並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於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於設置的回油溫度閾值時，依據摻水量專家資料庫中該油井的對應關係曲線圖以及接收的參數信息，計算出閥門開啟角度數值並控制無線自動控制摻水閥按照設計的調節靈敏度進行調整。中心監控計算機還可以將輸出至各骨幹網網關的開啟角度信息輸出至中轉站加熱爐，中轉站加熱爐根據接收的信息調節總供給的摻水量。步驟304，骨幹網網關接收開啟角度信息，通過無線傳感器網絡技術將開啟角度信息發送給無線自動控制摻水閥，無線自動控制摻水閥根據開啟角度信息調節摻水量。本步驟中，在無線自動控制摻水閥根據開啟角度信息調節摻水量後，無線溫度傳感器節點繼續採集獲取回油溫度參數，無線壓力傳感器節點採集獲取摻水壓力參數和回油壓力參數，即返回執行步驟301，直到中心監控計算機確定回油溫度達到設定的最佳狀態為止。下面以本實用新型應用在集油閥組間無線監控、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控圖4為本實用新型實施例一的系統結構示意圖。參見圖4，系統由無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點、骨幹網網關以及中心監控計算機組成。在本實施例中，並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。無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點安裝在集油閥組間，通過802. 15. 4網絡連接到骨幹網，骨幹網網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網絡將骨幹網網關匯集到中心監控計算機，當回油溫度不在設定的最佳回油溫度範圍內(最佳回油溫度通常是35到38攝氏度)，中心監控計算機通過監控軟體使用簡訊、聲、光等報警方式，通知值班人員，由值班人員依據經驗手動調節摻水閥開啟角度，人工控制摻水量。在本實施例中，無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點可以使用支持無線傳感器網絡技術的成熟產品，依據覆蓋要求，組成點對點、星型、樹形、網狀網等拓撲結構。骨幹網網關將無線傳感器網絡接入骨幹網，包括單不限於全球移動通信系統 (GSM, Global System for Mobile communications)、CDMA、無線保真(WIFI，Wireless Fidelity)、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路(MCWILL，Multi-Carrier Wireless Information Local Loop)區域網、光纖等已有的公網或者專網。中心監控計算機可以設置在計量間、隊部、礦部、厂部、油田總部等各級監控中心， 也可以同時設置，並分級按權限管理。無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點、骨幹網網關等採油現場安裝設備，為了避免引發火災等事故，按照相關法規，本著安全要求設計並通過安全防爆認證。實施例二集油閥組間無人值守圖5為本實用新型實施例二的系統結構示意圖。參見圖5，本實施例整個系統由無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點、無線自動控制摻水閥、骨幹網網關以及裝有監控軟體的中心監控計算機組成。無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點、無線自動控制摻水閥、骨幹網網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，通過骨幹網網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範圍內時(最佳回油溫度通常是35到38攝氏度)，中心監控計算機依據對應關係，計算出閥門開啟角度數值 (摻水量)並發送給骨幹網網關，骨幹網網關通過無線傳感器網絡技術將開啟角度數值信息發送給無線自動控制摻水閥，調節摻水量，直到回油溫度達到設定的最佳狀態。當然，值班人員也可以根據回油溫度，遠程控制調節摻水量，而不使用自動控制調節功能。在本實施例中，無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點可以使用支持無線傳感器網絡技術的成熟產品，依據覆蓋要求，組成點對點、星型、樹形、網狀網等拓撲結構。骨幹網網關將無線傳感器網絡接入骨幹網，包括單不限於GSM、CDMA、WIFI、WIMA、 MCWILL、區域網、光纖等已有的公網或者專網。中心監控計算機可以設置在集油閥組間(計量間)、隊部、礦部、厂部、油田總部等各級監控中心，也可以同時設置，並分級按權限管理。無線自動控制摻水閥可以在現有的閥門上，加裝電動執行器，通過無線傳感器網絡模塊接收控制命令，調節閥門的開啟角度。實際應用中，無線自動控制摻水閥也可以將電動執行器、無線傳感器網絡模塊、控制電路、閥門集成為一體。無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點、無線自動控制摻水閥、骨幹網網關等採油現場安裝設備，為了避免引發火災等事故，按照相關法規，本著安全要求設計並通過安全防爆認證。實施例三井口無人值守圖6為本實用新型實施例三的系統結構示意圖。參見圖6，本實施例整個系統由無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點、無線自動控制摻水閥、骨幹網網關、中心監控計算機、監控軟體(監測軟體)組成。無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點、無線自動控制摻水閥、骨幹網網關安裝在採油井口，在井口測量回油溫度、回油壓力和摻水壓力，通過骨幹網網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範圍內時(最佳回油溫度通常是35到38 攝氏度)，中心控制計算機依據對應關係，計算出閥門開啟角度數值(摻水量)並發送給骨幹網網關，骨幹網網關通過無線傳感器網絡技術將開啟角度數值信息發送給無線自動控制摻水閥，無線自動控制摻水閥根據開啟角度數值信息調節摻水量，直到回油溫度達到設定的最佳狀態。當然，值班人員也可以根據回油溫度，遠程控制調節摻水量，而不使用自動控制調節功能。在某些實施現場，回油溫度、摻水量對應關係也可以放置在骨幹網網關內或者任何節點內部，在現場調節摻水量，而不需要傳輸回中心監控計算機。在本實施例中，無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點可以使用支持無線傳感器網絡技術的成熟產品，依據覆蓋要求，組成點對點、星型、樹形、網狀網等拓撲結構。在某些情況下，無線溫度傳感器節點，無線壓力傳感器節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。骨幹網網關將無線傳感器網絡接入骨幹網，包括單不限於GSM、CDMA、WIFI、WIMA、 MCWILL、區域網、光纖等已有的公網或者專網。中心監控計算機可以設置在計量間、隊部、礦部、厂部、油田總部等各級監控中心， 也可以同時設置，並分級按權限管理。無線自動控制摻水閥可以在現有的閥門上，加裝電動執行器，通過無線傳感器網絡模塊接收控制命令，調節閥門的開啟角度。實際應用中，無線自動控制摻水閥也可以將電動執行器、無線傳感器網絡模塊、控制電路、閥門集成為一體。無線溫度傳感器節點、無線壓力傳感器節點、無線自動控制摻水閥、骨幹網網關等採油現場安裝設備，為了避免引發火災等事故，按照相關法規，本著安全要求設計並通過安全防爆認證。本實施例中，由於現場安裝設備直接露天安裝在井口，帶來回油溫度，摻水量對應關係更直接的優點之外，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，現場設備設計過程中均考慮寬溫工作範圍(-40到+85攝氏度)，IP65以上防護等級，並考慮抗雷擊，防盜等野外惡劣環境要求。由上述可見，本實用新型的摻水伴熱控制系統，通過在油井的相應回油管路上設置無線傳感器節點，採集管路回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息，並通過無線網絡輸出至摻水伴熱控制節點，摻水伴熱控制節點根據接收的信息與預先存儲的摻水量專家資料庫，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，並輸出至摻水閥節點，從而調節摻水閥節點的閥門開啟角度，以控制回到計量間的回油溫度在預先設置的溫度範圍內，從而以最節能的方式實現低溫原油集輸。這樣，在油田摻水伴熱採油生產工藝中，無線傳感器節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信息，反應速度快、工作效率高，使人工巡檢調節的粗放管理模式升級為精細的閉環自動控制模式，從而實現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，實現節能減排；進一步地，能夠依據回油溫度、摻水壓力和回油壓力差，自動控制調節摻水閥的開啟角度狀態，摻水量能夠實現實時調整，通過控制摻水量，將回油溫度控制在最佳狀態，管理精細，有效降低了能源消耗； 而且，摻水伴熱控制節點對各油井進行協調、統一控制，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，大幅度降低了採油工作的勞動強度；此外，由於採用無線控制，從而不會影響生產，投資小、實施周期較短。 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用於限定本實用新型的保護範圍。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換以及改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種摻水伴熱控制系統，其特徵在於，該系統包括無線傳感器節點、摻水伴熱控制節點以及摻水閥節點，無線傳感器節點通過無線網絡與摻水伴熱控制節點相連，摻水伴熱控制節點通過無線網絡與摻水閥節點相連，其中，無線傳感器節點，安裝在集油閥組間或採油井的回油管路上，將採集的回油溫度信息、 摻水壓力信息以及回油壓力信息輸出至摻水伴熱控制節點；摻水伴熱控制節點，安裝在集油閥組間、計量間或採油井口，接收無線傳感器節點輸出的信息，向與無線傳感器節點同屬一油井的摻水閥節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點根據無線傳感器節點輸出的信息以及預先存儲的摻水量專家資料庫確定的；摻水閥節點，接收摻水伴熱控制節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，其特徵在於，所述無線傳感器節點包括將採集的回油溫度信息輸出至摻水伴熱控制節點的無線溫度傳感器節點以及將採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點的無線壓力傳感器節點。
3.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述摻水伴熱控制節點為骨幹網網關。
4.如權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述摻水伴熱控制節點包括骨幹網網關以及中心監控計算機，其中，骨幹網網關，安裝在集油閥組間、計量間或採油井口，接收無線傳感器節點輸出的信息，輸出至中心監控計算機；接收中心監控計算機輸出的閥門開啟角度信息，向與無線傳感器節點同屬一油井的摻水閥節點輸出；中心監控計算機，接收骨幹網網關輸出的信息，向骨幹網網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控計算機根據接收的信息以及預先存儲的摻水量專家資料庫確定的。
5.如權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述中心監控計算機設置在計量間、隊部、 礦部、厂部或油田總部。
6.如權利要求2至5任一項所述的系統，其特徵在於，所述無線溫度傳感器節點安裝在單油井或者環油井的回油管路上，包括溫度傳感器、採集處理器模塊、電源模塊、無線網絡通訊模塊以及外殼，其中，溫度傳感器與採集處理器模塊相連，採集處理器模塊與無線網絡通訊模塊相連，電源模塊分別與溫度傳感器、採集處理器模塊以及無線網絡通訊模塊相連並提供相應的工作電源，溫度傳感器、採集處理器模塊、電源模塊、無線網絡通訊模塊容置在外殼內。
7.如權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述無線壓力傳感器節點包括壓力傳感器、採集處理模塊、無線網絡通訊模塊、電源模塊以及外殼，其中，壓力傳感器與採集處理器模塊相連，採集處理器模塊與無線網絡通訊模塊相連，電源模塊分別與壓力傳感器、採集處理器模塊以及無線網絡通訊模塊相連並提供相應的工作電源，壓力傳感器、採集處理器模塊、電源模塊、無線網絡通訊模塊容置在外殼內。
8.如權利要求7所述的系統，其特徵在於，所述摻水閥節點包括電機、渦輪蝸杆機械結構、閥門、手動控制結構、電機控制電路、無線網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絡通訊模塊、渦輪蝸杆機械結構以及手動控制結構相連，渦輪蝸杆機械結構與閥門相連，電機、渦輪蝸杆機械結構、閥門、手動控制結構、電機控制電路、無線網絡通訊模塊容置在外殼內。
9.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述無線傳感器節點的拓撲結構採用點對點、星型、樹形或網狀。
10.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述無線傳感器節點數量為一個或多個， 所述摻水伴熱控制節點數量為一個。
專利摘要本實用新型公開了一種摻水伴熱控制系統。包括無線傳感器節點、摻水伴熱控制節點以及摻水閥節點，其中，無線傳感器節點，安裝在集油閥組間或採油井的回油管路上，將採集的回油溫度信息、摻水壓力信息以及回油壓力信息輸出至摻水伴熱控制節點；摻水伴熱控制節點，安裝在集油閥組間、計量間或採油井口，接收無線傳感器節點輸出的信息，向與無線傳感器節點同屬一油井的摻水閥節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點根據無線傳感器節點輸出的信息以及預先存儲的摻水量專家資料庫確定的；摻水閥節點，接收摻水伴熱控制節點輸出的閥門開啟角度信息，進行摻水量調整。應用本實用新型，可以提高工作效率、降低能源消耗。
文檔編號H04W84/18GK202331142SQ201120429038
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者劉琪, 唐智斌, 張俊輝, 羅銀生, 郝利梅 申請人:北京助創科技有限公司, 北京必創科技有限公司