一种基于油田输油管道的通信方法.pdf

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化工自动化及仪表
第41卷
种基于油田输油管道的通信方法
杨充王艳丽杨鹏鄰海霞李京子李亚萍
(1.西安长庆科技工程有限责任公同,西安710018:2.陕西科技大学镐京学院,陕西成阳712046;
3.长灰油田第五采气厂,西安710018)
摘要介绍了一种新的输油管道通信方法,它由连接在通信介质一端的前滿机和连接在通信介质另
一端的终端机组成,利用输油输气管线实现数据的传输。
关键词输油管道通信数据传翰埋地管线接地电阻
中图分类号TH862
文献标识码B
文章编号10003932(2014)12414403
在油田数字化发展趋势下,油气田开发、生产用管道和大地作为通信介质米传输信号。管道通
过程中需要将分散在一定区域内的多个生产点信线路前端机和终端机均有两个端口:D口(数字
(如抽油井或采气井)的工况数据传送到监控中口)和A口(模拟口)。线路前端机的D口接
心,以便进行集中监控或数据处理山。目前多以 SCADA系统或DCS系统的计算机数据端口;A?
有线或无线通信方式为主,但由于油气田地处环接管道前端和大地,即A口的一端接在管道上
境比较复杂,存在无线通信设备易被偷盗及破坏另一端接在距管道埋地点大于30m的接地极上。
等问题。为此,根据油田发展需要,笔者提出了
线路终端机的D口接现场RTU的数字端门;A
种新型管道通信方法利用各井站到集输站的接管道和大地,即A口的一端接管道末端,另
埋地管道完成生产数据的传输。
端接距管道埋地点大于30m的接地极士.。前端
机和终端机A∏的接地极接地电阻要求小于
1管道通信方法的基本原理
32。抽油机数据采集监控系统屮,利用管道通信
利用单管道进行数据传输的基木设计思想是机进行数据通信的安装接线如图1所示
接RTU数传端口
接监控室计算机数传端口
RTU
接接地极
接管道前端
线路
采油井
前端机
国
?n
埋地管线
接接地极
于30mm
大于30m
接管线末端
图1管道通信机的数据通信安装接线示意图
将图1简化为图2,阐述其通信原理。监控管道的发送端最大。假设在管道埋地的地域内地
室计算机或现场RTU发送信号时,线路端机将D电阻是均匀的,则管道上的电流密度在管道的长
门切换为输人端,A口切换为输出端,数字信号经度方向上按一定的梯度下降,那么在管道末端线
处理调制成载频信号-2,自A口发送到管线和接路终端机的A口上有一个微小的信号压降,这个
地极上。A∏的负载电阻是埋地管线和接地极间信号斥降经线路终端机滤波放大、解调、整形后,
的地电阻,由于管道埋地,其接地电阻是很小的,
A口发送出的电流被埋地管道吸收,电流密度在①收稿日期:201440-5
第12期
杨充等.一种基于油田输油管道的通信方法
从数字端凵D输出,完成数字信号的传输。这种
管道的接地电阻Re在数值上等于从管道埋
传输和接收是双向的,受数字设备的端口协议控地端开始与接地极之间单位长度上的接地电导沿
制。设计线路端机时,前端机和终端机只是安装管道长度方向上积分的倒数,即
位置不同,功能是相同和对称的,同一个线路端机
既可安装在线路前端又可安装在线路终端,信号
的发送和接收是双向的。当现场监测点是多点时
共中,p(x)是一个非常复杂的函数,与土壤
(如多个油井的信号采集和监控),可用RS485性质、大气、管道直径、管道长度、地下管网结构、
协议完成多个站场的数据采集和监控。
管道是否防腐处理以及施工质量等因素有关。经
接监控室计算机
接现场RTU
数传端口
数传端口
粗略估算R值很小,因此当管道前端与接地极间
地管道
发送一个一定功率的信号时,在管道末端信号电
线路
线路
前端机
终端机
平是相当小的。经试验分析,对于DM0mm的无
缝钢管,在甘肃黄土高原地区,管道无防腐处理深
图2管道通信机进行数据通信时
1m、管道长度为2km时,管道前端信号为1W?h
安装接线简化示意图
管道末端能获得大约2mV的信号
2管道通信实现方式
前端机与终端机的工作原理如图4所示,前
按照常规工程设计思想,管道与接地极同时机与终端机均包括限幅放大电路、滤波电路、选
埋地时.工程上认为两者之间是短路的。但理论频放大电路、自动増帝拦制电路解电路、整形
上两者之间存在微小的阻抗,其集中参数等效电放大电路、模拟量电子开关、数字量电子开关、功
路如图3所示。
率放大器、调制电路、载频发生电路和收发控制电
接监控室计算机数传端口
接现场RTU数传端口
路。模拟量电子开关输入端一方面经管道和大地
接收管道送来的信息,另一方闻向管道发送经功
前端机
线路
率放大器放大的调制信号。调制信号由载频发生
终端机
电路和整形放大电路控制;接收与发送由收发控
制电路控制。从管道上接收的信息经限幅放大电
图3集中参数等效电路
图3中,是把管道看作明线时的电感,C是路滤波电路、选频放大电路、自动增益控制电路、
管道与接地极之间的电容,R是管道与接地极之
解调电路和整形放大电路分别处理后,送入数字
间的电阻。3个参数中L比明线时小;C随管道
量电子开关输人端。数字电子开关接收外部控制
的粗细而定,一般均比明线时大。如果合理选装置的命令或信息,并将其通过整形放大电路整
择传输系统的载波频率,则L和C可忽略不计,起
形后分两路:一路控制收发控制电路打开模拟电
子开关用于向管道发送数字信号,另一路由调制
决定作用的参数是R。R是接地极的接地电阻R
电路、载频发生电路和功率放大器处理,并通过模
和管道的接地电阻R的串联,即:
拟电子开关向管道发送命令和信息。
R=R+R
限幅放?→→放?动电平控画画形放?
A日?电子开关
收发控制
子开关にD日
功率放?
整形放大
载频发生
图4前端机与终端机电路工作原理框图
在油田抽油井数据采集监控系统中,地下管的管网系统,使用地下管道和地作为通信介质时,
道连在一起,且管网庀大,因此接地电阻比单管的要进行现场测试以确定端机的发送功率。
小,故需增大发送数据时的发送功率。对于特定
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