前言
传统油田费力且效率低，数字油田技术给现代油田注水监控提供了很多便利，大大的改善了这一现状，油田RTU的设计以嵌入式为主，多应用ARM内核的低消耗32位的处理器，成本低，另外，PC／OS—II操作系统由于其可移植性好、稳定可靠、实时性高等特点广泛应用于嵌入式系统 平台中．本文基于ARM Cortex—M3设计一种应用 于数字化油田的小型RTU，但仍然存在着注水不足或过多的情况。本项目旨在建立计量间注水分布式智能控制系统，在计量间内实现注水智能调节功能。RTU 即是根据这一理念所创造的系统,它能改进数字油田在注水过程中的有效监控。
2. 系统的总体结构设计
远程的控制终端的英文简称RTU，RTU的主要功能是对生产现场装置以便进行监测、管理并且进行数据的收集。RTU有着巨大的数据存储空间、强大的通信能力，还能在极为恶劣的环境中正常使用，油井作业有着作业区域狭窄、环境潮湿等问题，RTU装置能够不受这些恶劣环境的影响，RTU的这些特点决定了其在油田生产中能够发挥至关重要的作用。
分布式控制系统注水采用现场数字仪表采集处理，经光纤或无线网络传输到生产指挥控制中心服务器端，在服务器中进行数据存储，然后通过 web 网页进行实时数据显示。中央系统操作人员对数据进行分析，进而远程控制注水。如图 1、2所示。
图 1 注水控制原理图
图 2 注水工艺原理图
注水工艺原理:将处理过的低压水加压成高压水然后设定注水量分别注入注水井中
模糊智能控制算法:利用模糊数学的理论和方法。这种算法的特点刚好与油井中各种仪表的浮动相符合能够达到精确的控制，因此选用模糊控制作为核心算法。
智慧节点的理念如下图3：
图 3 智慧节点
这些智慧节点是彼此联系的，某一节点出错会及时发现。
图 4 注水控制系统框图
3.RTU应用需求
安装在油气田现场的RTU，他们需要在严寒、高温、高湿、高海拔、电磁干扰等诸多恶劣环境条件下长期且稳定的工作，因此，它的设计和生产应该满足与环境相适应和匹配的机械性能与电磁兼容性，要考虑运行的可靠性、可维护性和可扩展性，要兼顾经济的合理性。因此，在油气田RTU的方案及产品选择中，需要满足以下要求：1)坚固可靠、功耗小。基于油气田在全球的分布状况，RTU需要满足严苛的现场环境要求，例如我国西北部的油田大多分布在广袤的沙漠之中，西北部昼夜温差极大，需要RTU具有良好的高低温特性，同时，油气田现场的大功率电机设备，会产生强大的电磁干扰，因此，良好的高低温特性、电磁兼容性是RTU可靠工作的必要条件。2)很多个前端数据采集点，满足企业多点监控，且有较高的精度要求。在一些较大规模的油气田现场，如丛式井场等，采集与监控的点数极多，需要RTU具有较多的I／O点数。且要求扩展方便，一些数据采集点还有较高的精度要求，传统的RTU无法满足这些应用需求。3)支持实时多任务操作系统。高性能的R11J必须能够支持实时多任务操作系统；目前，主流的嵌入式操作系统均具备实时多任务能力。因此，嵌入式操作系统的引入，对提升RTU的整体性能，如对标准编程语言的支持、各种工业标准通讯协议的支持等，具有无可替代的作用。4)足够的数据处理容量和大容量的数据存储容量。新型数字油田系统要求现场前端RTU具有足够的数据处理能力和大容量数据存储能力，强大的运算能力可以满足油气田现场多点数据采集及大量数据的预处理要求，而大容量的数据存储能力则可以保证控制网络出现暂时性故障时，可以对数据进行本地暂存以保证数据的连续性和完整性，传统的基于8位单片机的RTU，无论是运算能力及存储能力，均无法满足以上要求。5)较强的通讯能力，并支持多种标准通讯协议。具有较强的通讯能力的RTU，可以很好的支持前端多个现场仪表及与后端系统的高速数据传输，同时需要支持多种标准通信协议，如MODBUS TCP／IP、MODBUS RTU、MODBUS ASCIl、DNP3等。6)应用程序的开发及系统管理的维护与升级提供了方便。与传统的油气 田控制系统不同，新型数字油田系统具有更强大的功能，其应用软件的复杂度也远高于早期的系统，同时，不同的油气田现场其功能也有差异，因此，需要能够有比较简单的应用程序开发及系统维护与升级方式。
油田在进行生产的过程中，最重要的部分就是采油井,采油井通常位于相隔较远的采油井场。工作人员通过RTU就能实时了解每个采油井的工作状况，对采油井的监测与管理为采油队的重要工作。当前，多数油田对采油井的监测依然还是日工巡检方式，这种方式容易受到外界环境的影响，比如雷雨、暴雪等极端天气，这就导致巡检结果不准确、巡检拖延等问题，采油队不能获得最新的采油井信息，相应的配套装置和生产措施不能及时提供，这就大大影响了油田的生产效率。油田生产正在向着信息化的方向发展，油田企业必须对信息化建设给予足够的重视，大力引进先进的自动化装置，这样就能对油田的生产状况做到充分了解。RTU有着优秀的计算能力、强大的环境适应力和多样的通信接口，RTU的这些特点就决定其成为了油田生产中的核心装备。
4.结论
RTU,实现了计量间内就地控制,减少了二次数据处理量,降低了大量计算对于计算机的风险,明确生产指挥中心控制决策和监控管理功能，有助于构建结构合理、功能齐全和协调高效的数字油田分布式控制集散管理系统。该系统减轻了施工人员的劳动关系强度，将工作转移到了智能控制模块中,提高了系统运行的可靠性，这一些多方面的优越性让RTU成为数字化油田建设成果的一次突破，其未来具有广阔的应用前景和使用价值。
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