油井参数远程监控.ppt

甘谷驿采油厂油水井多参数远程监控系统研究及现场应用 甘谷驿采油厂西安丹佛尔电子科技有限责任公司 甘谷驿采油厂油水井多参数远程监控系统研究及现场应用 项目负责人 李瑞宁占强凤荣辉报告编写人 宁占强刘安伟参加人 马智渊叶政清杨晓妍冯勇刘东明蒲绥利张冠华王云刚韦贵广魏艿峰孙大伟张国俊唐芳华审核人 李瑞甘谷驿采油厂西安丹佛尔电子科技有限责任公司 目录 前言第一部分 1项目概述1 1油水井多参数远程监控系统结构图1 2系统各组成部分详细说明1 2 1数据监控中心1 2 2监测终端1 2 3通讯系统 2项目开发的过程2 1前期开发2 2中期开发2 3后期开发及试验过程2 3 1油井2 3 2水井 3项目总结3 1油井总结3 1 1只打印一口油井的功图液位信息3 1 2同时打印多口油井的功图液位信息3 1 3油井的日产液量信息 8158 1井 3 2水井总结3 2 1单井日报表信息3 2 2多井日报表信息3 3项目特色3 3 1五大突破3 3 2两大优势 4结论与认识4 1油井4 1 1自动计量4 1 2实时监测4 1 3采油制度的完善4 1 4实时报警4 1 5电机监测4 2水井4 3信息化 自动化 5项目建议5 1升级软件5 2单向通讯5 3培养专业技术人员 第二部分 1应用目的 2实验应用原理及方法2 1硬件部分2 1 1液位变送器2 1 2功图计算2 1 3电力智能模块2 1 4水井监控单元2 1 5 远程传输控制模块2 2软件部分 3实验应用步骤 4实验应用数据4 12005年至2006年系统现场初装部分实验数据4 22007年系统试验结果 5问题分析5 1油罐液位异常5 2巡检和临检的返回失败5 32008年3月维护发现的三点问题 6实验应用结论6 1实现项目立项的目的与功能6 2油井自动计量准确性6 3水井报表准确性6 4电参数检测准确性 7可靠性报告 8环境实验报告附 延安2008年1月气象资料 前言 石油能源的开发是国家高速发展的一个重要燃料 充足的石油供给使得国家经济和政治生活的正常运行得到了有力的保障 我国对石油能源的开采给予了高度的重视 在全国各个省份先后探测并开发出了一大批象延长油田之类的中大型油田 油田的诞生给国家带来了丰富的石油资源 同时也带来了一些急需妥善解决的技术问题 如何使采油工作在充分节约能耗的情况下高效率的开发 如何在稳产 增产的同时提高设备的使用效率 延长设备的使用寿命 同时 降低设备的无功损耗 降低资源的投入 如何自动化 高效率的对油水井进行管理 是油田开发面临的一项重要工作 石油能源的开发是国家高速发展的一个重要燃料 充足的石油供给使得国家经济和政治生活的正常运行得到了有力的保障 我国对石油能源的开采给予了高度的重视 在全国各个省份先后探测并开发出了一大批象延长油田之类的中大型油田 油田的诞生给国家带来了丰富的石油资源 同时也带来了一些急需妥善解决的技术问题 如何使采油工作在充分节约能耗的情况下高效率的开发 如何在稳产 增产的同时提高设备的使用效率 延长设备的使用寿命 同时 降低设备的无功损耗 降低资源的投入 如何自动化 高效率的对油水井进行管理 是油田开发面临的一项重要工作 例如 一天二十四小时的运转时间里 某些油井在某些时间段并不出油 那么抽油机在这些时段里的运行属于无产量运行 如果不能有效的控制这种局面 就会造成油田的开采成本大大提高 同时也是对人力和财力的一种极度的浪费 再例如 电机的正常工作在某种程度上也受制于工业电网的供电是否正常 及时发现供电异常并附以相应的保护措施就可以保护电机 这样既可以延长电机的使用寿命 同时也可以提高设备的使用率 还有 对油水井的管理工作长期以来都是需要人参与的 这不仅加大了对人力资源的需求 同时也提高了油田的运行成本 如果对油水井的管理工作全部自动化 这既可以节约大量的人力资源 有效的降低运行成本 还可以全面提高管理工作的效率 使油田管理工作者可以及时准确的掌握油水井的工作状态 节约能耗 增加效率 这已经是油田开采过程中的重要准则 为了把握节能增效这一准则 甘谷驿采油厂与西安丹佛尔电子科技有限责任公司合作 组织人员技术攻关 深入现场 开发出比较实用的DFYJ 2007型油水井多参数远程无线监控系统 该监控系统主要是通过对井口参数的实时监测 采用轮询 应答的通信方式 将检测到的油水井状态 通过GSM无线方式传送给采油厂实时数据监控中心 使生产管理部门能够及时掌握油水井工作状态 缩短油水井故障处理时间 提高油水井开井时率 增加原油产量 提高工作效率 系统设计遵循 实用性 开放性 可靠性 先进性 可扩展性 易维护性 的基本原则 以方便操作 可靠运行为实施根本 方案设计既立足于实际 便于实施 又着眼于未来 为发展留有余地 技术方案普遍采用近几年发展和改进的新技术 新设备 新系统 其所有硬件和软件均经过生产现场考验 经验证具有先进性和可靠性 第一部分油水井多参数远程监控系统研究 1项目概述1 1油水井多参数远程监控系统结构图本系统包括两个部分 中控系统和终端控制设备 本系统包括两个部分 中控系统和终端控制设备 油井终端设备包括一台监控机箱 其内部有电路板 变压器 蓄电瓶 电力智能模块 固态继电器 电流互感器 空气开关 外部接线端子 12v供电模块 航空插座 若干信号线和电源线 与油井监控机箱相连的有载荷传感器 液位传感器 接近开关 电流互感器和380伏电源 载荷传感器用来采集抽油机做功时的载荷 液位传感器用来采集液面的高度 电流互感器用来采集电机的用电情况 接近开关则用来控制监控机箱收集这些信号的时间频率 水井终端设备包括一台监控机箱 其内部有电路板 变压器 蓄电瓶 空气开关 外部接线端子和若干信号线 与水井监控机箱相连的有水表和压力计 中控系统包括油井和水井两大控制模块以及报警模块 1 2系统各组成部分详细说明1 2 1数据监控中心 硬件根据实际情况选用流行的个人计算机或者工控机作为服务器 P44 0GHz 512MRAM 80G硬盘 21英寸显示器或者19英寸LCD显示器 键盘 鼠标和多媒体套件 配备打印机一台 软件运行软件是整个监控系统运行时的执行软件 是本监控系统的核心 根据监控系统的实际情况 要求连续运行 运行稳定 数据录取准确 界面直观友好 操作简便 实时性好 能在尽量短的时间内反映所有被监测参量数值发生的变化 下面介绍其主要功能 数据采集功能数据定时采集 能够采集各种可以通过无线通讯平台传递到主站的不同类型的监量参数 系统可定时巡监油水井终端数据 巡监周期可按功图 电流 产量和其它量分别以半小时为单位设置 按需数据采集 采油厂监控中心可在任何时刻请求巡监一口或多口井的数据 添加 删除油水井终端 修改终端通讯参数 如地址 数据监视周期等 系统可支持多种类型的终端 至少支持以下两种 抽油井终端 水井终端 修改油水井终端参数 如各种报警限值 抽油机冲程 冲次 各传感器量程等参数 水井注入量 注入压力 并将必要的参数下发到油水井终端 数据处理功能事项报警处理功能 系统对模拟量可分别设置报警上 下限 有效上 下限 当数据越限值时可生成报警记录 可定义报警的音响效果 给出语音报警提示 事件记录 系统记录所有用户操作 通讯事件和终端报警 权限管理 所有系统操作均有授权控制 人机界面功能界面循环显示 授权用户可选择油水井 使基本信息界面可自动循环显示 显示时间可在5秒 30秒之间以秒为单位设置 报警发生时 可自动推出报警画面 并伴有声音或语音报警 生成各采集参数的时间曲线 显示示功图 功图迭加和并列对比 计算功能 支持常用函数功能 储油罐历史数据综合查询及生成报表 遥控启 停井 报表功能功能分类详细 可根据用户需求制定各种报表 丰富的图表功能增强了数据的表现能力 报表上既有数据 又可以产生曲线图 增强数据的直观性和表现力 报表预览功能 所有报表都可以在计算机上预览 和实际效果完全一样 这样加快了报表产生的速度 节省纸张 减小打印机的噪音污染 权限功能a系统应能对用户采用基于组的权限控制方式 对终端采用基于区域的控制方式 b系统向用户提供以下权限 系统管理 终端管理 控制 浏览 能控制每个用户对每个终端的访问权限 c系统管理员负责注册 修改 新用户 并为用户分配权限 负责维护系统级参数 包括 生产井缺省轮询周期 生产井缺省保持日期 d一般授权用户可以添加 修改 其管辖范围内的终端的配置参数 1 2 2监测终端 油井终端 具有如下功能 功图数据采集和数据远传 井口压力 温度测量 油罐液位储量监测 电参数标准测量值平均相电压 UA UB UC平均相电流 IA IB IC 累计用电量 控制项目电机过流 缺相自动停机保护控制抽油机间抽自动控制 水井终端 具有如下功能 井口流量 压力 温度检测 注水量适时自动调节 累计流量检测 注水过压报警 现场仪表主机 测量功图数据 载荷和角位移 测量井口储油罐液位储量测量水井井口压力 温度及瞬时流量和累计流量实现注水量自动调节测量三相 或三路 电压 三相 或三路 电流 累计单井用电量具有三相异步电动机多种保护功能 过流 欠压及缺相4路开关量隔离输出 作为启动 停止 告警贴片安装 无外部总线 较高的EMC性能防潮 防尘 防腐三防处理工作温度 40 85 测试数据自动压缩 所有数据一条短信即可 包括 载荷 我们采用自主研发的DFZ 120型载荷传感器 量程 0 120KN精度1 位置传感器 位置传感器特点是便宜 安装方便 可靠性高 我们的系统和软件可以保证位置传感器安装在任何位置 只要能够在游梁式抽油机每个冲次周期内给出一个脉冲信号就可以了 液位变送器 液位变送器选用高精度超声波液位变送器 具有全天候运行的特点 分辨率小于1mm 电流互感器 电流互感器是小型的150A 100A 50A 5A或者150A 100A 50A 1A的标准电流互感器 精度1 电磁流量计 耐压25Mpa精度0 5 高压电磁阀 耐压1 21Mpa压力变送器 量程25Mpa精度0 5 1 2 3通讯系统系统采用HD31A智能手机模块作为无线通信平台 该模块只要移动网络信号覆盖的地区都可以进行数字传输 和语音传输 短信传输三大功能 不受地理环境的限制 充分利用中国移动的900 1800MHz双频网络 保证了系统接通率更高 信号质量更好 并且无网络维护费用 降低了使用成本 2项目开发的过程 2 1前期开发自行研制载荷传感器 冲程检测开关 订购超声液位变送器 德国的电源检监控制模块 国产水阀 工控机 手机模块 还有各种线材 上位机软件和下位机软件的编写 电路板的制作 监控机箱的设计 组装所有硬件设备 进行初步调试 检查各个硬件之间的兼容性 2 2中期开发为达到界面友好容易操作 对上位机软件进行如下修改和完善 1 对上位机软件进行了一次较大的整改 分离单井的显示和操作 主界面只保留所有单井的实时刷新记录 2 对分离出的单井显示界面做了较充分的完善 除个别常规显示的数据 如测试时间 日产液量外 其余的三个电流和电压 电量和液位均用比较直观的数码管控件显示 尤其在液位的显示方面 程序还提供一个虚拟油罐 它可以将油罐现场的实际情况虚拟的显示出来 更加直观形象的说明了当前液位的变化情况 3 功图显示方面也做了较大的完善 起用了全新的功图显示算法 4 系统中添加了数据压缩算法 每条短信的通讯数据量显著增加 尤其突出在功图显示上 图形更加形象直观 5 增加了报警模块 该模块允许对报警值的上下限进行设置 主要针对三个电流和三个电压的监测 对油罐液位的监测 6 在油井单元稳定运行的情况下 添加了水井单元 水井单元可控制水阀的开度 可以收集水井的各种信息 如水表读数 瞬时流量 注水压力等 可计算出日注入量 月注入量和年注入量 7 正式组装系统 调试软件和硬件 2 3后期开发及试验过程采油厂现场测试及应用 本次测试采用的是对油水井同时监控的办法 一共有六口油井和四口水井 测试地点为甘谷驿采油厂麻科义东山 监测油井井号为 丛2 6井 T81井 丛1 7 8100 3 井 8099井 8158 1井 丛51 6井 测试水井井号为 唐81 5井 唐81 8井 丛27 1井 丛34井 2 3 1油井油井安装图 图1 监控机箱被安装在抽油机侧面 将为监控机箱配备的支架埋入地中 深度为50到60公分左右 或将监控机箱固定在支架上 载荷传感器 液位传感器 接近开关和电源线全部连接好后 将线体埋入土中 以防线体裸露而被损坏 油井监控机箱内部图 图2 每口油井配备载荷传感器一个 液位变送器一个 冲程检测装置一只 监控机箱一台 如图1所示 来自电源的380伏三相电首先通过系统电源进线口进入监控机箱的空气开关 再由空气开关经互感器转至固态继电器 最后从固态继电器连接至电机 固态继电器主要是用来在接收到控制命令的情况下导通和断开对电机的供电 这样以来 我们就可以根据需要对抽油机进行启动和停止操作 固态继电器与电路控制单元的MCtr和VDD引脚相连接 这两个引脚分别为固态继电器提供信号和电流 其中VDD引脚为继电器提供3 6v的工作用电 并且也为电路控制单元提供工作电源 从固态继电器的进线端引三根线进电力智能模块 由电力智能模块测量三个电流和三个电压以及累计电量的值 将电力智能模块的两根数据线连接到电路控制单元的485B和485A引脚上 用于使电力智能模块检测到的数据传输到电路控制单元中 电力智能模块由12v供电模块供电 而12v供电模块则连接至电路控制模块的25v和gnd引脚 同时 从固态继电器的进线端再引三根线 并且将任意两根合并连接至变压器的初级 由变压器的次级输出18伏的交流电 并传输到电路控制单元的s和n引脚 经过电路控制单元的处理为各个部件供电 将电路控制单元的bat和gnd引脚连接至蓄电瓶的正负极 为蓄电瓶提供14 5v的恒流恒压电流 GSM通讯模块安装在监控机箱内部的顶部 由电路控制单元的 12v引脚为其提供正常的工作用电 并且通过与电路控制单元的232R引脚和232T引脚相连 实现数据传输 液位变送器与电路控制单元的YWIN引脚和c12v引脚相连 YWIN引脚接收液位变送器传来的信号 c12v引脚为其提供正常的工作用电 载荷传感器与电路控制单元的ZHIN引脚和VCC引脚相连 将信号通过ZHIN引脚传输给电路控制单元 并由VCC引脚为其提供9v工作用电 接近开关与电路控制单元的CHCH引脚和VCC引脚相连 将信号通过CHCH引脚传输给电路控制单元 并由VCC引脚为其提供9v工作用电 载荷传感器 液位传感器和接近开关的信号线全部通过外部接线端子与电路控制单元连接 其中 载荷传感器 液位传感器和接近开关的信号线需要分别经由4芯 5芯和3芯航空插座连接至外部接线端子 如图1所示 载荷传感器安装在抽油杆上端 被夹在两个固定夹之间 承受抽油机工作时所产生的强大拉力 抽油机的抽油杆上下一个冲程为一个周期 在这个周期中载荷传感器会采集抽油机的载荷 得到抽油机的做功情况 并将这一周期采集到的载荷传输给电路控制单元 液位传感器被安装在油罐抽油口的正上方 它通过记数发出和接收超声波的时间差来计算出当前液面到液位传感器的距离 再通过量出油罐的长宽高 就可以进一步得到当前油罐中的储油量 接近开关被安装在抽油机支架的顶角处 使得抽油机在工作时每上下一个周期都可以接触到接近开关两次 从而使之导通两次 电路控制单元会定期采集一次载荷传感器 液位传感器和电力智能模块传输来的数据 它会在准备采集数据的初期等待接近开关第一次被抽油机的接触 并以此为起点 一旦电路控制单元接收到接近开关被导通的信号 便开始采集数据 直到接收接近开关被第二次导通的信号为止 一个抽油机工作周期结束 电路控制单元的一次数据采集也结束 电路控制单元被设置为周期性采集数据的工作方式 对采集到的数据进行保存 期限为两个工作日 之后其内部的数据就被刷新掉 如果想要得到这些被保存的数据 可以通过两种方式得到 一种为通讯方式 即由监控系统通过发送命令再由监控机箱返回数据的无线通讯方式 另一种为现场方式 即通过串口线将装有监控系统的计算机与电路控制模块直接连接读数据的有线方式 2 3 1 1油井监测试过程中发现的新问题和遇到的困难六口油井在全部安装完毕后进行了首次试运行测试 反映出的问题现说明如下 1 油罐液位异常 油罐液位值是由液位传感器获得的液面到传感器之间的距离值 被油罐高减去后得到的 如果液位异常 只有可能是液位传感器采集的数据异常造成的 我们将出现异常的液位传感器进行一次全面调试 结果未发现任何问题 可就是采集回来的数据异常 后来我们将固定液位传感器的铁架进行了一下调整 使得液位传感器与支架的间距扩大 同时旋开了一点固定液位传感器的螺母 使得液位传感器在支架上处于微松动状态 这回液位传感器采集回的数据全部正常 由此我们得出的结论是 由于液位传感器的灵敏度较高 与周围的物体需保持一定距离 并使变送器呈自由竖直状态 2 巡检和临检的返回失败 对油井的巡检和临检出现不同程度的通讯失败现象 表现为监控系统中定义的 命令响应超时 和 模块发送失败 出现问题后我们用串口调试软件对串口和通讯模块进行了调试 结果发现问题出在串口通讯线 更换了新的通讯线后巡检和临检全部正常 但是没过多久 系统再次出现巡检和临检的返回失败问题 我们照旧先对串口和通讯模块进行了检查 结果为正常 其次由对程序进行全面详细的检查 结果一样正常 最后对硬件的各个连接进行了检查 结果依然正常 后来我们发现 当把通讯模块从工控机中拿出后 通讯全部正常 无任何问题 当把通讯模块重新装回工控机中后 通讯问题开始出现 由此我们得出的结论是 由于工控机机箱的铁皮太厚 对通讯模块造成了一定的影响 从而使得通讯出现问题 我们就此问题准备对通讯模块重新安装 避免再次出现通讯问题 安装在油井旁的监控机箱也出现过类似问题 解决办法是将通讯模块的通讯天线置外 或者更换油井 例如将丛1 7井的设备挪到8100 3井 将设备安装在通讯效果比较理想的位置 在这里我们建议采油工应兼顾设备的正常工作 加强对监控设备的看管 尽量避免由于对设备无意或故意的损坏而造成监控系统的运行异常 2 3 1 2测试数据整个后期阶段测试数据包括调试阶段一的数据 其中有异常数据和错误数据 主要原因已前述 调试阶段二的数据 其中大部分为正常数据 有个别的异常显示数据 经过调整监控系统程序都已经得到处理 调试阶段三的数据 数据全部正常 系统的各个部分均正常工作 现将六口油井的调试数据显示如下 2 3 1 3油井测试小结系统十一月初投入实地监测运行 到目前为止运行情况良好 未出现过重大错误 载荷传感器 液位传感器 接近开关和电力智能模块工作正常 功图 液位 电流 电压和电量的数据返回正常 系统的数据库已经初具规模 对于多功图的导出和打印已经可以实现 对于液位的导出和打印也可以实现 以上数据真实的反映了系统在测试阶段的运行情况 由于在编写系统程序阶段投入了大量的时间和精力 加之编程阶段本身就是一个一边编写一边检监的过程 所以系统的运行到目前位置稳定 可靠 数据显示方面存在一些细小的疏漏 经过多段时间的测试和纠正 都已得到了妥善的处理 2 3 2水井水井监控机箱内部图 图3 水井部分是以八口水井为一个控制单位进行监控的 每八口水井配备监控机箱一台 同时 还要给这八口水井单独配备水阀一枚 水压计一枚和水表数据线一组 水井的监控机箱可同时处理八口水井的水表读数 瞬时流量 水压 设定配置流量等任务 监控机箱的组件有电路控制单元 变压器 蓄电瓶 空气开关和外部接线端子 图3 外部220v电源经空气开关接入变压器的初级 由变压器的次级为电路控制单元提供15v的交流电 电路控制单元的bat引脚和gnd引脚为蓄电瓶提供14 5v的直流电 将八口水井的水表的信号线经外部接线端子分别接入电路控制单元的八个flow引脚 使得电路控制单元采集到八口水井的瞬时流量信号 每个水阀的信号接入电路控制单元的pin引脚 使得电路控制单元采集到水阀的开度 同时 每个水阀的命令线接入电路控制单元的v ctr引脚 使得电路控制单元可以通过命令调节水阀的开度 通讯模块的通讯线连接至电路控制单元的rxd和txd引脚 由 12v引脚为其提供工作用电 每个压力计的信号线接入至电路控制单元的yin引脚 并由c 12v引脚提供工作用电 监控系统的水井子系统可以通过水井监控机箱 同时获得八口水井的瞬时流量 水表读数 水压和水阀开度 并且还可以同时设置八口水井的水阀开度和配置流量 2 3 2 1水井监测过程中发现的新问题和遇到的困难1 法兰不配套 原计划安装四枚水阀 两枚国产 两枚进口 国产水阀安装成功 由于进口水阀的法兰标准与国内不一致 造成两枚进口水阀的法兰与水井的不配套 故而不能安装 于是我们又定购了两枚国产水阀 以达到本次水井监测数量上的要求 2 水井瞬时流量太小 四口参与测试的水井瞬时流量均为0 2方 小时左右 瞬时流量太小 而国产水阀的调节精度为调节水阀的一个刻度值的开度 注入量变化基本上就在1方 小时左右 所以虽然可以实现调节水阀的功能 但不能满足注水站的工作需求 最后根据实际情况另外定做了两个进口阀芯 把最小的调节量减小到每一刻度0 15方 基本满足了现场需求 3 巡检和临检的返回不理想 巡检和临检水井时总是需要多发一到两次命令 才能成功巡检和临检一次 鉴于该问题与油井的类似 我们在测试了一遍串口和通讯模块后确定是由于监控机箱的屏蔽造成信号的不好 经过处理后现在已经解决该问题 2 3 2 2测试数据对水井的测试主要是从数据的收集入手 以下为测试阶段四口水井的数据情况 唐81 5 唐81 8 丛34 丛27 1 2 3 2 3水井测试小结以上是四口水井半个月的测试数据 测试方式为每两个小时巡检四口水井一遍 一天共收到每口井的测试数据十二条 水井监控机箱通过通讯模块向监控系统返回每口水井的累计流量 瞬时流量和水压三种数据 监控系统会根据返回的数据向系统用户显示出每口水井当前的累计流量 瞬时流量 日注入量 月注入量 年注入量和水阀开度等信息 所有被列举的数据均可在上图所对应的水井中找到 3项目总结 本项目从研发初期到最后试验性矿场运行 历时三年多 共实现预期功能二十三项 其中 系统中的报表功能在经过多次的修改和完善后 现在已经完全能够满足日常工作需要 3 1油井总结系统可以根据用户需要打印出单口或多口油井的功图 液位信息 包括冲程 冲次 最小载荷 最大载荷 抽油机运行情况和油罐液位 液量 也可以同时打印出多口油井的功图 液位信息 系统还可以根据用户的具体需要 打印出每口油井的日产液量报表 如下图所示范 3 1 1只打印一口油井的功图液位信息 3 1 2同时打印多口油井的功图液位信息 3 1 3油井的日产液量信息 8158 1井 3 2水井总结系统可以根据用户的需要打印出每口水井当天的日注入量报表 还可以打印出每口水井在某一天的日注入量报表 除此之外 系统还可以打印出所有水井某一天的日注入量报表 如下图所示 3 2 1单井日报表信息 3 2 2多井日报表信息 报表的具体功能需要根据用户的具体需要来制定 可以根据用户的不同需求来设计更加方便使用的报表功能 以便使得用户的工作简化 效率提高 3 3项目特色 3 3 1五大突破3 3 1 1在甘谷驿采油厂实现了对油井的自动计量油井计量是油田开发工作中的最基础工作 及时 准确的掌握油井第一手资料产量的变化 是困扰我油田多年的问题 本系统填补了我油田油井自动计量的空白 3 3 1 2在甘谷驿采油厂实现了对油井的远程实时监控本油田油井管理主要靠人工现场观测 该系统在完成油井自动计量功能的同时 实现了对油井的远程实时监控 包括抽油泵做功状况 抽油机故障实时监控以及自动报警 及时发现 解决采油作业中的问题 确保采油作业顺利进行 3 3 1 3在甘谷驿采油厂实现了对注水井的远程监控以往不同的监控系统虽然在软硬件的使用以及在名称的叫法上各不相同 但是主要功能都是测控抽油机的做功情况 没有创新之处 而本系统彻底打破了陈规 在专心做好油井监控的同时还精心研发出了水井监控 这在延长油矿的科技项目上是史无前例的 3 3 1 4远程电机监测功能为了使得系统能够最大程度的监控采油井的各项硬件设备 本系统特别添加了对电机的监控功能 这项功能的实现使得采油井的管理者可以及时掌握电机的各项重要的工作参数 大大方便了采油井的管理者的日常维护工作 同时也在抽油机工作制度的制定上提供了可靠的依据和极大的便捷性 3 3 1 5全新的功图绘制理念油井监控的核心工作是对抽油机做功情况的及时了解和掌握 要做到这一点不仅要采集到抽油机全程的做功细节 还应该根据掌握到的资料绘制出能够真实有效的反映抽油机做功情况的功图 在这一点上 不少的油井监控系统均采用了老式的时间载荷画法 而本系统采用了全新的自主研发的位移载荷画法 以下是两种方法的对比 3 3 2两大优势3 3 2 1功能齐全 稳定可靠本系统功能齐全 大小功能二十余项 极大的满足了采油厂的日常工作需要 本系统从研发到现场试验 从总体规划到系统实现 多项检验层层把关 而且 系统所用到的所有硬件设备除研发人员自行设计的以外全部来自世界知名厂商 性能可靠 参数测量准确 加之 系统后期的监测周期充足 测试程度高 系统经历的测试环境复杂多样 这些都为系统的稳定可靠运行打下了坚实的基础 3 3 2 2性价比高系统在经过测试周期之后 达到了良好的预期运行状态 为了系统性能的持久和寿命的延长 在系统的研发过程中投入了大量的人力物力 软件方面做到了及时返工及时总结 硬件方面使用了一线产品 系统在不增加成本的基础上 总体的性价比在同行业的产品中是较高的 4结论与认识 系统自现场试验以来 除进行过一些修正和改动以外 没有发生和发现任何其它的异常现象 系统运行稳定 各项功能成功实现 界面显示具备友好性 系统运行过程中收集到的油井临检数据和巡检数据 水井临检数据和巡检数据除个别调试阶段的异常数据外 其余所有的数据均真实有效 油井相关的所有数据维护子功能执行情况良好 开启和停止电机工作的命令也已经实现 并且专为油井设计的 工作制度制定 子功能也已经通过了试验 运行效果良好 水井除过临检和巡检外 最重要的报表功能也已经实现 可以打印出用户需要的报表 通过对系统的现场试验 以及对试验中得到的相关数据的分析 我们认为项目开发前所要预期达到的功能已经全部实现 系统运行情况良好 本次项目的开发过程顺利结束并且该系统目前已实现以下功能 4 1油井4 1 1自动计量自动计量罐内液量 及时 准确的掌握油井产量的变化 从而解决了困扰我油田多年的油井计量第一手资料问题 填补了我油田油井自动计量的空白 4 1 2实时监测油井示功图实时监测实现无线传输 监测数据包括冲程 冲次 最小载荷 最大载荷 抽油机运行情况 4 1 3采油制度的完善连测的示功图资料可以判断油井的上液间歇状况 采油制度制定由定性上升为定量 4 1 4实时报警远程控制油井启动 停止运行 实现油井故障实时报警功能 4 1 5电机监测电动机的各项重要的工作参数远程采集 监测数据包括平均相电压 UA UB UC 平均相电流 IA IB IC 电机功率 功率因数 累计用电量 4 2水井4 2 1自动监测注水井瞬时流量 累计流量 日注入量 月注入量 年注入量等参数 4 2 2自动监测水阀开度 注水压力信息 远程控制水阀开度 实现平稳注水 4 2 3自动生成 打印单井 多井注水报表 降低工人劳动强度 4 3信息化 自动化4 3 1本系统的应用有利于油田自动化 信息化建设的开展 4 3 2实现油水井网络化 数字化管理 文件报表共享 5项目建议 到目前为止 系统运行稳定 各项功能均已实现 投入生产运行的所有条件均已具备 但是 在系统正常运行的这段时间里 我们还是总结了一些日后系统运行需要的建议 5 1升级软件项目开发的过程往往对较为重要的原理和技术考虑较多 在某种程度上忽视了一些次要的环节 在该系统的原理和技术实现上投入的时间和精力远比其他方面的多 建议在日后的系统改造工作中 在系统稳定运行的基础上对系统硬件的整体布局进行更加合理的调整 5 2单向通讯我们设计的远程监控系统 它的信息传播媒介是移动的GSM 通信模式是一问一答式 即监控中心向终端发送请求命令 然后终端根据监控中心的请求发出相应的回答命令 这种一问一答式的通信模式每次的花费为两条短信息的费用 即我们为了了解终端的工作情况 必须先发送一条命令短信 告诉终端我们需要了解它的哪些情况 然后终端再根据我们的要求发送一条响应短信 从而告诉我们需要了解的情况 可是 有些我们需要了解的情况其实并不需要我们每次都通过发送命令短信的方式来获得 我们可以使终端定时向我们汇报自己的工作情况即可 这样就可以节省一半的通讯费用 建议在日后的系统改造过程中 将通讯模式改为单向通讯 即终端定时向监控中心发送一条含有自己运行情况的短信 5 3培养专业技术人员油水井多参数远程监控系统是一个全新的 现代化的生产管理系统 它在硬件 软件方面都具有一定的专业性 因此 在日后的维护工作中 熟练掌握设备的安装与应用 是今后工作的重点 只有熟练掌握设备的性能与维护 才能充分发挥系统的效益 第二部分油水井多参数远程监控系统现场应用 1应用目的 检验本系统中各模块的工作情况 对GSM网络的通讯可靠性进行测试 通过长期实验检查本系统是否能够完成最初的设计目标以及系统可靠性 系统主机箱以及系统中各模块功能检验如下 1 液位传感器监测储油罐液面的液位 分析罐中储油量 2 示功仪测试油井示功图对抽油机工作进行实时监控 3 远程监控供电状态 实时测量电参数并采集 平均相电流 平均相电压 功率因数 累计用电量 对电机提供保护 4 注水井工作情况远程控制 注水压力 流量 累计流量 以及注水流量自动调控 水井故障实时报警功能 5 GSM远程监控模块监视并控制油井工作 数据实时更新 远程定时 实时开关显示 油井实时报警功能 6 检验远程控制系统在野外各种作业环境 如温度 震动 雨雪天气等的连续工作状态 2实验应用原理及方法 2 1硬件部分在远程监控系统实验中实现了以下功能 2 1 1液位变送器液位变送器选用高精度超声波液位变送器 具有全天候运行的特点 分辨率小于1mm 液面液位监测 使用液位传感器自动计量罐内存液量 实现油罐储油量的实时检测 指导作业单位及时 准确的掌握油井生产第一手资料 液位变送器与电路控制单元的YWIN引脚和c12v引脚相连 YWIN引脚接收液位变送器传来的信号 c12v引脚为其提供工作用电 2 1 2功图计算远程油井示功图实时测试 监测仪器 仪表数据定时实时更新 当检测到冲程测试模块发出的第一个脉冲信号 开始记录载荷模块信号 检测到第二个脉冲信号停止记录在和模块信号 通过采集到载荷数据 计算功图 主要有两个功能部件完成 1 冲程测试模块 使用了接近开关传感器 特点是便宜 安装方便 可靠性高 只要能够在游梁式抽油机每个冲次周期内给出一个脉冲信号就可以了 监测抽油机的冲程 与载荷传感器配合工作 接近开关与电路控制单元的CHCH引脚和VCC引脚相连 将信号通过CHCH引脚传输给电路控制单元 并由VCC引脚为其提供9v工作用电 2 载荷模块 使用了我公司自主研发的DFZ 120型载荷传感器 量程 0 120KN 精度1 载荷测试模块监测抽油机的载荷量 配合冲程测试模块工作 载荷传感器与电路控制单元的ZHIN引脚和VCC引脚相连 将信号通过ZHIN引脚传输给电路控制单元 并由VCC引脚为其提供9v工作用电 2 1 3电力智能模块实现电参数标准值 平均相电压 UA UB UC 平均相电流 IA IB IC 电机功率 功率因数 累计用电量 的实时监测和显示 将电力智能模块的两根数据线连接到电路控制单元的485B和485A引脚上 用于使电力智能模块检测到的数据传输到电路控制单元中 电力智能模块由12v供电模块供电 而12v供电模块则连接至电路控制模块的25v和gnd引脚 2 1 4水井监控单元使用了耐压25Mpa精度0 5 的电磁流量计和耐压1 21Mpa的高压电磁阀 对注水井工作情况远程控制 注水压力 流量 累计流量 以及注水流量自动调控 水井故障实时报警功能 2 1 5 远程传输控制模块实现对实时监测的数据进行远程传输 并且实现来电显示判断以及远程定时 实时开关显示 油井实时报警功能 系统采用HD31A智能手机模块作为无线通信平台 该模块只要移动网络信号覆盖的地区都可以进行数字传输 和语音传输 短信传输三大功能 不受地理环境的限制 充分利用移动的900 1800MHz双频网络 保证了系统接通率更高 信号质量更好 并且务网络维护费用 降低了使用成本 GSM通讯模块安装在监控机箱内部的顶部 由电路控制单元的 12v引脚为其提供正常的工作用电 并且通过与电路控制单元的232R引脚和232T引脚相连 实现数据传输 电路控制单元被设置为周期性采集数据的工作方式 对采集到的数据进行保存 期限为两个工作日 之后其内部的数据就被刷新掉 如果想要得到这些被保存的数据 可以通过两中方式得到 一种为通讯方式 即由监控系统通过发送命令再由监控机箱返回数据的无线通讯方式 另一种为现场方式 即通过串口线将装有监控系统的计算机与电路控制模块直接连接读数据的有线方式 2 2软件部分 监控系统上位机软件 是本监控系统的核心 本软件可以连续稳定运行 数据录取准确 界面直观友好 操作简便 实时性好 具有以下主要功能 2 2 1数据通讯 2 2 2仪表数据实时换算及实时显示 2 2 3二次计算量实时更新 2 2 4实时曲线显示 2 2 5简洁的遥控功能 2 2 6报警功能 2 2 7数据保存功能 GSM数据远程监控系统软件1 0主要由 终端设置 串口设置 水井操作 数据维护 单井操作 抽油机控制 和 报警设置 六大主要功能部分组成 终端设置 对终端的添加和删除操作 串口设置 设置串口 数据维护 对抽油机的采样数据的控制操作 单井操作 检查抽油机工作状态 抽油机控制 启动 停止及编辑抽油机工作状态 报警设置 数据异常时的报警显示设置 3实验应用步骤 甘谷驿采油厂工程技术人员与西安丹佛尔电子科技有限公司技术人员于2005年至2008年 在甘谷驿采油厂油田驻地 王苍山 野狐子沟山 麻科义东山进行油井功图 液位和电压检测 水井参数等单项以及联合试验应用调试 3 1装机 调试系统功图 液位模块功能 3 2调试电压检测模块功能 3 3GSM远程通讯调试以及油井远程监控软件调试 3 4水井功能调试 测量水井井口压力 温度及瞬时流量和累计流量 实现注水量自动调节 3 5水井远程监控软件调试 综合联调 4实验应用数据 4 12005年至2006年系统现场初装部分实验数据 图12005年12月21日11 376414 4井油罐液位图 中 功图 右 图22005年12月22日0 006414 4井油罐液位图 中 功图 右 图32006年4月21日10 491288 20井油罐液位图 左 功图 右 图42006年4月23日8 001288 20井油罐液位图 左 功图 右 4 22007年系统试验结果 图52007年10月15日T81井液位图回放 左 功图回放 右 图62007年10月15日丛2 6井液位图回放 左 功图回放 右 图72007年10月16日T81井电量模块回放图电流电压 左 电量累计 右 图82007年10月16日丛2 6井电量模块回放图电流电压 左 电量累计 右 2008年3月初 西安丹佛尔电子科技有限公司派出技术人员在甘谷驿采油厂的协助下对所装系统进行了维护 维护采集数据如下 图92008年3月20日8099井监测回放图电量监测 左 液位监测 左上 功图 右上 图102008年3月22日8100 3井监测回放图电量监测 左 液位监测 左上 功图 右上 注 因数据量巨大所以不能一一例举 5问题分析 2005年8月 在初次装机时 无线通讯模块我们使用了GPRS模块 在试运行一个月后 发现该模块在信号以及通讯的便捷性上相对于GSM模块都有一定的缺陷 于是 在2005年9月我们改用GSM模块取代了GPRS模块 使用GSM网络的短消息功能实现系统的远程监控通讯 2007年10月中旬六口油井在全部安装完毕后进行了首次试运行测试 反映出的问题 5 1油罐液位异常油罐液位值是由液位传感器获得的液面到传感器之间的距离值 被油罐高减去后得到的 如果液位异常 只有可能是液位传感器采集的数据异常造成的 我们将出现异常的液位传感器进行一次全面调试 结果未发现任何问题 可就是采集回来的数据异常 后来我们将固定液位传感器的铁架进行了一下调整 使得液位传感器与支架的间距扩大 同时旋开了一点固定液位传感器的螺母 使得液位传感器在支架上处于微松动状态 这回液位传感器采集回的数据全部正常 由此我们得出的结论是 由于液位传感器的灵敏度较高 与周围的物体需保持一定距离 并使变送器呈自由竖直状态 5 2巡检和临检的返回失败对油井的巡检和临检出现不同程度的通讯失败现象 表现为监控系统中定义的 命令响应超时 和 模块发送失败 出现问题后我们用串口调试软件对串口和通讯模块进行了调试 结果发现问题出在串口通讯线 更换了新的通讯线后巡检和临检全部正常 但是没过多久 系统再次出现巡检和临检的返回失败问题 我们照旧先对串口和通讯模块进行了检查 结果为正常 其次由对程序进行全面详细的检查 结果一样正常 最后对硬件的各个连接进行了检查 结果依然正常 后来我们发现 当把通讯模块从工控机中拿出后