单井自动计量系统故障分析

1、单井生产自动计量系统故障分析工艺所计量室 王祯元应生产优化简化的要求，我厂自2006年底以来，逐步推广使用了由万众科技公司开发的单井生产自动计量系统，截至目前，我厂已有223口油井、16口水井采用了该计量系统。随着万众公司的逐步退出，我工艺所计量室逐步接手该系统的现场维护和后台监测工作，为提高单井维护的效率，保证自动计量系统的正常运行，结合目前掌握的情况，现对单井生产计量系统故障作如下分析。以下为自动计量系统工作原理示意图。一油井方面：应用于现场的计量设备主要包括无线压力变送器、无线载荷变送器、测控主机rtu、电参模块、gprs模块等。自07年开始，大部分油井和新投产井使用的计量设备已经出现老

2、化现象。万众负责单井维护的时候，当出现设备故障，通常是更换上已经返修过的设备，这些设备除去已经进行过内嵌程序升级外，内部的线路、电子元件已经老化，成为设备再次发生故障的隐患，并致使一口井在维修完几天后又出现故障。大部分单井自动计量系统设备老化，是造成现在故障率高、返修率高的首要原因。但目前从节约维修成本的角度考虑，我组仍然本着优先使用替换下来的经过返修的设备原则，但这样存在一个弊病，造成目前我组日常维修量大，又限于新设备短缺、天气等原因，常常造成某些井的维修工作延期，给正常的计量工作造成不必要的损失。根据目前掌握的一些维修经验，单井计量系统出现的情况在后台监控端往往表现为：1. 无功图无液量无

3、电参； 这种情况出现的较少，出现这种情况的单井需要首先考虑到通讯问题。现场采集的数据经过测控主机rtu处理以后，由gprs通讯模块以短信的方式每30分钟向后台主机发送一次数据。测试是否为通讯问题，可以通过观察gprs通信模块上的三个绿色状态灯，在正常通讯的情况下，三个状态灯同时亮着；如果不亮可以联系后台，核对后台设置的gprs地址是否正确（此种情况出现的较少，大多在新井安装计量设备时出现），反之，则gprs通讯模块跟后台联系正常，则可以进一步判断，是否是gprs通讯模块跟主机rtu之间的数据不通造成的数据不传，可以更换两者之间的232连接线判断；如果仍然不通信，可能是gprs模块自身的问题，可

4、以更换一好的gprs模块解决。其次，考虑测控主机rtu是否出现故障。我厂的设备大多为2007年所上，主机型号相对较老多为wz605a型以及wz605b型，在以往的rtu维护期间，只有内嵌程序不断优化升级，在无线压力变送器、无线加速度载荷变送器或者电参模块升级的情况下，由于版本的兼容问题造成了主机rtu对采集数据的处理出现了故障，从而导致数据不传。 图1 测控主机rtu在确定现场的gprs模块运行正常后，可以选择复位测控主机（给rtu断电后重启），观测主机显示页面上的数据项是否变化，在数据停传后，rtu采集的数据会储存到自身的存储模块内，并在显示页面上显示数据条数，如果复位后数据条数依然没有变少

5、，则可以证明rtu出现了问题，需要更换新的主机设备。2. 无功图无液量功图量油法是抽油机井自动化量油的基础，该技术依托无线载荷变送器或者加速度载荷变送器采集的载荷数据，经过gsm无线通信传递给测控主机rtu处理为地面功图，再经由其内部的功图量油算法计算出产液量传输给后台。在测控主机正常运行模式下，可以说，没有功图肯定没有液量。由于设备升级换代，我厂目前同时安装有带有霍尔传感器的无线载荷变送器和依据加速度定位上下止点的加速度载荷变送器。测控主机测算不出液量时，在运行模式下，翻动功能键到地面功图页面，会看不到功图或者功图紊乱。据此可以判断载荷采集不到数据或者采集数据不正常。霍尔传感器的触发点通常安

6、置在抽油机底座曲柄所经过的下死点的位置，由于雨水侵蚀或者人为破坏的原因造成霍尔传感器信号线的缺损，造成功图的缺失是带有霍尔传感器的载荷常出现的问题，所以现场通常会先检查一下信号线是否缺损再决定是否需要更换新的载荷。图2 加速度载荷传感器现场使用的载荷变送器采用了微功耗技术，内置的电池正常情况下可以支持3年的使用寿命，但是载荷上的两个压力传感器受力体由于受到交变压力的反复作用，通常情况下一个新的载荷传感器在正常使用1年以后它所采集的数据就会失准甚至测不到载荷数据，例如歧633-4井的载荷所测的载荷数据突然增大，亦即通常说的“漂移”，明显不符合实际的情况，对液量的计量工作造成一定影响。图3 庄74

7、-2井2010年9月10日地面功图更换新的载荷后，测得正常的地面功图。图4 歧633-4地面功图新载荷安装以后，测控主机地址须改为载荷上标注的地址，周围是同一个测控主机拖带的压力变送器以及流量计的地址设置都应与新上的载荷地址保持一致，以保证通讯的正常进行。现场进行测试载荷数据采集的情况，可以用强磁铁触发载荷，如载荷和测控主机rtu通讯正常，在主显示页面右上角状态显示为0/1，同时主机被触发（主机会滴答响一下），意味载荷开始采集数据并向rtu传输数据；随后，rtu状态显示为0/3，则rtu开始采集电参数据，可以看到此时的电参运行灯和状态灯同时长亮。rtu控制内置的继电器给gprs每30分钟供电一

8、次以发送rtu采集的数据（主机会发出连续的滴答声）给后台，此时rtu状态显示为1/3。3. 无功图无液量有电参当后台监测到某一口油井既没有地面功图也没有液量的时候，并不能完全判定是载荷或者主机rtu出了问题，如歧679-1这口井，2010年9月15日监测到没有功图和液量数据，然而观测其电参数项发现该电参参数的测量时长为20s，基本上可以判定该井的霍尔传感器出了问题。原则上测试主机在被载荷触发后，先测量载荷数据再测量电参数据，所以载荷的触发时间决定了电参的测量时长，然而当载荷触发出了问题，测试主机rtu仍然会按照内置的20s测量时长测量电参数据，所以据此判断歧679-1井的霍尔传感器可能出现问题

9、。图5 歧679-1电参曲线 之后赶到现场后，发现安置在曲柄上的强磁铁与抽油机底座上的psg信号线之间不对正，经停井操作将曲柄停到下死点位置，调整强磁铁与psg信号线对正，开井后5分钟主机收到载荷触发信号，开始采集数据，并向后台传输，维修完毕。 图6 维修后歧679-1电参曲线图4. 其他情况gsm天线或者gprs天线损坏；控制柜电源开关跳闸；gprs死机（断电重启）；测控主机rtu死机（断电重启）；gprs手机卡烧坏。二 水井方面和油井一样，单井自动化计量系统给水井的压力资料录取、注水流量控制带来了极大的方便。目前，一套完整的应用于水井的自动化计量系统包括流量计、智能流量控制器、无线压力变送

10、器、太阳能控制柜等。我厂116口水井中，有16口水井单独应用了该计量系统，达到了水井自动化可控的目的。非可控水井当中，安装有无线压力变送器以及无线流量计的水井通过设备自身的转发功能向临近的某一台测控主机（通讯距离在50m以内）发送数据，最后到达后台。重要的一点是，一台测控主机拖带多口井（至多5口）时，后台要相应添加所被拖带井的位置，以区别数据的井别。无线压力变送器的高位地址hsnr设置为主托井的地址，流量计的地址adds设置为主托井的地址。此类水井测控出现数据不传情况通常是1. 地址设置错误导致设备与测控主机之间的不通信。2. 后台未添加被拖带井的位置，无法处理已测得的数据。3. 设备自身故障

11、，如电池没电或者外力导致的设备无线发射帽的损坏等。可控水井具有独立的供电装置和测控主机，与非可控水井相比最大的区别就是安装有太阳能控制柜和智能流量控制器，其构件如图所示： 图7 太阳能控制柜内部构件 图8 智能流量控制器在现场当中，智能流量控制器与测控主机和流量计连接分别采用四芯和五芯用航空插头方式连接，属于rs-485通信方式，两组通信互不干扰。后台通过指令或者现场设置流量控制器的日配注量，控制器根据指令转动内置角行程执行机构调整磨轮式调节阀的开合程度以达到控制注水量的目的。太阳能控制柜以及控制器由内置两块dc12v太阳能蓄电池供电，阴雨条件下能够持续供电6天以上，满足一般条件下设备的正常运

12、行，由于是反复的充放电，造成电池的损耗较大，一般采集间隔在60分钟以内的水井供电能够维持4年左右。图9 智能流量控制器现场安装实例根据目前掌握的一些资料，此类可控水井常出现的故障有以下几个方面：1. 现场设备间不通信智能流量控制器与流量计和测控主机之间属于有线通信，不需要特别的地址设置，只是视注水方式的不同将dadd项设置为1或者2（1代表油管注水智能流量控制器地址，2代表套管注水或者被拖带井别的智能流量控制器地址）。它们相互之间靠特定的波特率通信，通常，我厂所用万众生产的智能流量控制器与大港流量计之间采用2400波特率，其他的都采用9600；其与测控主机之间通信统一为9600，注聚井除外，智

13、能流量控制器与注聚井的测控主机之间的通信波特率是2400。同时，智能流量控制器与流量计之间的通信协议也有专门的设置，协议规定如下：tncy天信流量计通信协议；yn一诺流量计通信协议；fuyb富马流量计通信协议；gy大港流量计通信协议。所以现场设备通信故障需首先看智能流量控制器的波特率设置以及通信协议设置是否正确。2. 智能流量控制器控制精度失准。在一些情况下，我们会根据实际情况实时调整注水量的大小，而智能流量控制器完不成指令，如2010年7月份，采油三队的水井庄5-5，在注水泵提高泵压的情况下，流量控制器自动调小磨轮调节阀致使泵压进一步升高导致憋泵，此种情况下流量控制器调节角度过大才导致了憋泵

14、，需要校准。具体操作如下：a.将控制器上电，并使用手柄摇动执行器到关闭状态（此时，能听到“滴答”的开关闭合声音，同时角度指示牌会处在0位置）。b.使用磁性笔在1cm以内距离正上方长时间接近（需要4s以上）“确认”磁开关，控制器则进入参数设置状态。c.使用磁笔接近“功能”开关，切换设置参数到loan；再使用磁笔接近“确认”磁开关，此时看到一个默认数据。d.使用磁笔接近“功能”磁开关，loan相对应的数据会发生变化；再使用磁笔接近“确认”开关，返回菜单项，便于继续修改其他参数。e.手动调节智能流量控制器到听到“滴答”一声，再使用磁笔接近“功能”磁开关，切换设置参数到hian;再使用磁笔接近“确认”磁开关，此时也看到一个默认数据。同上，用磁笔接近“功能”磁开关，hian项相对应的数据会发生变化，至此，磁笔长时间接近“确认”磁开关，保存退出菜单项设置，校准完毕。3.智能流量控制器与流量计正常运行时后台无数据。此种情况一般就是太阳能控制柜的