基于數(shù)字化抽油機的智能化井場監(jiān)控系統(tǒng)*

李付超 肖璐 李立波

基于數(shù)字化抽油機的智能化井場監(jiān)控系統(tǒng)*

張乃祿1李付超1祁宗全2郭朝陽3肖璐1李立波1

1西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院2西安郵電大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)與兩化融合研究院3西安海聯(lián)石化科技有限公司

結(jié)合延長油田定邊采油廠數(shù)字化油田試驗項目，研究采用數(shù)字化抽油機、攝像機、無線網(wǎng)橋、RFID及監(jiān)控中心構(gòu)建數(shù)字化油田智能化井場監(jiān)控系統(tǒng)。數(shù)字化抽油機是智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心，具有信息采集、數(shù)據(jù)傳輸與組網(wǎng)和智能控制等功能。實際運行表明，該系統(tǒng)能實現(xiàn)對井場工況、井組采油數(shù)據(jù)以及抽油機運行狀態(tài)與參數(shù)進行實時智能監(jiān)控，井場無人值守，提高采油效率21.08%；同時，該系統(tǒng)有助于采油廠實施精細化生產(chǎn)管理和標桿管理，降低了油田的生產(chǎn)運營成本，提高了生產(chǎn)管理效率和安全環(huán)保監(jiān)管水平。

數(shù)字化油田；井場監(jiān)控；數(shù)字化抽油機；智能化

在數(shù)字化抽油機的油田井場，特別是傳統(tǒng)抽油機和數(shù)字化抽油機混合井場，多數(shù)井場的監(jiān)控信息不融合，監(jiān)控信息傳輸能力滯后、井場與監(jiān)控中心不協(xié)調(diào)、數(shù)字化抽油機難以發(fā)揮作用，如何構(gòu)建井場智能化監(jiān)控和實施數(shù)字化油田建設(shè)是一個重要的現(xiàn)實問題，研究基于數(shù)字化抽油機的智能化井場監(jiān)控系統(tǒng)十分必要[1-3]。結(jié)合延長油田定邊采油廠數(shù)字化油田試驗項目，研究采用數(shù)字化抽油機、攝像機、無線網(wǎng)橋、RFID及監(jiān)控中心構(gòu)建數(shù)字化油田智能化井場監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)對實施數(shù)字化油田和智能化油田建設(shè)具有重要意義[4]。

1 智能化井場監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

基于數(shù)字化抽油機的智能化井場監(jiān)控系統(tǒng)由井場信息采集與智能控制和聯(lián)合站監(jiān)控中心兩部分組成，實現(xiàn)對井場工況、井組采油數(shù)據(jù)以及抽油機運行狀態(tài)與參數(shù)進行實時智能監(jiān)控，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

智能化井場監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控10個以上叢式井場，每個井場通常有10到15口井，每口井配1臺數(shù)字化抽油機。數(shù)字化抽油機將采集信息通過RFID傳送到井場通訊協(xié)議箱，再通過無線網(wǎng)橋傳送到聯(lián)合站監(jiān)控中心。監(jiān)控中心對井場的數(shù)據(jù)信息進行分析與處理，實現(xiàn)對井場工況、井組采油數(shù)據(jù)和數(shù)字化抽油機實時智能化監(jiān)控。

1.2 數(shù)字化抽油機

數(shù)字化抽油機是智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心，具有信息采集、數(shù)據(jù)傳輸與組網(wǎng)、智能控制等功能，數(shù)字化抽油機構(gòu)成如圖2所示。

圖1 智能化井場監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

圖2 數(shù)字化抽油機硬件構(gòu)成

（1）數(shù)字化抽油機信息采集。利用數(shù)字化抽油機的三相電參采集模塊、角位移傳感器、載荷傳感器、數(shù)字壓力變送器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實現(xiàn)抽油機電機三相電流、電壓、有功功率、功圖、平衡度、沖次和井口壓力等數(shù)據(jù)的自動采集。

（2）數(shù)字化抽油機組網(wǎng)與數(shù)據(jù)傳輸。將采集數(shù)據(jù)信息以有線的方式傳輸?shù)絉TU進行分析與處理，并將結(jié)果通過RS-232總線傳輸?shù)綗o線發(fā)送模塊中，由無線發(fā)送模塊發(fā)送到井場通訊協(xié)議箱。數(shù)字化抽油機具有RFID無線通信模塊，實現(xiàn)抽油機組網(wǎng)，井場采集信息的傳輸。

（3）數(shù)字化抽油機智能控制。RTU對采集數(shù)據(jù)智能分析，抽油機運行故障和異常報警。通過RS-485調(diào)整變頻器頻率和平衡電機旋轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)抽油機最佳沖次自動判定與調(diào)節(jié)、平衡度自動判定與調(diào)節(jié)、遠程啟停控制，進而實現(xiàn)數(shù)字化抽油機的智能控制。

2 智能化監(jiān)控軟件與特點

2.1 智能化監(jiān)控軟件

智能化井場監(jiān)控系統(tǒng)軟件由數(shù)字化抽油機控制軟件、視頻監(jiān)控軟件和智能分析與實時優(yōu)化監(jiān)控軟件三部分構(gòu)成，如圖3所示。

圖3 智能化井場監(jiān)控系統(tǒng)軟件構(gòu)成

（1）數(shù)字化抽油機智能控制軟件。數(shù)字化抽油機智能控制軟件是井場控制軟件的核心?？刂栖浖屑沙橛蜋C最佳沖次判定與調(diào)節(jié)程序、平衡度判定與調(diào)節(jié)程序、主電機和平衡電機保護程序、功圖程序和故障自我診斷程序。通過對數(shù)據(jù)進行分析處理，RTU控制軟件得到抽油機運行最佳沖次、平衡度以及故障診斷情況，指導(dǎo)抽油機的運行。站內(nèi)控制軟件對井場RTU傳回數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)對抽油機的遠程啟停控制。

（2）視頻監(jiān)控軟件。視頻智能分析軟件是視頻監(jiān)控的核心，其內(nèi)部嵌有視頻圖像智能分析算法。它通過對視頻畫面中的運動目標進行實時檢測與分析，實現(xiàn)對數(shù)字化抽油機運行狀態(tài)的監(jiān)控和對外來人員及車輛進行鎖定、抓拍和報警，并將分析結(jié)果傳送至視頻監(jiān)控畫面顯示。

（3）智能分析與實時優(yōu)化監(jiān)控軟件。監(jiān)控中心的核心是智能分析與實時優(yōu)化監(jiān)控軟件，井場采集的抽油機運行參數(shù)、油壓、井場出口管線壓力、流量等數(shù)據(jù)存儲在SQLServer數(shù)據(jù)庫。井口計產(chǎn)分析、電子巡井和功圖對比分析軟件中的專家系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的分析，實現(xiàn)對井場采集原油計量、抽油機井泵況、故障智能診斷和數(shù)字化抽油運行的遠程監(jiān)控。監(jiān)控中心實現(xiàn)井場井組監(jiān)控、原油生產(chǎn)曲線、井場采油信息報警以及整個監(jiān)控系統(tǒng)的管理和參數(shù)設(shè)置等畫面的顯示。

2.2 智能化監(jiān)控系統(tǒng)功能

（1）數(shù)字化抽油機智能控制。井場實現(xiàn)抽油機最佳沖次和平衡度的自動調(diào)節(jié)、抽油機啟停的遠程控制以及抽油機工況故障的自我診斷。

（2）井場信息自動采集。通過井場數(shù)字化抽油機和視頻圖像采集設(shè)備，實現(xiàn)對井場采油數(shù)據(jù)和視頻圖像的采集。

（3）數(shù)字化抽油機組網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸。通過RFID技術(shù)和無線網(wǎng)橋傳輸技術(shù)，井場實現(xiàn)了抽油機的組網(wǎng)和數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)進行網(wǎng)絡(luò)化傳輸。

（4）井場視頻的智能監(jiān)控。通過具有智能分析功能的攝像機，實現(xiàn)對數(shù)字化抽油機運行狀態(tài)的監(jiān)控，對外來人員及車輛進行鎖定、抓拍和報警，達到井場視頻的智能化監(jiān)控。

3 結(jié)語

基于數(shù)字化抽油機的智能化井場監(jiān)控系統(tǒng)已在延長油田定邊采油廠東韓油區(qū)投入運行，現(xiàn)場應(yīng)用取得滿意效果。實際運行表明，該系統(tǒng)能實現(xiàn)對井場工況、井組采油數(shù)據(jù)以及抽油機運行狀態(tài)與參數(shù)進行實時智能監(jiān)控，井場無人值守，提高采油效率21.08%；同時，該系統(tǒng)有助于采油廠實施精細化生產(chǎn)管理和標桿管理，降低了油田的生產(chǎn)運營成本，提高了生產(chǎn)管理效率和安全環(huán)保監(jiān)管水平。

[1]白文雄，白青，李茂，等．數(shù)字化抽油機的研制與應(yīng)用[J]．油氣田地面工程，2013，32（12）：149-150.

[2]鄭飛，張會森，閆蘇斌，等．抽油機數(shù)字化控制技術(shù)[J]．天然氣與石油，2012，30（6）：67-69.

[3]龐誠，張乃祿，賀安武，等．油田數(shù)字化井場建設(shè)與施工[J]．油氣田地面工程，2011，30（11）：79-80.

[4]馮宇，姬蕊，鄧展飛，等．長慶油田地面系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計[J]．石油工程建設(shè)，2010，36（1）：89-91.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.046

基金論文：陜西省科技攻關(guān)計劃項目（2012k06—16）；陜西省工信廳兩化融合項目（陜財辦建專［2012］63號）。