遠程監(jiān)控系統(tǒng)在油井生產(chǎn)中的應用

楊培倫 張峰 趙增權(quán)

摘要：研發(fā)了一種抽油機遠程運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，油井運行過程中出現(xiàn)故障時，監(jiān)控系統(tǒng)通過STM32單片機發(fā)出GSM信號，將故障類別發(fā)送到值班員工手機上，值班員工根據(jù)故障類別，并采取相應的措施。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控;報警;自動

1.問題的提出

油井生產(chǎn)過程中，各井之間距離遠，給油井日常管理和抽油機運行狀態(tài)的監(jiān)控帶來了不少的麻煩，如果每個井點上，都安排人員看管，不但運行成本高，而且因為用工總量上的限止，也沒有足夠的員工，如果不安排專人看井，因井點之間距離遠，各井點之間路況差，很難按照要求巡檢到位，因不能及時了解到抽油機的運行狀態(tài)，當油井出現(xiàn)出光桿斷脫、跑油、停機等故障后，值班員工因不能及時發(fā)現(xiàn)故障，采取相應的措施，不但會造成了原油的產(chǎn)量損失，而且還會引發(fā)生產(chǎn)事故，對環(huán)境造成污染。

2.改進思路及方案實施

針對邊遠零散油井在生產(chǎn)管理中存在的難題，研發(fā)了一種油井生產(chǎn)狀態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)，可以時時監(jiān)測油井及抽油機的運行情況，當油井或抽油設(shè)備出現(xiàn)故障時，及時發(fā)出故障信號，提示值班人員進行巡檢和維護。

2.1油井生產(chǎn)狀態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計思路

利用當前市場上能夠采購到的儀表，以太陽能板為能源，制造一個能夠?qū)⑸a(chǎn)故障轉(zhuǎn)化為信號，并能將信號轉(zhuǎn)發(fā)出去的監(jiān)測儀器，在井口附近安裝一個接收、分析監(jiān)測儀信號的STM32單片機和GSM模塊，將油井的故障以手機信息的方式傳遞給值班員工。監(jiān)測儀器安裝在采油樹井口的光桿上，STM32單片機和GSM模塊，安裝在抽井配電柜中，它們對油井及抽油機的運行狀態(tài)進行時時監(jiān)控，出現(xiàn)故障后，當班員工就能根據(jù)手機提供的信息及時掌握故障原因，為及時排除故障提供了條件。監(jiān)測儀中有監(jiān)測物體運動的儀表，當抽油機出現(xiàn)故障停止運行時，就能檢測到抽油機已經(jīng)停止運動的信息，并將信號遞出去;利用油井不出液時，光桿因為干磨而發(fā)熱的特點，在遠程監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)裝有溫度檢測儀，時時檢測光桿的溫度，當油井因設(shè)備或地層原因不出液時，光桿的溫度就會升高，溫度檢測儀就會將高溫信號傳遞給監(jiān)控系統(tǒng)，由監(jiān)控系統(tǒng)將發(fā)出信號;監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)裝有檢測油氣泄露和抽油桿震動的儀表，當發(fā)生油氣泄漏或桿、管斷脫故障時，就能及時監(jiān)測到并發(fā)出信號。當油井及采油設(shè)備發(fā)生故障時，監(jiān)測儀中的儀表會將這些信號傳遞給STM32單片機，單片機對收到的不同的功能的儀表發(fā)來的開關(guān)量和變量信號進行分析，并將分析結(jié)構(gòu)輸出給GSM模塊，GSM模塊對檢測的信號分析整理后，以短信的形式傳遞到值班人員的手機上，當班人員根據(jù)信息的提示，采取相應的措施排除油井運行過程中的故障。

2.2油井生產(chǎn)狀態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實施

油井生產(chǎn)狀態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)由盤根刺漏探測器、六軸陀螺儀、可調(diào)震動傳感器、溫度傳感器、模塊線路板、太陽能供電單元、光桿固定卡子、殼體及連接部件組成。

系統(tǒng)線路、監(jiān)測儀表及電源等電路部件安裝在監(jiān)測儀的殼體內(nèi)，太陽能板安裝在殼體外，殼體通過光桿卡子緊緊的卡在光桿上。殼體在光桿上的安裝位置在抽油機下死點時，盤根刺漏探測器下平面不碰撞盤根盒上平面的位置處，當盤根發(fā)生刺漏時，刺漏的原油和氣體觸動探測器，探測器連桿動作，觸動磁控開關(guān)，磁控開關(guān)發(fā)送開關(guān)量給單片機，整理出井口油氣泄露的信號，并以短信的形式傳遞給值班人員，實現(xiàn)油氣泄露的報警功能。

油井生產(chǎn)狀態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的能源：為了保障系統(tǒng)的能量供給和用電安全，儀表所需的電源為4.5伏的充電電池，由太陽能板提供充電，當電池的電量降到3.7伏時，就會發(fā)出電量不夠的報警，值班人員就可以進行人工充電，防止了電池因虧電而損壞，在減少電池成本支出的同時，也降低了員工的工作量。

抽油機運轉(zhuǎn)狀況的監(jiān)測。利用六軸陀螺儀隨物體的位移發(fā)生移動的特性，來檢測抽油機是否正常運轉(zhuǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)的殼體安裝在光桿上，抽油機正常運轉(zhuǎn)時，隨著光桿上下運動，六軸陀螺儀不停的檢測自身位移變換情況，如果相位不停變化，單片機則認為抽油機運行正常，如果光桿突然靜止，陀螺儀不能發(fā)送位移數(shù)據(jù)給單片機，則單片機認為抽油機停止運行，并向值班人員的手機中發(fā)出抽油機已經(jīng)停止的信號，實現(xiàn)抽油機運行狀態(tài)監(jiān)測的功能。

油井發(fā)生砂卡、蠟卡故障的監(jiān)測。利用抽油機正常運行時，光桿平穩(wěn)運行，當油井發(fā)生砂卡，蠟卡事故時，光桿就會發(fā)生劇烈震動的特點，將震動傳感器安裝在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，震動傳感器的震動幅度設(shè)置在一定的安全范圍內(nèi)，在油井正常生產(chǎn)時不產(chǎn)生動作，當發(fā)生抽油桿、抽油泵砂卡或蠟卡故障時，光桿的震動幅度就會加大，當震動幅度超出設(shè)定的安全震動幅度時，震動傳感器就將開關(guān)量發(fā)送給單片機，單片機再以短信的方式通知值班人員，完成油井砂卡、蠟卡的監(jiān)測工作。

油井不出液的監(jiān)測。抽油設(shè)備或油層發(fā)生了故障后，油油井的產(chǎn)液量就會下降，嚴重時油井不出液，如果不能及時發(fā)現(xiàn)和采取措施，就會造成抽油機長期無效運行，既浪費電能，又對抽油設(shè)備造成了損壞。油井長期不出液的另一個危害，造成抽油井的光桿與盤根盒內(nèi)密封料干摩，光桿產(chǎn)生高溫，高溫導致盤根盒內(nèi)密封填料損壞，油氣外泄，造成污染事件。為了及時知道油井的出液情況，在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)裝有溫度傳感器，對光桿溫度進行時時監(jiān)測，當光桿的溫度升高到一定值時，溫度傳感器就會將開關(guān)量發(fā)送給單片機，再以短信的方式通知值班人員，使相關(guān)人員能夠及時找查出油井不出液的原因，并采取相應的措施，恢復油井的正常生產(chǎn)。

油井生產(chǎn)狀態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理;當刺漏傳感器、六軸陀螺儀、可調(diào)震動傳感器、溫度傳感器對油井的生產(chǎn)及抽油機的運行情況進行時時監(jiān)測，當出油井在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常狀況時，各儀表就會經(jīng)中央處理器發(fā)出信號，經(jīng)過單片機（stm32）分析后，經(jīng)過GSM模塊發(fā)送相應短信到值班員工的手機上。當遠程監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)程序混亂后，可以通過安裝在系統(tǒng)內(nèi)的磁控復位開關(guān)，使系統(tǒng)恢復到原始狀態(tài)。監(jiān)測系統(tǒng)為防爆設(shè)計，應用于油氣生產(chǎn)場所。

3.應用效果及推廣前景

油井生產(chǎn)狀態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用了GSM模塊，只要有手機信號的地方，就能正常工作，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控，無人值守的管理運行模式。不但減少了崗位上的用工量，而且發(fā)現(xiàn)故障問題及時準確。使用一年來，發(fā)現(xiàn)盤根刺漏事故23次，因油井故障不出液2次，抽油機皮帶斷停抽5次，出現(xiàn)故障后，值班人員第一時間就能從手機上得到信息，而采取措施，提高了油井的產(chǎn)量，年創(chuàng)效70余萬元。隨著5G通訊時代的到來，本成果的應用空間更為廣泛。