油井監(jiān)控系統(tǒng)方案
1、設(shè)計思想
1.1、充分了解和理解油田的使用需求，跟蹤國內(nèi)外最先進的電子信息技術(shù)，應(yīng)用在油田的生產(chǎn)和工作中
1.2、高集成度、微功耗設(shè)計，提高產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性，大大縮小設(shè)備的體積
1.3、考慮到設(shè)備的維護管理和井場的作業(yè)，整個井場不布線，部件之間采用無線連接，讓生產(chǎn)檢修和設(shè)備維護拆裝更加方便
1.4、因地制宜，根據(jù)現(xiàn)場情況決定采用油井現(xiàn)存電源、太陽能、鋰電池供電等多種供電模式
1.5、解決以前產(chǎn)品在其它油田使用中遇到的所有問題，使整個系統(tǒng)成為更加穩(wěn)定可靠、數(shù)據(jù)測量準(zhǔn)確、使用壽命長、安裝維護簡單的系統(tǒng)
1.6、功能強大并考慮足夠的擴展空間
1.7、適應(yīng)立式、游粱式等各類抽油機井、電泵井、自噴井、氣舉井
2、系統(tǒng)工作流程及結(jié)構(gòu)
每口井的前端設(shè)備由多個測量傳感器和一個主機組成，各種傳感器定時采集數(shù)據(jù)后，以無線方式向主機發(fā)送數(shù)據(jù)，主機接收數(shù)據(jù)后按照通信協(xié)議將數(shù)據(jù)打包封裝，按照一定間隔周期以GPRS、CDMA等方式，向監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)。監(jiān)控中心是具有固定IP和相關(guān)軟件的計算機，后臺軟件接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)按照各種計算公式或者算法解析成可讀數(shù)據(jù)或繪制圖表，并保存在數(shù)據(jù)庫里，對于某些信息，可以發(fā)送到指定的手機上。用戶通過瀏覽器訪問服務(wù)器的IP和端口號來讀取查詢數(shù)據(jù)，以及向油井現(xiàn)場終端發(fā)出指令，現(xiàn)有的指令有控制抽油機的啟停、遠(yuǎn)程調(diào)速、修改數(shù)據(jù)發(fā)送的時間間隔。
3、主要設(shè)備介紹
3.1、抽油機監(jiān)控主機(LDRTU-100)
該設(shè)備通過無線或者有線的方式連接載荷位移傳感器、電流電壓傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器，數(shù)據(jù)一方面打包處理后上傳到上位機，另一方面也可以在本機顯示。通過該主機對本系統(tǒng)以及各傳感器的參數(shù)進行設(shè)置。
技術(shù)指標(biāo)如下：
(1)
可以無線采集示功圖
沖次范圍1-12沖分（高沖次可以單獨選定）
位移量程：不受限制、
載荷量程：3T、5T、10T、12T、15T、25T（需根據(jù)抽油機機型選配）
(2)可以無線采集6路模擬量(分辨率4095)，也可直接采集壓力數(shù)據(jù)（需配套相應(yīng)的無線數(shù)傳壓力計））
(3)可以無線采集4路開關(guān)（曲柄銷子）報警量
(4)可以無線采集一路電磁流量的瞬時值及累計值（目前支持浙江蒼南流量計或天信流量計，其他需特殊提出）
(5)可以無線采集一路翻斗流量計或其他計數(shù)脈沖計數(shù)
(6)可以有線采集電參量瞬時值（三相電壓、三相電流、三相功率、總功率、功率因數(shù)、有功電度）
(7) 可以與示功圖同步采集總功率、無功功率、功率因數(shù)曲線
(8)可以與示功圖同步采集3相電流曲線（144點）
(9)可以采集一個機器周期的壓力曲線（模擬量1，與示功圖不同步）
(10)可以提供5個繼電器無源觸點輸出，可作啟井、停井、聲光報警、故障停機、兩級調(diào)速之用
(11)可以存儲500井次（示功圖、總功率、電流、壓力曲線）的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)存滿后則頂替最早的數(shù)據(jù)
(12)小無線傳輸距離：空曠地不低于50米
(13)具有標(biāo)準(zhǔn)RS232或RS485接口
(14)使用溫度范圍：+50℃至-20℃，當(dāng)在高寒地區(qū)使用時應(yīng)該加裝溫度控制器
(15)工作模式可設(shè)為依次輪詢或各采集模塊主動上報模式，當(dāng)被測參量多時建議采用各采集模塊主動上報模式
3.2、示功單元
將載荷和位移傳感器集成在一起，用加速度傳感器測位移，用電池供電，一節(jié)電池可以用2年以
內(nèi)置大容量存儲器，數(shù)據(jù)自動記錄，支持歷史數(shù)據(jù)檢索
通訊協(xié)議完善，組態(tài)軟件支持，用戶免開發(fā)板載傳輸模塊，方便用戶選擇組網(wǎng)方式
提供用戶設(shè)置軟件，開放式接口，方便與組態(tài)軟件及其它軟件連接
工業(yè)級設(shè)計，穩(wěn)定可靠，堅固耐用上。該單元安裝在方卡子和懸繩器之間，采集到載荷、位移、沖程、沖次、工作時率等參數(shù)后，以無線方式和RTU通信。量程可以選擇，最大量程250KN。
該設(shè)備必須和監(jiān)控主機一起使用，采集的數(shù)據(jù)在主機上顯示。
3.3、電泵井、自噴井、氣舉井主機（RTU-1000）
該單元通過有線或者無線的方式連接電流電壓變送器、壓力傳感器、溫度傳感器等，將采集到的數(shù)據(jù)打包后通過GPRS發(fā)送出去。
基本功能及特點
配備多種接口資源，包括模擬信號采集、開關(guān)量輸入、輸出，脈沖信號輸入等
方式的用戶數(shù)據(jù)接口，可接入PLC各種設(shè)備
采集傳輸控制一體化，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了成本
采用工業(yè)級超低功耗高性能的嵌入式處理器
用戶可以編程的量程轉(zhuǎn)換和報警上下限設(shè)定
內(nèi)設(shè)工業(yè)時鐘，精確計時
自動定時上報和事件觸發(fā)上報功能
內(nèi)置大容量存儲器，數(shù)據(jù)自動記錄，支持歷史數(shù)據(jù)檢索
通訊協(xié)議完善，組態(tài)軟件支持，用戶免開發(fā)板載傳輸模塊，方便用戶選擇組網(wǎng)方式
提供用戶設(shè)置軟件，開放式接口，方便與組太軟件及其它軟件連接
工業(yè)級設(shè)計，穩(wěn)定可靠，堅固耐用
技術(shù)指標(biāo) |
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3.4、無線壓力傳感器
微功耗無線壓力變送器；低功耗微處理器與工業(yè)級GPRS模塊。電源為一次性電池?？煽砍志茫晃⒐木幊碳夹g(shù)，使設(shè)備處于低功耗狀態(tài)。精確電源管理技術(shù)，關(guān)閉不用的模塊以節(jié)能；可以實時監(jiān)測電池電量自動報警。
傳感器可以和通信，經(jīng)過RTU上報數(shù)據(jù)，也可以直接上報數(shù)據(jù)。具有自動測量、自動上報、自動存儲等功能。
3.5、無線溫度傳感器
本產(chǎn)品采用了進口芯片，具備了傳統(tǒng)模擬溫度變送器和許多數(shù)字溫度變送器所不具備的許多先進性能。對輸入信號中的高、低頻干擾信號提供了硬件和軟件上的抑制和處理。即使在大功率變頻控制系統(tǒng)中也能保持可靠的性能。儀表借助進口芯片的強大功能對信號進行數(shù)字化自動 / 手動調(diào)校，無需借助外部的零點和滿度電位器，自動動態(tài)的校準(zhǔn)零點。同時可對信號進行自動補償。本系列產(chǎn)品可通過無線射頻技術(shù)連接到幾百米外的手持終端上，可遠(yuǎn)程觀測輸入、輸出值。
無線射頻技術(shù)的強大的遠(yuǎn)傳功能和溫度變送器優(yōu)異的硬件電氣性能為產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性提供了堅實的保證。并使該產(chǎn)品的整體性能領(lǐng)先國際先進水平。
產(chǎn)品特性：
讀書精度0.5度，誤差+/--0.5度
提供工業(yè)用不銹鋼外殼和民用外殼
變送器輸出標(biāo)準(zhǔn)，0~5V，1-5V信號，輸出誤差0.1%
3.6、電流電壓頻率變送單元9033C）
4、實現(xiàn)的和可擴充的功能
4.1抽油機井功圖、連續(xù)功圖、疊加功圖繪制、電流圖繪制、套壓、回壓、溫度、三相電流、測量，每隔30分鐘采集一次數(shù)據(jù)，功圖和電流圖每個沖程采集144個點，其它每30分鐘采集一個點；電泵井電流、電壓、油壓、頻率、套壓、回壓、溫度每分鐘采集一個點，每30分鐘發(fā)送一次，繪制最新數(shù)據(jù)曲線、周曲線；自噴井油壓、套壓、回壓、溫度每分鐘采集一個點，每30分鐘發(fā)送一次，繪制最新數(shù)據(jù)曲線、周曲線；所有類型油井的井口水套爐按每分鐘采集一個點，30分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)，繪制最新曲線和周曲線。
4.2 根據(jù)實際情況來設(shè)置報警條件，對于超出范圍的數(shù)據(jù)自動保存到數(shù)據(jù)庫，具備查詢功能，對于重要的報警，發(fā)送到指定的手機。
4.3數(shù)據(jù)查詢功能，對于歷史數(shù)據(jù)可以方便地查詢
4.4立即查詢功能，對于需要及時知道的數(shù)據(jù)，發(fā)送指令可以立即取回
4.5報表自動生成功能，可以更加選擇的日期，自動生成當(dāng)日所有油井的測量數(shù)據(jù)的EXCEL文件
4.6可擴充功能：
4.6.1對于抽油機井自動計算單井的日產(chǎn)量和液面
4.6.2控制采油設(shè)備的啟停機
4.6.3遠(yuǎn)程拍照，照片發(fā)到手機或郵箱
4.6.4井區(qū)非法闖入報警
4.6.5提供需要的各種報表
5、安裝調(diào)試
5.1抽油機主機安裝：
根據(jù)油田的情況，主機可以安裝在電控柜里，也可以重新加工一個大小合適的不銹鋼機箱。
如果另外配備機箱，在機箱內(nèi)安裝LDRTU-100主機、接線排和電源開關(guān)，機箱的固定視現(xiàn)場情況而定，一般用膨脹螺絲固定在電控柜旁的水泥基座上，電源從電控柜的空氣開關(guān)上面一排接線槽接至主機，EDA9033的數(shù)據(jù)線和電源線一道通過軟穿線管連接到機箱
5.2載荷傳感器安裝：
先卸載，在方卡子和懸繩器之間卡入或者套入載荷傳感器，再用方卡子壓緊載荷傳感器，再加載
5.3壓力傳感器安裝：
先關(guān)閉閥門，裝上三通，再將壓力傳感器和原來的壓力表擰上，如果原來沒有壓力表，可直接將傳感器擰上，然后打開閥門
5.4溫度傳感器的安裝：
溫度傳感器需根據(jù)現(xiàn)場條件進行設(shè)計，一般需要在油管上安裝盲管
5.5電泵井主機安裝：
電泵井主機放在電泵室，EDA9033放在電控柜里，電源線和數(shù)據(jù)線接到主機上
5.6自噴井主機安裝：
自噴井主機由于全是無線傳感器，耗電很小，內(nèi)置干電池足以使用2年，做一個小鋁合金箱，固定在附件的合適的顯眼的地方
5.7注意事項
5.7.1按照油田的工作、安全要求施工
5.7.2涉及到油田設(shè)備的操作由油田工作人員來執(zhí)行
6、監(jiān)控中心
監(jiān)控中心需要服務(wù)器一臺、WINDOWS 2003、SQL SERVER 2000、防火墻軟件，需要固定的公網(wǎng)IP和端口號，如果沒有固定IP，在移動通信公司辦理VPN專網(wǎng)，每一張SIM卡有一個固定IP，在監(jiān)控中心安裝一個接收裝置，這個接收裝置有一張SIM卡，其它SIM卡指定向這張SIM卡發(fā)送數(shù)據(jù)，前端的SIM卡是每月10M流量，每月向移動公司交10元，監(jiān)控中心的SIM卡不限流量，每月向移動公司交200元，這張SIM卡的帶寬足以接收上萬口油井的數(shù)據(jù)。接收裝置通過RS232口和服務(wù)器連接。
對于油井的一些必要的基本參數(shù)，可以從別的機器讀入，需要提供進入該機器的接口。
監(jiān)控中心所需要的所有系統(tǒng)軟件，采用油田現(xiàn)有軟件，不需另行購買，服務(wù)器硬件需要兩塊網(wǎng)卡、兩個磁盤同時運行作為相互備份，內(nèi)存大于2G，硬盤300G。
7、系統(tǒng)設(shè)備管理和維護
設(shè)備的管理和維護是影響這套系統(tǒng)使用效果的重要因素之一，既然安裝了本系統(tǒng)，就得使用好，達到預(yù)期的效果。盡管本系統(tǒng)是按照免維護的要求設(shè)計的，仍然需要專門的負(fù)責(zé)人來進行下列維護工作。
系統(tǒng)管理人員職責(zé)：
1確保服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)的正常運行，解決其他工作人員在使用過程中遇到的問題。安排現(xiàn)場設(shè)備維護人員進行維護工作。
2每天查看數(shù)據(jù)更新，對于沒有數(shù)據(jù)更新的油井或某參數(shù)，分析是被監(jiān)控設(shè)備問題還是監(jiān)控設(shè)備問題，通知廠家維護人員或者現(xiàn)場設(shè)備維護人員去現(xiàn)場處理。
3每次作業(yè)拆裝設(shè)備，每個部件都要妥善保管，做好跟蹤記錄，將相關(guān)信息在監(jiān)控網(wǎng)站上更新。
4和移動通信公司溝通、按時交費。
5如果無法訪問監(jiān)控網(wǎng)站、及時通知我公司。
6 各種報表的生成、下載、打印等工作。
7采用電池供電的自噴井主機和壓力溫度傳感器需要2年更換一次電池。
8所有傳感器需要2年標(biāo)定一次，在換電池時取下傳感器到指定單位進行標(biāo)定。
9配合我公司的安裝調(diào)試工作。
現(xiàn)場設(shè)備管理人員職責(zé)：
1在系統(tǒng)管理人員的安排下進行現(xiàn)場維護。
2作業(yè)時拆裝設(shè)備，放到指定地點，妥善保管。
3如出現(xiàn)網(wǎng)上看不到數(shù)據(jù)的情況，需要和系統(tǒng)管理人員配合，做適當(dāng)處理。
4采用電池供電的自噴井主機和壓力溫度傳感器需要2年更換一次電池。
5如有必要，對機箱、太陽能電池板等設(shè)備部件清潔。
6所有傳感器需要2年標(biāo)定一次，在換電池時取下傳感器到指定單位進行標(biāo)定。
7配合我公司的安裝調(diào)試工作。
8現(xiàn)場操作時最好有2人在場。
8、本系統(tǒng)的優(yōu)勢
8.1低功耗電路設(shè)計讓設(shè)備健康長壽
油井監(jiān)控設(shè)備安裝在環(huán)境惡劣的野外，設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性是油井監(jiān)控應(yīng)用成敗的關(guān)鍵，如果監(jiān)控設(shè)備本身故障頻繁，不僅不能很好地實現(xiàn)監(jiān)控，反而會給工作帶來負(fù)擔(dān)和麻煩，浪費人力、物力、財力，監(jiān)控設(shè)備的微功耗設(shè)計是提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效方法。
電路按照微功耗設(shè)計，選擇微功耗的器件，器件只在很短的喚醒時間內(nèi)工作，大部分時間處于休眠狀態(tài)，這樣的設(shè)計可以使設(shè)備使用電池供電，大大提高了產(chǎn)品的可靠性和使用壽命，也很好地解決了氣舉井、自噴井井場沒有電源的問題。
8.2井場不需布線讓安裝維護更方便
油井井場的監(jiān)控參數(shù)一般有功圖、三相電流電壓、油壓、套壓、回壓、溫度，有的還有水套爐的壓力和溫度，水套爐離井口還有一定距離。在傳統(tǒng)的油井監(jiān)控系統(tǒng)中使用有線傳感器連接，這樣會導(dǎo)致安裝施工麻煩，影響美觀，時間長了電線老化，故障難以處理，而且容易將雷電等引向主機，影響主機的穩(wěn)定性。將所有的傳感器以無線短傳的方式和監(jiān)控主機通信，可以很好地解決這些問題
壓力傳感器、溫度傳感器、載荷傳感器采用微功耗設(shè)計，電池供電，一節(jié)電池可以用到2-5年，電池在傳感器標(biāo)定時更換即可
示功圖的獲取需要獲取光桿上的載荷和位移數(shù)據(jù)，很多廠家是采用在抽油機支架的支點處安裝角位移傳感器，在方卡子和懸繩器之間的光桿上安裝載荷傳感器，用信號線將角位移和載荷傳感器連接，這樣由于驢頭的不斷運動，風(fēng)沙等自然條件的影響，可靠性難以得到保障，采用加速度傳感器測量載荷在一個沖程內(nèi)對應(yīng)的位移，計算出一個功圖數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送到監(jiān)控主機，設(shè)備采用微功耗設(shè)計、電池供電，所有設(shè)備集成在一個小盒內(nèi)，跟著驢頭上下運動。
8.3算出來的動液面
功圖和動液面是油井測量的兩個重要指標(biāo)，功圖的測量可以通過載荷位移傳感器來獲取，環(huán)空動液面都是使用回聲儀測試的，發(fā)聲介質(zhì)使用無彈頭火藥子彈或氮氣瓶聲彈。測試方法是人工定期進行操作，使用的設(shè)備比較危險、笨重，而且也很難長時間連續(xù)測試，獲取動液面有沒有更好的辦法呢？通過功圖、功率等方法可以估算出動液面。
對于抽油機而言，安裝在光桿上的示功儀就像一桿秤，在不停地稱作用在光桿上的力，抽油機在運動過程中受到的力很多，而且很不規(guī)則，如果抽油機在運動過程中停下來，在剛停下的一段時間，作用在光桿上的力是基本固定的，在上沖程，作用在示功儀上的力有抽油桿在空氣中的重力、動液面以上液柱的重力、油壓和套壓之差對柱塞面積形成的力，在下沖程，作用在示功儀上的力主要就是抽油桿在油中的重量，通過對這些力的計算以及一些經(jīng)驗值，可以比較準(zhǔn)確地計算出動液面。對于電潛泵井，可以根據(jù)測量的電機功率來反應(yīng)動液面。
9、效益評估
9.1增加原油產(chǎn)量的計算方法
縮短了采油設(shè)備的故障時間就相當(dāng)于增加了原油產(chǎn)量，未裝監(jiān)控之前，工作人員不到現(xiàn)場很難知道設(shè)備停機或者故障，安裝監(jiān)控后可以及時知道，由于及時采取措施而導(dǎo)致設(shè)備加快恢復(fù)生產(chǎn)的時間而增加的產(chǎn)量可以估算出來。如：以前每口井平均每年故障停井20天，安裝監(jiān)控系統(tǒng)后縮短到10天，按每天10噸原油產(chǎn)量計算，相當(dāng)于增加100噸原油，約增加30萬產(chǎn)值。通過這套系統(tǒng)還可以及時發(fā)現(xiàn)偷盜、破壞采油設(shè)備的情況。
9.2讓油井工作在最佳狀態(tài)
通過對采集到的數(shù)據(jù)的分析，工作人員不僅可以了解油井的歷史、當(dāng)前的情況，而且可以分析油井近期的情況，可以更加分析判斷，對油井適時作業(yè)，讓油井工作在最佳狀態(tài)，從而減少設(shè)備磨損、降低耗電、增加產(chǎn)量。
9.3減少巡井費用和工作人員的勞動強度
安裝這套系統(tǒng)后，人工巡井的次數(shù)可以大大減少，從而可以減少巡井費用。同時工作人員的勞動強度大大降低，在風(fēng)沙、酷熱、嚴(yán)寒的天氣可以不去巡井。
9.4管理人員的工作效率可以大大提高
原來需要人工做的報表，現(xiàn)在點擊鼠標(biāo)即可生成，而且數(shù)據(jù)沒有有意無意的差錯，同時也減少了辦公設(shè)備材料的損耗。通過采集到的數(shù)據(jù)做出科學(xué)分析，可以遠(yuǎn)程啟停采油設(shè)備來更加合理地采油，節(jié)約用電和提高采油效率。
9.5提高企業(yè)競爭力
隨著電子通信技術(shù)的發(fā)展，油井監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性大大增強，油井遠(yuǎn)程監(jiān)控由于它的優(yōu)越性，必將成為可以依賴的、必不可少的自動化信息化手段，目前國內(nèi)國外個油田都在大力發(fā)展。使用新技術(shù)來提高工作效率也是“科學(xué)發(fā)展觀”的要求
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