油田抽油机控制柜

油田抽油机控制柜（精选9篇）

油田抽油机控制柜 篇1

电压：三相交流380V；功率：7.5KW；

油井现状：供液不足；

要求：自动间开及自动调整频率（即自动调整冲次），达到产液最大用电最少的目的。

功能：记录分清故障类型，运行时间、停机时间记录；累计用电量记录；显示：文本显示。

控制方式：功图对比控制，严重供液不足停机，间歇一段时间开机试抽，功图还是供液不足下次开机时间延长，若是功图正常下次自动缩短开机间隔时间，逐渐达到理想的运行及停机时间。

油田抽油机控制柜 篇2

1 系统组成

在油井现场安装数字化抽油机智能控制箱,实现数据采集、数据远传和抽油机的灵动控制。在采油厂的服务器上安装一套Effscope软件,结合地理信息发布数据、报表和曲线,实现在因特网上管理油田、提高机采系统的安全性和系统效率、延长油井免修期,达到节能减排、简化操作、减少人工、提高经济效益的目的。

系统以每个井场作为一个监测单元,其中每个监测单元通过无线网络接入局域网中的监测应用服务中心,监控中心由数据库及应用服务器及系统软件组成。

1.1 系统硬件结构

监控井上安装系统硬件控制柜,抽油机的悬绳器处安装示工图传感器,井场上安装压力传感器完成对每个监控单元的监测。示工图传感器和压力传感器采用无线通信方式将数据传递到监控器,各个监控器再利用无线方式通过中继器接入局域网,从而实现监控单元与服务器间的数据传输。

系统硬件控制箱内含平衡控制器(RTU)、通信管理器(DTU)、平衡调整驱动电路及矢量变频器。能实现电能曲线测试、示功图曲线测试、温度压力测试、平衡测试、数据远传、远程开关井、冲次调整、间抽控制、电机保护、故障报警的执行操作。现场测试参数包括三相电压、电流、有功、无功、功率因数、累计正反向有功等。示功图、电参量曲线同步测试数据可分别记录72井次,同时存储启停记录80次。

使用平衡监控器的指标(表1)。

具有变频、工频2种运行方式,变频故障时可自动切换到工频运行;具有C极电涌保护(第Ⅱ级电涌保护器,最大放电电流40kA,响应时间小于25ns);断相相序保护,错相、缺相等相序保护功能,缺相保护动作时间小于2s;变频状态下运行有过载、过流、过压、短路等保护,工频状态下运行有过流、过载保护。

除一般变频开关箱的调冲次、间抽消除无功节能外,系统硬件控制箱内特别设计安装抽油机专用控制器。基本工作原理:通过内置于抽油机专用控制器中的电流电压相位传感器,自动获取电机参数而计算出此刻需要的能量,这个数据用于控制变频器输出的PMW的宽度,使变频器输出功率和电机实际需要的有功功率相同。在电机任意转速条件下,电机的输出转矩与负荷需求同步匹配,消除了抽油机倒发电现象。

1.2 系统软件特点

系统的软件采用Effscope软件,通过可视化操作界面实现对监控井的示功图数据进行迭加和并列对比分析,对抽油机及电机故障进行报警,自动推出报警信息对历史数据进行综合查询并自动生成报表。软件采用分级的用户管理模式,方便操作权限的设置。

2 现场应用分析

系统具有多项自动化控制功能,以下重点分析系统在完成远程启停井及变频调整冲次、功率平衡度自动调整、油井设备能耗在线监测及查询等方面的应用。

2.1 远程启停井及变频调整冲次

油井的启停可以通过软件界面操作完成,按照工作需要点击启停状态,及时控制远程抽油机运行,对迅速处理油井突发紧急状况提供了时间优势。

合理的抽吸参数对于维护地层渗流状况、延长设备使用寿命以及节能降耗都有非常重要的意义。系统硬件控制柜通过对示功图的测试自动调整冲次,实时分析井下供液状况,依据泵的充满程度进行调整。

冲次自动调整功能是按照油井自动测试泵充满度变化闭环反馈,合理按需变化冲次。依据油井的实际需求改变变频器的输出频率,调节抽油机的冲程次数,使设备运行于较佳的参数设置下,以此达到增产节能的效果。

2.1.1 自动变频降低冲次

以A231井为例,2012年5月20日应用冲次自动调整功能之前,功图显示泵的充满程度在50%左右。2012年5月22日应用冲次自动调整功能之后,功图显示泵的充满程度达到了80%左右;平均冲次从3.1次降到2.1次,降低了三分之一。抽油机的平均输入功率从3.57kW降到2.92kW,有功节能18.2%,抽油机每日可节电15.6kW·h,每年节电5 694kW·h。

2.1.2 自动变频增高冲次

以X150-49为例,2012年5月20日应用冲次自动调整功能之前,冲次只有2.17次,由于该井功图显示泵的充满程度在90%左右,有提高冲次实现增加产量的潜力。2012年5月22日应用冲次自动调整功能之后,冲次提高到3.56次,泵的冲满度没有太大的变化,冲次提高了64%,能耗从2.68kW上升到4.59kW,日耗电增加45.84kW·h,产量增加30%,产量带来的效益与电费的增加比,电费可以忽略不计。

2.2 平衡自动监测与自动调整

SY/T 5044《游梁式抽油机》要求抽油机必须在平衡工况下运行。对于新开抽油井,供液变化造成平衡变化大,在这种情况下需要注意平衡变化,防止抽油机的严重失衡。一些老井由于供液不足液击严重,或者是供液能力变化较大,也会造成平衡变化大,也需要动态地进行平衡调整。能否实现抽油机平衡的实时自动调整,是衡量控制柜是否智能化的一个重要指标,系统硬件控制柜通过自动平衡调整,使大部分井都处在平衡状态,功率平衡度达0.8以上。

一般情况下,从测试抽油机平衡状况到通知操作人员调整抽油机平衡到再次检验复测,时间需要1～2天,人员3～4人,若未达到平衡效果,还需重复以上过程,劳动强度大且工作效率低。

应用系统后,全程自动化控制,平衡自动监测与自动调整。以新151-049为例,该井在2012年4月1日之前是没有进行平衡自动调整设置,平衡度曲线变化起伏较大,平衡度最高达到0.65,最低只有0.29。于2012年4月2日对该井进行了自动平衡设定,通过系统硬件控制柜的智能调整,该井的平衡保持在0.9左右。整个过程无需现场操作,调整的平衡效果非常好,并且保持连续监测。

2.3 设备能耗在线监测功能

运用电能参数曲线进行示功图反演,从而校核示功图传感器的漂移情况,也能自动计算抽油机的交变载荷变化、系统效率变化、实时耗电及累计耗电动态变化等情况,实现设备能耗监测功能。

使用设备能耗在线监测功能可以进行监控井的系统效率参数实时查询,包括冲程、冲次、电机输入功率、光杆功率、有功功率、抽油机系统效率、有功节电率、无功节电率、综合节电率等参数,无需现场测试操作,减少了人工环节,缩短了测试时间,消除了人为误差,数据分析可靠。

单井实时耗电变化的监控是掌握节能水平的直观反映,通过一系列的实施优化措施,观测到耗电量随着时间延续的动态曲线。

3 结论

(1)抽油机远程控制监测系统是集成微电子、测控、通讯以及变频控制、在线软件动态评估处理等技术,实现了生产现场数据录取、实时监控动态变化、智能决策三位一体的融合,可以完成机采井远程实时统计分析和提供节能增产优化方案等功能。

(2)抽油机远程控制监测系统的现场应用减轻了人员劳动强度、改善了操作环境,提高了测试数据的准确性,配合智能运算模块可以及时警报故障并根据井况自动优化油井生产,提升了油井生产管理水平。

摘要：通过抽油机远程控制监测系统的基本工作原理和工作指标的描述,重点分析了该系统的主要功能及在油田生产中的应用,系统以速度快、结构灵活、操作简单、使用方便等优点为油田科学安排管理生产提供可靠依据。

关键词：抽油机,数字化,远程控制,监测系统

参考文献

[1]王根潮,王庆如,朱建华.抽油机井实时远程遥测技术[J].油气井测试,2004(1):56-63.

[2]孙传友,孙晓斌,汉泽西,等.测控系统原理与设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.

油田抽油机控制柜 篇3

关键词：油田；废旧抽油机；经济效益；社会效益

废旧抽油机拆解与配件再造利用对油田开采企业而言是一项十分重要的工作，废旧抽油机的有效利用，可以准确地反映石油开采企业的经营成果和业绩，保证油田企业资产的保值增值。在油田生产过程中形成的大量废旧抽油机，部分可以修复再利用，部分可以降级使用，部分可以通过拆解配件进行组装，因而还存在着一定的价值。加强废旧抽油机拆解与配件再造利用，有助于减少财务支出；有助于石油企业的正常经营与管理；有助于企业资产的保全，尤其是在当前金融危机席卷全球的情况下，加强油田废旧抽油机的有效利用，可以在一定程度上缓解油田目前面临的成本压力，具有重大的经济效益和社会效益。

一、当前油田废旧抽油机再造利用的现状

从目前油田的情况来看，废旧抽油机拆解与配件再造利用的手段和方式落后，利用率低下。

1对油田废旧抽油机拆解与配件再造利用的重视程度不够。长期以来一些油田对废旧抽油机拆解与配件再造利用的重要性认识还有待于进一步提高，没有把油田废旧抽油机拆解与配件再造利用看作是资源供应的重要来源，仅作为废品处理，对废旧抽油机再造利用的重要性和迫切性的认识有待进一步提高。

2废旧抽油机拆解与配件再造利用手段落后，管理职责不清，没有充分发挥创造力。缺乏自主知识产权的技术力量，重大带动作用的共性和关键技术得不到有效的开发，许多废旧抽油机得不到再生和利用，一些油田对废旧抽油机综合利用方面没有充足的技术和资金支持，从而导致废旧抽油机再利用方面存在技术含量低，附加值不高，竞争力不强。

3统计分析存在一定缺失，再造能力滞后。在油田经济发展统计体系中缺乏对废旧抽油机拆解与配件再造利用基础数据的统计，统计数据不完整、方法单一，基础数据匮乏，信息交流不畅，难以实现资源的二次利用。

二、废旧抽油机拆解与配件再造利用的必要性

1加强废旧抽油机再造利用是油田企业发展的要求。近年来，各油田为了适应社会经济发展和稳产、增产等产能建设的需要，资金投入巨大，资产规模大幅度增加，由于去年以来的金融危机导致成品油销售迟滞，原油价格长期低位运行，股份公司不得已给各油田下达了大幅压缩投资计划和成本费用指标，再加上资产折旧、财务费用等因素，使各油田面临前所未有的经营压力，降本增效成为油田各项活动的主题。在这一形势下，如何控制投资成本、加强废旧抽油机再造利用是我们面临的重要课题，废旧抽油机再造利用与企业提高经济效益、控制投资成本有着紧密的关系，加强废旧抽油机再造利用是一项十分重要的工作。

2加强废旧抽油机再造利用是企业精细化生产的需要。从现实情况来看，油田废旧抽油机再造利用还是比较粗放的，精细化生产的理念几乎没有涉及到废旧抽油机再造利用的领域，由于加强废旧抽油机再造利用不被管理部门所重视，形成了很多的管理漏洞，造成了很多的浪费，并且这种浪费很难引起人们的重视。如果对废旧抽油机不能进行科学的鉴定，势必影响废旧抽油机再利用的效果，形成新购抽油机的增加，造成浪费；对回收的废旧抽油机再造利用不完善，就会造成废旧抽油机的损失浪费，并产生违法乱纪行为。

3加强废旧抽油机再造利用是油田节能降耗，提高经济效益的需要。对废旧抽油机进行科学、合理、高效的鉴定，提高废旧抽油机的再利用水平，可以减少不必要的重复采购，促进油田节能降耗，提高经济效益。

三、加强废旧抽油机再造利用的措施

通过对废旧抽油机可用部件的再造利用，可以有效降低生产成本，变废为宝，实现油田生产过程中废旧抽油机的综合开发和利用，取得最大的经济和社会效益。

1转变观念，提高认识，高度重视废旧抽油机再造利用工作。勤俭节约、挖潜增效，是油田会战一贯的优良传统，在当前，更是应对全球金融危机，共克时艰的重要举措，是油田经营发展的必然之路，必须努力做好这项工作。各油田要以提高对废旧抽油机再造利用的认识为突破口，积极宣传废旧抽油机再造利用的重要性，努力扭转员工，特别是领导管理层的观念，使油田上下都认识到加强废旧抽油机再造利用的重要性，要坚决克服思想上的不重视现象，管理上的疏松现象，人员配备上的随意现象，监督管理上的松懈现象。要制定废旧抽油机再造利用办法等制度，以制度约束行为，理顺管理流程。

2强化资源循环利用，不断提高社会效益与经济效益。废旧抽油机再利用是降低物料消耗、应对金融危机。实现低成本发展的重要途径之一。在具体工作中，进一步将废旧抽油机加工修复再利用、将不能通过检测修复的部件进行分解，材料可长改短、大改小，大型改小型取材，用其做新抽油机生产的部件原材料作为挖潜增效的主要措施，通过探索和实践，逐步形成废旧抽油机回收、鉴定检测、修复加工、出库配送、再利用一整套运行程序。要进一步做好废旧抽油机再利用的流程，优化工作，从废旧抽油机定位、回收、加工、复用、销售等各个环节进行规范，确保废旧抽油机再利用效益最大化。要加强废旧抽油机的循环利用。例如废旧抽油机上的支架、中座、尾座、电机导轨、减速箱、壳体等部件进行喷砂和无损擦伤后，可用于新抽油机生产上。对稀有机型中座、尾座等部件进行无损擦伤，修好后可为油田在用的稀有机型提供配件支持，堵塞跑、冒、滴、漏现象。建立科学的管理机制和有效的激励约束机制，积极引进先进技术，解决废旧抽油机再造利用进程中的技术难题，实现油田企业的快速健康发展。要加强闲置、报废抽油机改造再利用的监督和管理。油田企业资产设备管理部要及时掌握闲置、报废抽油机改造再利用的实际情况，防止资产流失。我们要秉承“以科技创新为依托，以国家政策为导向，以市场需求为理念”的宗旨，向市场提供满意的产品，实现企业价值和社会价值最大化。

3成立组织、加强协作，进一步明确再造利用的价值。必须始终坚持走技术优先、质量第一、节能节约的发展之路。节能减排是国家的宏观调控政策，抽油机节能改造是一项利国利民的工作，具有较大的发展前景和重要意义。应成立以主管领导为组长，各相关职能部门和单位负责人参加的废旧抽油机再造利用领导小组，协调废旧抽油机再利用工作中的关系，理顺管理流程，明确各职能部门职责，加强各环节的管理。对废旧抽油机回收、保管、处置、监督等各个环节都规定明确的流程，明确责任界点，从而使废旧抽油机再造利用工作有序进行。如：资产管理部门是废旧抽油机回收、保管部门，负责协调油田各单位在废旧抽油机再造利用过程中的工作；建立废旧抽油机出入库台账及实物保管工作，要保证收回的废旧抽油机的完整，在处置管理部门统一处置之前不得私自拆卸设备，不得私自处置。审计监察部门负责对废旧抽油机的回收和处理工作进行全过程监督检查，负责组织废旧抽油机效能检查。

4努力提高废旧抽油机再利用水平。废旧抽油机的再利用，是废旧资产管理的最有效途径。油田企业应加大对废旧抽油机的鉴定工作，在满足技术要求、确保油田各项设施、设备安全的前提下，尽可能地发挥废旧抽油机的作用，降低成本，提高效益。

(1)制定废旧抽油机鉴定标准，落实部门责任。

(2)管理过程控制，扎实开展废旧抽油机再利用工作。制定从废旧抽油机入厂、整机部件拆解、部件鉴定、部件修复、质量检测、入库存放等生产工艺流程。尤其是对零部件鉴定、修复和检测等关键环节严格规范，确保可修复配件按整机技术标准修复、检测，使整个工作过程受控，保证再利用配件质量。

(3)加强废旧抽油机保管，确保可利用设备的健康状态。由油田公司资产设备管理部和开发部定期组织专业技术人员，对油田内闲置抽油机进行确认，送交至指定资产库房或维修基地进行统一管理和存放。

(4)加大折旧设备综合利用分析，进一步提升利用水平。将不能利用的废料回炉处理，铸造成平衡块、曲柄和设备修理分公司尾平衡改造用的配重块，可提高再利用价值。

油田司钻控制技术研究 篇4

专业论文

油田司钻控制技术研究

油田司钻控制技术研究

摘要：文章针对我国石油钻机司钻控制技术方面存在的问题，围绕司钻控制房的科学建设和电子司钻的应用控制两个方面提出改进建议，为我国石油钻机的司钻控制技术研究打下坚实基础。

关键词：司钻 控制 技术

司钻指石油钻井中带班工人的职务名称。在油田岗位责任制中，司钻掌管刹把的操作。直接负责钻台的工作和井队人员，有的还负责钻井设备和吊装设备的操作。他们要牢记各个显示装置和操纵装置的功能和位置，还要随时处理一些意外情况，在石油的钻探作业中，钻机日夜工作，每个司钻要连续工作很长时间，即使有副司钻协助工作，然而每天保持注意力高度集中仍会让司钻倍感疲惫。因此司钻工作是最繁重的。

如果在操作、显示设备设计布置上与司钻工作人员的生理、心理不相适合；如果司钻控制房的设计规划不科学，只是将原来室外的仪器仪表搬到室内；如果司钻的工作仪器不够先进，都会导致工作效率降低甚至出现意外情况发生。下面围绕司钻控制房的科学建设、电子司钻的应用控制两个方面提出改进建议，为我国石油钻机的司钻控制技术研究打下坚实基础。

一、司钻控制房的科学设计

普遍来看，司钻台布置没有相应规范，整个室内空间和操纵台空间设计无法与人的生理、心理条件相匹配。显示仪表布置和操纵器布置不合理，没有考虑司钻本身的认知习惯；没有专用司钻座椅，高度和前后调节不便等。

针对这些问题，在司钻控制房的设计建设上要通过分析建立用户思维模型、用户任务模型，对用户出错进行分析，提出在控制方面、整体布局方面、人机方面设计需要改进的问题。要认真研究操作过程中哪些可以用机器来实现，哪些需要人操作，是否可以采用像飞机自动飞行那样的技术来设计自动送钻装置，以减轻司钻工作者的精神和

最新【精品】范文 参考文献

专业论文

体力负担。从司钻工作者使用心理的角度对目前的操作界面认真分析，使操作过程符合司钻工作者的知觉和认知特性。例如可以在操作界面设计上加入操作信息引导和信息反馈，以减少操作的学习负担。可以对整体进行大的区域划分，主、辅工作区域明确，使司钻工作者一看就能明确主要观察什么，主要使用什么，在主要的工作区域明确的状态下，对辅助工作区进一步细化，显示装置和相对应的操纵装置布置在一起，避免使用中出错。一些使用键按照功能划分区域布置，使各个功能的使用区域明显，能使司钻工作者在使用时快速找到。

在司钻控制房的整体布局上要注意：充分利用司钻房空间，扩大司钻的视野，解决司钻工作人员的视觉死角；改善司钻工作时犯困的问题。要进行模块化设计，将操作元件进行功能区域和使用频率划分。

以ZJ-51781型电子司钻为例谈司钻控制房的设计：一般要安装四通道视频监视系统使司钻坐在封闭的空间可以看到二层台游车的位置、井架工的操作、绞车滚筒排绳的情况，以及泥浆泵房的情况等。绞车的灵活控制采用了游戏干事的操纵杆，控制绞车正反转，松开即停。在停止位置有零指令锁定功能，防止出现干扰信号导致的误动作。当操纵杆向前推，游车上行时，有最高速度限制，以及第一高位置强制减速，第二高位置强制停机保护。当操纵杆向后拉，游车下行时，电机反转，在钻具负载的拖动下，DW电机处于发电工作状态，向电网反馈发电，直流母线电压升高，使接在直流母线上的崭波制动柜CHOPPER自动投用；绞车在发电反馈制动和能耗制动的联合作用下，游车下放保持匀速，速度大小由操纵杆拉开的角度决定，而不是像自由落体那样，呈加速下行状态。触摸电脑显示屏构成了良好的操作显示界面HMI。该显示屏将VFD系统信息、运转工况和钻井参数仪综合在一起。显示的钻井参数有超声波液位变送器传来的泥浆罐液位信号为四路。超声波流量变送器传来的泥浆回流信号为一路；应变膜压力变送器传来的悬重信号和立管压力信号各位一路；应变膜压力变送器传来的机油泵压力信号为二路；机械电子式编码器（码盘）传来的绞车滚筒转动圈数为二路。仪表系统中的各个变送器或码盘送来的信号，分别介入司控房PLCI/O扩展槽的相应端子，使该信号可以受到PLC的运算处理和监控。刹车系统以盘式刹车为主刹车，伊顿刹车作

最新【精品】范文 参考文献

专业论文

为辅助刹车。液压盘式刹车包括工作钳、安全钳、液压动力站、特殊的液压调节装置等。气控水冷式伊顿刹车是目前钻井场合应用的最先进的刹车系统，国外的电子司钻系统中，伊顿刹车也是首选的执行机构CPUI/O。用PLC容错技术，增加了系统的可靠性。司钻房PLC系统，并列安装了两套CPU和I/O插件板，一套处于工作状态；另一套处于备用状态，两套系统的数据传输并行。这样，当系统一出现故障时，系统二保持着运行数据，并同时投入工作。

二、电子司钻技术的应用

“电子司钻” 内容丰富，包括PLC控制系统、钻井监控系统、电子防碰、液压盘式刹车装置等，它们是石油钻机的控制中枢，其性能的优劣直接关系到整台钻机的生产效率，关系到工人的劳动强度和生产安全等。为此，应该加强电子司钻技术的改进，让电子司钻更加人性化和智能化。

以ZJ-51781型电子司钻为例（配ZJ70D钻机）谈谈先进技术的效率和优势。

该电子司钻是大功率VFD、多负载驱动PLC分布式钻机控制系统。可靠性高，控制性能卓越，变换方式为AC-DC-AC。系统由两个整流柜、七个逆变柜、三个崭波制动柜组成。大容量整流柜通过断路器连接在AC母线上，并经过大容量电抗器输出至DC母线，DSU整流电路由大功率二极管构成，通过数字电路控制预充电。逆变柜采用大功率IGBT器件（绝缘栅型双沟道晶体管）构成桥路，触发控制模式与其他变频器制造商PWM（脉宽调制）方式有很大不同。控制电路全部由数字模块构成，主控模块是以CPU为核心组成NAMC板。各主控模块之间通过光纤进行通讯，实现数据传输。由于主控模块均采用数字电路，系统的初始化需要以电机的参数为基础建立数学模型，所以逆变柜对交流负载采用一拖一驱动方式，这样就不存在接触器的指配切换控制。

电控系统的优点：DCR与VFD之间的串行通信采用屏蔽双绞线，而不是光纤，光纤以断裂。PLC主站与变频柜、整流柜、CHOPPER柜之间的现场数据总线控制，采用了总线管理器，对数据流实施监视。利用光纤路由器，对系统构成的所有数字模块的通信，采用了光纤，最新【精品】范文 参考文献

专业论文

这样使VFD房内部的控制线路非常简单，简化了线路连接，每个柜子只需两根光纤即可。柜支持单机运行和双机运行两种选择，选用了电储能大型空气断路器，方便了操作。整流柜投入工作后，对逆变柜有预充电过程，ABB变频器的预充电控制，性能优良，这是保证VFD多转动系统高可靠性的前提。在钻井仪表系统中，第一次采用了超声波变送器测量泥浆液位或流量。对测量泥浆非牛顿流体极为合适。符合ZJ70D钻机的相关要求，能满足ZJ70D钻机项目司钻的使用要求，采用可靠的防爆、防护、防腐、隔热、隔音、减震措施，使用寿命增加，效果大幅提升。

三、结束语

本文围绕司钻控制房的科学建设和电子司钻的应用控制两个方面探讨了如何加强油田司钻控制技术的研究，希望能为我国石油钻机的司钻控制技术做出应有的贡献。

参考文献

[1]李守军；陈颖；；西门子CP340模块在司钻工程中的应用[J]；水电自动化与大坝监测；2011年02期

[2]谭建平；苏勇；周俊峰；黄长征；；司钻网络控制实现[J]；锻压技术；2012年01期

[3]任俊杰，苏秀丽，刘泽祥；基于SIMATICS7PLC的分布式控制系统实现[J]；微计算机信息；2011年06期

[4]任俊杰，李媛，苏秀丽；WinAC控制器在过程控制中的应用[J]；微计算机信息；2012年09期

油田抽油机控制柜 篇5

作者：北京理工大学化工与材料学院（１０００８１）陈祥光 来源：《电子技术应用》

摘要：为了提高油田联合站的自动化管理水平，确保注水系统的安全性和可靠性 采用ＰＣ－工业控制计算机和ＡＤＡＭ ４０００系列及ＡＤＡＭ ５０００系列智能模块，对油田联合站注水系统进行自动化控制，对污水罐液位、注水泵和电机的温度、输出水压力和流量以及润滑油压力和流量进行实时检测与控制。检测与控制信号通过ＲＳ４８５总线与工控主机连接，研制完成的多功能管理软件已成功地应用在注水过程的自动控制系统中。关键词：注水系统 过程控制 智能模块 ＡＤＡＭ系列 ＰＣ－工控机 油田注水是采油生产中最重要的工作之一，但它是油田耗电大户，一般占油田生产耗电的３０～４０％。在油田联合站的注水系统中，注水泵机组是采油生产过程中的主要设备，是保证原油高产、稳产的关键设备。目前的一些联合站注水泵机组均无监控系统，致使水泵抽空、电机和泵轴承以及轴瓦过热烧损、泵体振动过大等事故时有发生，影响了正常生产。因此研制注水过程自动控制系统、推广应用注水系统的自动监控技术对于提高注水效率、保证安全生产具有十分重要的意义。

１ 注水系统工艺流程及监测点的确定

某油田联合站注水系统工艺流程图（总控图）如图１所示。

其工艺流程为：来自新、老联合站的污水，经过沉降过滤处理后，用泵打入污水储罐，依据生产指标要求，来水经高压注水泵增压后，通过干线输至配水间，再经控制、计量后分配至各注水井。系统主菜单如下所示： 系统设置 储水罐监测 注水泵电机控制 报表输出 数据管理 数据通讯 系统帮助 退出系统 根据现场运行的实际情况，以及生产过程中可能出现的问题，选取以下各参数进行实时监测与控制：

（１）污水储罐

①１号储罐液位实时监测及上、下限报警； ②２号储罐液位实时监测及上、下限报警； ③３号储罐液位实时监测及上、下限报警。（２）注水电机

①电机前后轴承温度； ②电机定子（机身）温度。（３）注水泵

①注水泵前后轴承温度； ②注水泵进出口压力。（４）公共参数 ①汇管压力、流量； ②润滑油压力、流量。

２ 储水罐液位自动监测系统

储水罐的工艺指标是水位高度保持在５～８米之间，当液位高于８．５米时，发出上限报警信号；当液位低于４．５米时，发出下限报警信号。储水罐液位自动监测系统如图２所示。

３ 注水泵、电机自动监控系统

注水泵、电机自动监控系统是通过实时检测泵进出口压力，泵和电机的轴承、轴瓦温度，以及润滑油的压力、流量来控制电机的正常运行，对温度、压力及流量均设有报警信号。注水泵、电机自动监控系统如图３所示。

４ 自动控制系统硬件设计 本自动控制系统硬件采用ＡＤＡＭ ４０００ 系列和ＡＤＡＭ ５０００系列智能模块，主机选用研华ＰＣ－工业控制机。该系统连接框图如图４所示。

模块定义如下：（１）“４０８０”计数器输入模块共３块，每块具有两个独立的３２位计数器，分别检测１～５台污水进口流量计脉冲信号和１台润滑流量计脉冲信号。

（２）“５０１７”８通道Ａ／Ｄ转换模块共６块，分别检测３个储水罐的上下限检测信号、每台注水泵的输入／输出压力信号、注水泵和电机的温度检测信号以及润滑油的压力信号等。

（３）“５０６８”８通道继电器输出模块共１块，分别控制５个注水电机的启停。（４）“５０５１”１６通道数字量输出模块共１块，１～８通道输入“４０４８”模块的报警输出信号，９～１６通道分别输入注水泵、电机等的开启状态。

（５）“５０００”可编程控制器共２块，第１块包含３块“５０１７”、１块“５０６８”；第２块包含３块“５０１７”、１块“５０５１”。其主要功能是将“５０１７”、“５０５１”、“５０６８”的检测信号通过ＲＳ４８５总线传送至工控主机。

５ 自动控制系统软件设计

注水过程自动监控系统软件由主控图、储水罐控制图、注水泵和电机控制图、系统设置、报表输出、数据通讯、系统帮助、退出系统等８大部分组成，大小画面共几十幅，系统软件结构图如图５所示。系统画面功能大致可归纳为以下几点：

（１）主控图

主控图画面包括３个储水罐、５套注水泵和电机以及相应管网、阀门等，实时计量各储罐进水流量数值；实时检测各注水泵进出口压力、泵和电机各点温度、以及润滑油的压力和流量等；实时显示各注水泵、电机的的启停状态。在画面上通过鼠标单击有关按钮可对各注水泵、电机进行开关控制。

（２）系统设置

系统设置画面的主要功能是：操作员登录、配置用户及密码修改，并可对各注水泵、电机的优先启停进行设置，同时还可以设置工艺过程的有关参数。

（３）储水罐监测

在储水罐控制画面上可实时显示储水罐的液位状态，对１、２、３号储水罐的液位上、下限设有报警功能。当某储水罐液位越限时，工控主机将发出报警信号，画面上相应位置有报警灯闪烁，以及时提示操作人员采取相应措施。

（４）注水泵、电机控制

注水泵、电机控制画面显示５个编号按钮，单击其中某一按钮，即进入到相应的注水泵、电机画面三级画面，该画面显示注水泵、电机的运行状态。正常工况下，注水泵、电机日夜不停地运转。当温度信号越限时，工控主机发出报警信号，如果温度继续上升，直至超过上上限时，主机将输出信号切断电机电源。当测到润滑油流量不足或无流量信号时，主机也发出相应报警信号，以提示操作人员及时处理。

（５）报表输出

报表输出画面可供选择的报表打印按钮有：打印即时数据报表、打印历史数据报表、打印单日注水量清单、打印单月注水量清单等。用户可根据需要单击相应的按钮。

（６）数据通讯

用户通过选择数据通讯画面上的相应按钮，可将实时数据文件或历史数据文件传至信息中心或上层计算机管理系统。

（７）系统帮助 系统帮助包括一级画面、二级画面及三级画面的操作说明，以及紧急停机和事故处理操作说明，其目的是帮助用户尽快掌握和应用该系统软件的全部操作功能。

（８）退出系统

若用户要求退出监控系统，可进入到退出系统画面，在单击退出系统按钮时，系统将检查操作员的权限，只有达到退出系统的权限时，才能正确退出系统。

油田抽油机控制柜 篇6

油田上普遍存在着抽油机电机利用率、扭矩利用率偏小的问题。由于油层供液的波动性,需不断的调整相匹配的抽油机地面和地下设备,但时间和费用都不可能达到这一点,同时抽油机供液不足、气体影响造成的泵效差现象十分普遍,抽油机存在大量的无效工作时间[1][2]。针对以上问题,我们从分析油层供液条件、排液条件出发,结合以往供液不足油井的间抽经验,研究出配合动液面的变化而调整工作制度的思路,采用先进的微电脑技术进行自动控制,使抽油机的运行模式更为科学合理。

2 间歇式采油数学模型研究

在注水油田开发后期,油井广泛采用的是机械抽吸连续强采的开采方式,然而在实际应用中,经过连续强采一段时间后,油井压力会维持在一个比较低的数值,单位时间内供液条件变差,会影响到单位时间的采油量,增加了原油单耗。针对这种问题,本文提出了一种新型的调整油井生产供排关系理论,经过实验表明,同传统开采方式相比,该理论通过对抽吸开采时间参数的优化选择,使排液量大于供液量的一类油井可明显达到节约能源、提高经济效益的作用[3]。

2.1 油井压力降落曲线的理论描述

当抽油泵的抽吸作用大于注水井的注水能量补充作用时,油井压力抽油泵的抽吸作用下,会有一定规律的下降。根据不同的测定时间t与其对应的油井压力P(t),在直角坐标系中所作的P(t)-t曲线分析,其大部分形态和反余切曲线十分相似。当一条压力降落曲线和一条反余切曲线拟合时,油井的平均压力应该等于反余切曲线数值。假设压力降落曲线可以用反正切曲线近似地表示则必然存在着一组a、b、M和N的参数,使得降落压力值P(t)可以用下式近似表示:

通过压力曲线和反正切曲线拟合,可以得到油井压力降落曲线,如图1:

由图1我们可以看到,当油井开始采油的时候,在一段时间内,油井压力值基本维持在N-Mπ/2如果继续开采的时候,油井压力值将会以一个较快的速率下降,直到油井压力值稳定在Mπ/2+N左右。

2.2 井压力恢复曲线的理论描述

根据油层渗流力学的理论,当流体向井底呈平面径向渗流时,对于均匀地层,油井关井一段时间后,一定会出现下面的线性关系:

其中B=p i,A=µQ0CC0/4πKh

Pi——地层压力,Mpa;μ——原油粘度;Q0——油井日产量;C——模型常数;K——地层渗透率;h——地层厚度;C0——单位换算系数;Pws——关井后恢复压力;t——时间;

上式经变形得

上式为衰减曲线的一般方程,为了便于说明,不妨称为衰减型油井压力恢复曲线方程。根据实际检验,衰减型压力方程比经典半对数方法在应用中更容易产生线性关系。

其中参数A、B及C,可以根据油井的测压纪录与时间关系数据,通过线性回归的方法得到。

在直角坐标系中,油井压力恢复曲线可以由图2表示:

2.3 油井压力动态变化曲线的理论描述

根据油井的压力降落方程和压力恢复方程,我们可以合成得出油井压力动态变化曲线的两种形式(用A和B表示),其中A表示油井压力充足的情况,即油井压力恢复速度≥油井压力降落速度,B表示油井压力不足的情况,即油井压力恢复速度<油井压力降落速度。油井压力动态变化曲线可以由图3表示:

由图3我们可以看到,当油井的压力降落和压力恢复处于A情况时,油井压力处于上限压力的稳定状态,变化曲线为一条水平直线。而当油井的压力降落和压力恢复处于B情况时,由图可以看到油井压力始终处于降落的趋势,直到趋向油井的压力下限。当油井压力动态变化曲线处于B状态时,由式(1)和式(3)油井压力Pw(t)可以由下式表示:

即

通过对压力降落曲线和压力恢复曲线的拟合,我们可以看出两个曲线的参数必然要满足下面的条件:

因此,式(5)可以改写为:

在这个压力降落的过程中,由于油井压力不足的原因,单位时间内的采油量处于一个相对低的水平,因此会产生能量和机械使用效率不高的一些问题。因此,本文针对这类油井,提出了智能间歇式采油理论,希望通过该理论,克服传统开采方法的不足之处。

3 智能间歇式采油的油井压力动态变化曲线的理论描述与分析

针对上面论述的压力变化情况,为了解决传统油井开采方式的在此类油井开采上的局限,本文提出了一种间歇式油井开采的一种新方式,通过对油井开采间歇期的选择,希望达到增加油井开采经济效益的目的。

油井开采的经济效益主要跟单位时间产液量、能源消耗量、机械磨损这三个方面有关。而产液量由油井压力和时间决定,能源消耗和机械磨损由工作时间决定。因此,确定间歇式采油的油井压力动态变化曲线是解决问题的关键。

间歇式油井开采理论就是根据油井压力变化,将油井采油期分为若干个小工作周期T。一个工作周期T分为采油期t1和间歇期t2,即油井开采t1时间后,中止开采,进入间歇期t2,进行压力恢复,然后继续开采,周而复始。

间歇式采油的油井压力动态变化曲线可以由图4近似表示:

决定油井开采的经济效益的因素有很多,如果在客观条件都相同的情况下,主要由单位时间产量、能源消耗量、机械磨损这三个方面决定。下面从这三个方面比较间歇式采油方式与传统采油方式的区别。

油井产量由油井压力和时间决定,产液量为采油期的压力变化曲线的时间对压力的积分。

图5是智能间歇式采油与传统式采油的产液量对比示意图。

对于传统采油方式,油井压力变化曲线如图3所示,油井压力Pw(t)由式(5)表示,在连续开采Tc时间内对油井压力Pw(t)积分得产液量Qc为:

则单位时间产液量为:AQc=QcTc由于为连续开采,Tc趋于无穷大,得:

经过变换AQc=2N。

对于智能间歇式采油方式,在一个工作周期时间内内对油井压力Pw(t)积分得的产液量Qm为:

经过变换,得Qm=Q(t 1)+QW,其中:

则单位时间产液量为:AQm=Qm/(t1+t2),因此两种采油方式的产液量比即为两者的单位时间产液量比得:

由于智能间歇式开采的一个工作周期中有t2时间处于不工作状态,因此相对于传统的连续开采方式,智能间歇式开采在单位时间内能量消耗较低,假设在机器工作的时间内功率为恒定值E,下面对两种不同开采方式的能量消耗作对比。图6为能量消耗对比示意图。

由图可以易得智能间歇式开采的一个工作周期能量消耗为Em=Et 1,则智能间歇式开采的单位时间内能量消耗为:

而连续开采在单位时间内能量消耗为恒定值E,得出两种方式的能量消耗比q为:

由于q小于1,因此间歇式开采能够达到节约能源的功能,节能率为q。

在两种不同工作情况下,根据实际测试抽油机的机械损耗情况,经数学推导智能间歇式和连续式平均单位时间抽油机机械损耗比m为:

根据上面的论述,智能间歇式采油与连续式采油相对比,单位时间产液量比为k,单位时间内能量消耗比为q,抽油机机械损耗比为m。为了达到最大的经济效益,应该尽量使k最大,同时尽量使q和m最小。

用φ代表两种方式在单位时间、单位能量消耗情况下的产量比,根据上面k,q,m的论述,式(18)等价为:

当φ>1时,智能间歇式采油比连续式采油更能达到较好的经济效益,而φ<1时,采用连续式采油能发挥更好的作用。

因此当max(φ)>1时,智能间歇式采油使油井开采能达到最优的经济效益值。

从式(19)看出,φ由t1唯一决定,为了使φ(t1)取最大值,对φ(t1)求导,即当φ(t1)=0时,φ(t1)取最大值。φ(t1)ˊ为一个以t1自变量的复杂的表达式,可以在计算机上通过二步法或牛顿迭代法得出φ(t1)=0解,得到t1的值。再将t1代入到式(19)中,如果φ〉1,则找到最优解。进而通过油井压力恢复曲线得到t2值。

4 间歇式抽油机节能控制器的设计

根据以上原理分析,我们设计制造了ACT-104抽油机智能控制器,系统采用先进的工业控制器件,系统智能化水平高,操作简便,运行安全可靠。

来自现场的电机工作电流、电压信号,与油井的压力信号,经过变送器的转换将标准4-20m A电信号送入核心控制器,核心控制器采用松下电工株式会社生产的FP SIGMA系列可编程控制器[4],经过该控制器的实时运算,形成控制时间参数,该参数根据实际的油井压力变化情况及抽油机电机电流、电压变化情况,判定抽油机工作状态,同时,根据历史参数实施间歇抽油控制。系统采用智能人机接口技术,可编程控制器与智能人机接口采用标准的RS232C通讯协议相连,完成人机交互。操作员可通过方便的界面操作,实现系统的参数设定,系统运行状态监控,故障显示与报警等工作,该系统是完全智能化的操作控制系统。

5 结束语

应用以上间歇式抽油控制原理及所设计的间歇式抽油机节能控制器,我们对大庆油田200余口低产油井进行了节能控制,运行结果显示,对于排液量大于供液量的一类油井,采用智能间歇式采油,通过采用最优化的参数选择可使采油量达到连续开采采油量98%,而节能67.8%,延长机械使用寿命约50%,大大地减少了生产成本,节能效果显著。

摘要：通过对油层的实际压力恢复数学模型的分析,提出了设计间歇式抽油的技术概念,并应用微电脑技术与石油地质、采油工程技术相结合,制造了油田间歇式抽油节能控制器,该控制器控制抽油机根据油层供液状况变化进行动态的智能化的调整,科学的减少了抽油机的工作时间,节省用电能耗。

关键词：间歇式抽油,控制器

参考文献

[1]韩修廷.大系统数值优化与采油工程应用[M].北京:石油工业出版社,2004.

[2]刘玉章.难动用储量开发采油工艺技术[M].北京:石油工业出版社,2005.

[3]姜继水.提高石油采收率技术[M].北京:石油工业出版社,2007.

世界最大抽油机在塔里木油田投用 篇7

2013年9月29日, 国内首创和世界最大的齿轮齿条式大型抽油机平稳地安放于塔里木油田轮古2-2井口, 经调试到位后开始抽油。抽油机整机设备自重达到41t, 具有国内目前最长的9m冲程, 仅需55k W变频功率电机, 达到节能增效和绿色环保的要求。

就目前国内油田而言, 机械采油井中的游梁抽油机仍为主要机型。但常规游梁式抽油机冲程短, 不仅冲次快, 而且冲程不可调、载荷小和能耗大, 不适应油井深抽工艺的需要。而CCYJ-28-9型齿轮齿条式大型抽油机, 通过齿轮在齿条上做上下往复运动, 解决长冲程机身长的问题。其工作原理是变频器通过电缆控制变频电机, 电机通过皮带轮、角传动箱、刹车装置、链轮链条和减速机驱动装置在减速输出轴上的小齿轮旋转。

油田抽油机控制柜 篇8

1技术特点及应用效果

目前, 葡萄花油田应用的抽油机平衡调整技术主要有3种, 分为电流法调平衡技术、扭矩法调平衡技术和功率法调平衡技术。

1.1电流法调平衡技术

电流法调平衡技术是用钳形电流表测取光杆上行、下行的电流最大值, 用平衡率判断抽油机的平衡状况, 平衡率是指下冲程峰值电流与上冲程峰值电流的比值, 按照公司对指标管理的统一规定, 当平衡率在85% ~100% 时, 认为抽油机处于平衡状态。若平衡率小于85%, 平衡块向曲柄轴端调, 若平衡率大于100%, 平衡块向曲柄末端调。不平衡时的调整方法如式 (1) 所示。

M大=1800S+0.202S (Fmax-Fmin)

式中:I上——驴头悬点上冲程最大电流, A;

I下——驴头悬点下冲程最大电流, A;

Wcb——曲柄平衡块的总重量, N;

L——曲柄平衡块在目前位置应该移动的距离, m;

M大——最大扭矩[3], N·m;

S——实测驴头冲程长度, m;

Fmax——悬点最大载荷, N;

Fmin——悬点最小载荷, N。

电流法调平衡技术的不足之处在于电流平衡存在虚假平衡问题, 电流分不出正负, 发电与用电都产生电流, 一些严重不平衡的井在发电时产生一个很大的电流, 但从电流上看抽油机井还相当平衡; 对于功率因数较低的抽油机井, 电动机电流相对于抽油机的载荷变化幅度较小, 电流峰值变化并不大, 无法真实反映抽油机的平衡比;电流调平衡工作效率低, 电流法调平衡只知道平衡块的调整方向, 不确定调整距离, 需要多次调整才能到位, 增加了工人的劳动强度;易存在人为误差, 通过测量抽油机的上下电流峰值来计算平衡比, 这种方法录取的是瞬时峰值电流, 存在一定的人为误差, 同一口井同时由不同的人测量会出现不同的结果。但由于电流法调平衡方法简单, 仍被广泛采用[4]。

1.2扭矩法调平衡技术

对抽油机的运行能耗进行分析, 抽油机的机械传动损耗与电动机的固定损耗是相对不变的, 电动机的变动损耗随电流成正比, 因此, 要确保抽油机最节能, 就要使电动机的变动损耗最小, 即均方根电流最小, 抽油机的负载扭矩决定电流的大小。扭矩法调平衡技术是使抽油机在一个周期内净扭矩均方根值最小, 使电动机的损耗达到最低, 从而达到节电目的。

扭矩法调平衡技术通过地面示功图测试, 利用软件与示功图进行相应的数据对接, 采集上、下冲程中各点的载荷数据, 结合抽油机运动几何参数计算出净扭矩, 根据净扭矩值得出平衡块的最佳调整位置及方向。

以1#井为例, 通过对比电流法调平衡与扭矩法调平衡效果, 扭矩法调平衡技术具有一定的节能效果 (图1、图2) 。

现场对比测试100口井, 平均单井日节电4.66 k Wh, 节电率3.7%。其中90口井应用电流法判断为平衡井, 再应用扭矩法调平衡技术进行平衡调整, 平均单井日节电4.32 k Wh, 节电率达到3.5%;10口井应用电流法判断为不平衡井, 应用扭矩法调平衡技术进行平衡调整, 平均单井日节电7.72 k Wh, 节电率达到5.5%。

扭矩法调平衡技术是根据实测功图, 绘制扭矩曲线来调整抽油机平衡, 考虑抽油机整个运动周期内的平衡状况, 利用计算机进行精确计算, 比电流法调平衡方式更加科学、合理, 减轻了工人的劳动强度, 节省了工作时间;同时, 在电流法调平衡的基础上取得一定的节电效果。缺点为由于抽油机扭矩曲线无法直接测量, 需要进行大量计算, 应用不方便。若出现抽油机平衡块不规则等造成抽油机几何参数不匹配时, 实施扭矩法调平衡可能导致耗电量升高。

1.3功率法调平衡技术

功率法调平衡技术以抽油机最节能和最安全为目标, 对抽油机功率曲线进行傅立叶分解, 通过调整平衡块位置, 改变一阶正弦分量的大小 (不平衡扭矩) , 使均方根功率最小, 达到节能的目的。平衡块调整量计算公式如公式 (2) 所示。

式中: ΔL ——平衡块移动量, m;

b1——均方根功率计算公式的一阶正弦分量, k W;

G——平衡块重, t;

ω——角速度, rad/s。

按照中国石油天然气集团公司企业标准 《游梁式抽油机平衡及操作规程》 (Q/SY 1233—2009) 中规定, 功率法平衡率判定标准为功率平衡比为抽油机上下冲程平均功率之比, 以较大值为分母;当上下冲程的平均功率有一项为零或负值时, 功率平衡比为零;当功率平衡比小于0.5时, 可判定抽油机不平衡。

以功率不平衡、电流平衡的2#井为例, 电动机电流相对于抽油机载荷变化很小, 无法真实反映抽油机的平衡比, 利用功率法调平衡后, 不平衡扭矩由52.95 N·m下降至10.34 N·m, 抽油机达到平衡状态, 运行更加平稳, 节电率7.4% (表1) 。

现场对比测试81口井, 调整后不平衡扭矩绝对值由97.3 N·m下降至14.9 N·m, 功率平衡率由24.7%提高到84.1%, 电流平衡率由104.32%下降至96.38% ; 平均单井日节电10.51 k Wh, 节电率9.4%。

功率法调平衡技术使抽油机不平衡扭矩大幅度下降, 减少了电动机及减速箱的磨损, 依据功率法计算出的位移量指导平衡调整, 比较准确, 基本上可以一次性调好, 但同样存在平衡块形状不规则时, 无法计算其准确重量, 影响调平衡效果的问题。

2结论及认识

1) 电流法调平衡技术简单, 但存在虚假平衡现象, 扭矩法调平衡比电流法调平衡方式更加科学、合理, 但计算量大, 现场应用不方便, 用功率法算出的平衡块位移量准确, 方法简单、方便, 且节电效果较好, 适合现场推广。

2) 在功率法调平衡技术的推广应用过程中, 可针对不同区块摸索调平衡的合理界限, 使抽油机运行更加平稳, 同时取得更好的节能效果。

3) 扭矩法与功率法调平衡技术都存在抽油机平衡块形状不规则时, 影响调平衡效果的问题, 需进一步解决。

参考文献

[1]王灵志.抽油机井调平衡技术的研究[J].科技创业家, 2012 (18) :82.

[2]王伟, 檀朝东, 王辛涵, 等.抽油机井平衡设计及调整技术综述[J].中国石油和化工, 2011 (2) :59-61.

[3]张琪.采油工程原理与设计[M].山东:石油大学出版社, 2000:129.

油田抽油机控制柜 篇9

我国的油田不像中东的油田那样有很强的自喷能力, 多为低渗透的低能、低产油田, 因此, 精确感知油井负荷的动态变化, 实现智能间抽控制 (IPOC) , 可以大大提高抽油机的工作效率, 达到最佳的节约能源效果。GPRS技术是在现有GSM网络基础上发展起来的一种新的数据传输业务, 具有连接费用低廉, 传输速率高, 永远在线的特点[2]。而且, 因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器, 所以连接及传输都会更方便容易。Delphi是Windows平台下著名的快速应用程序开发工具 (Rapid Application Development, 简称RAD) 。Delphi拥有一个可视化的集成开发环境 (IDE) , 采用面向对象的编程语言和基于部件的开发结构框架。Delphi提供了500多个可供使用的部件, 利用这些部件, 开发人员可以快速地构造出应用系统[6]。本文中GPRS平台采用了TI的TMS320F2808和H7708GPRS模块的组合, 同时采用了森社电子的电流霍尔传感器, PC机上采用Delphi 7软件, 设计开发了一种抽油机的负荷数据采集系统[1]。

1系统硬件设计

1.1总体设计

油田抽油机负荷数据采集系统整体结构如图1 所示, 它包括三个部分:前端的现场数据采集终端, 传输网络以及后端的数据管理中心。

1.1.1 中心数据管理终端

中心数据管理终端由连接INTERNET的PC计算机和Delphi开发的软件界面组成, 系统服务中心软件从INTERNET网络获取终端发送来的抽油机负荷信息, 并且对其存储、分析, 最终由PC机将其实时、精确地显示出来。

1.1.2 抽油机数据采集终端

抽油机数据采集终端由GPRS收发模块, 电流霍尔传感器和由TI的DSP作为控制核心的抽油机驱动控制器组成, 霍尔传感器采集的电流数据经过滤波后传入DSP控制器的AD转换, DSP控制器接收处理数据以后与GPRS模块之间通过RS485进行通信, 再由GPRS模块与INTERNET进行通信。

1.2硬件介绍

1.2.1 TMS320F2808和H7708GPRS模块简介

TI公司的TMS320F2808高性能DSP芯片是目前控制领域先进的处理器之一, 频率高达100 MHz, 并且集成了高达12.5 MHz的A/D转换外设, 具有12位分辨率, 零CPU开销, 最小AD转换时间达160 ns[4]。大大提高了芯片处理能力和控制系统的控制精度。以TMS320F2808作为抽油机驱动器控制核心, 不仅可以实时, 精确读取传霍尔感器的电流负荷值, 而且可以根据数据中心管理终端分析数据后稳定、可靠地实现抽油机的智能间抽控制 (IPOC) 。这是低端的单片机微控制器根本无法满足的。

H7708 GPRS DTU符合工业级设计标准, 优化电源过压过流和防接反保护, 优化电磁兼容设计, 具有超强的可靠性。内嵌PPP、TCP/IP、DDP等多种协议, 可实现用户设备到数据中心远程透明数据通信, 支持频段900/1800 MHz, 电源为+5-26 V宽电压范围, RS232通信方式, 波特率300-57600可调。

由于应用现场环境恶劣, 对信号传输有一定的干扰, 所以本系统DSP与GPRS模块通信时采用抗干扰能力较强的RS485通信, 保证系统可靠, 稳定的工作。

1.2.2 电流霍尔传感器CHK-Y4300

霍尔电流传感器由于具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过载能力强和不损失被测电路能量等诸多优点, 因而被广泛应用于电机驱动装置中。

CHK系列霍尔电流传感器, 采用开环霍尔直测原理, 用于测量5 A～10 000 A交流, 直流及脉冲电流, 输出正负4 V, 输出电压与被测量电流电气隔离。线性度高, 反映时间快, 非常适合抽油机负荷采集系统平台的使用。

2系统软件设计

系统软件设计主要包括两部分:一部分是DSP微处理器数据采集与GPRS模块的连接通信的程序设计;一部分是PC计算机上Delphi编程实现远程数据终端的观测与控制。

2.1数据采集终端软件设计

抽油机负荷数据采集终端软件由C语言设计, 主要任务包括电流数据采集和接收管理终端分析处理数据以后发送过来的控制信息并执行相应的操作。软件流程如图3。

在连接保持过程中, 数据采集终端每隔一段时间将自动向服务器发送一个“心跳包”, 以保持GPRS通信不会移动网络自动切断。

2.2数据服务中心程序设计

2.2.1 Delphi简介

Delphi是Borland公司推出的可视化开发平台, 其代码采用OBJECT PASCAL语言编写。Dephi编写的程序编译和连接速度快, 生成的源代码简洁, 相比较其他的编程语言, 在对数据库、多线程及网络通信的综合支持方面占有很大的优势, 因此非常适合编写监控软件[3,5]。

2.2.2 Delphi的编程实现

本软件主要由数据接收、数据解析、数据存储三部分组成, 软件设计流程如图4。

该系列模块专门为该通信系统的使用提供了函数开发包, 主要是DSC软件。DSC与DTU之间通讯使用开发包动态链接库gprs_dll.dll异步上报信息, 该文件包括和 DTU通讯所需要的全部 API函数, 包括数据发送、数据接收等。动态链接库是Windows的重要特点之一, DLL的特性使它成为Delphi 的一个极为有力的补充。由于 DLL过程存在于Delphi应用程序之外的文件中。在使用时必须指定过程的位置和调用参数, 在声明了DLL过程之后, 就可以把它当作自己的过程使用了。

3实验结果

试验采集抽油机工作站的负荷数据, 串口波特率为9 600, 数据位8, 停止位1, 无数据流控制和奇偶校验, 图5为每隔一段时间采集的抽油机负荷数据波形, 并进行记录存储, 根据该图可以分析抽油机工作于抽油状态, 从而实现了远程无线智能间抽控制, 达到了最佳节能效果。

4结束语

系统采用GPRS实现抽油机负荷数据的实时采集, 是非常优越的数据检测通信方案, 系统测试表明本系统硬件接口简单、实时性强、传输数据量大、传输速率高、系统稳定性好。

摘要：针对油田抽油机控制需要对负荷数据实时、远程监控的要求, 为了适应现场环境, 提出了一种将GPRS无线通信技术与WINDOWS虚拟界面相结合的设计方案。该方案以TI的DSP和H7708 GPRS模块为网络平台, 设计了数据采集处理系统, 应用Delphi编写程序, 实现对抽油机负荷数据采集, 分析, 存储, 输出。经过实验测试表明:系统运行稳定, 效果良好。

关键词：GPRS,Delphi,数据采集

参考文献

[1]霍峰, 王长松, 龚宪锋, 等.基于Zig Bee和LabVIEW的多功能数据采集系统[J].传感器与微系统, 2008, 7:82-85.

[2]韩彬杰.GPRS原理及其网络优化[M].北京:机械工业出版社, 2003, 6:1-17.

[3]马庆龙, 杜普选.基于GPRS的机车信号远程实时监控系统[J].铁路通信信号, 2007, 1:53-55.

[4]TMS320F280X Data Manual[M].Literature Number:SPRS230J.September 2007:11-15.

[5]王志伟, 沈杰峰.基于Socket的远程数据采集方法[J].西华大学学报, 2006, 2:37-39.