抽油機工況參數遠程監控預診裝置的製作方法

2023-09-18 02:22:45

專利名稱：抽油機工況參數遠程監控預診裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於油田抽油機採油遠程監控及工況診斷領域，是一種抽油機工況數據遠程監控和預診裝置。
背景技術：
抽油機採油佔目前國內機採總比率的80%以上，抽油機作為傳統的採油設備，存在生產數據採集不及時、不全面以及診斷功能不完善的問題，導致調參和洗井不合理，造成連續生產受限、系統機採效率偏低、耗能大等現有抽油機使用中的不足問題。在數據採集和傳輸方面，近年遠程監控技術的應用，比以前人工採集變得及時和省力了，但現有的監控設備採集的數據不夠完整，尤其不能對抽油機的動液面、上下峰值電流和周期功率等重要工況數據進行連續的自動採集，使生產數據管理存在一定缺欠。另一 方面，現有的監控設備沒能和監控軟體完整的結合，只能起到數據傳輸的作用，不能對抽油機的運行狀況做整體綜合的分析和診斷，對可能出現的故障缺乏預診功能，抽油機即使安裝了遠程監控設備，也是出現故障後才被發現和處理，起不到事先預警作用。抽油機工況參數遠程監控預診裝置，是在「抽油機智能增效控制器」專利(專利號ZL 2005 2002 2034. 7)的基礎上，進行了進一步的技術革新與優化，完善了抽油機工況診斷功能，相關技術產品「油井變頻智能增效監控設備」已被國家科學技術部選定為2011年國家火炬計劃項目。
發明內容本實用新型的目的是完善現有抽油機工況參數遠程監控的種類，利用監控中心診斷軟體的強大功能，對抽油機進行實時工況分析和故障預診，提高機採效率，降低故障的發生率，為實現對抽油機的科學化、數位化管理提供依據。本實用新型的技術方案抽油機工況參數遠程監控預診裝置，包括現場數據採集裝置和遠程監控中心兩部分；所述現場數據採集裝置內，參數測控箱通過有線或無線方式與各種測量傳感器和止點檢測模塊建立聯繫；所述遠程監控中心，參數測控箱以移動通訊方式通過中心通訊模塊或直接與伺服器進行數據的發送和指令的接收，伺服器以移動通訊方式通過終端通訊模塊與終端計算機進行信息通訊，LED顯示系統與終端通訊模塊連接。所述參數測控箱內設有測控主機，測控主機通過現場通訊模塊以移動通訊方式與遠程監控中心進行通訊；測控主機分別與電參數採集模塊和無線數傳模塊進行數據通訊；參數測控箱內含有備用電池，備用電池與測控主機連接。所述測控主機上有CPU處理器、存儲器、輸出執行電路、止點信號檢測電路、時鐘電路、I/o接口電路、多路串口接口、串口晶片、串口擴展模塊、斷電檢測和電池充電電路。本實用新型的有益效果①終端計算機通過伺服器、中心通訊模塊、終端通訊模塊，以移動通訊方式接收現場參數測控箱採集的各種測量傳感器、止點檢測模塊測量的抽油機工況參數和信息，通過中心診斷軟體結合其它生產數據進行系統分析和診斷，提前預防抽油機採油系統可能出現的故障，並對現場抽油機進行遠程控制，現場抽油機的狀態可通過中心LED顯示系統顯示本裝置具有對現場抽油機的動液面、油套壓、溫度、示功圖、電參數、衝次數、上下峰值電流等全面工況參數的採集功能，中心診斷軟體可對供液不足、泵效低、結蠟、漏失和不平衡等異常工況進行跟蹤和診斷，避免或減少抽空燒泵、杆斷、卡泵、嚴重損耗等故障的發生；③本裝置還具有停機、停井、斷電、故障報警的功能，是遠程數據監控和計算機生產管理相統一、現場硬體測控和中心軟體預診完美結合的高科技、前瞻性產品。

圖I是本發明抽油機工況參數遠程監控預診裝置的整體結構示意圖。圖2是本發明抽油機工況參數遠程監控預診裝置的參數測控箱結構示意圖。圖3是本發明抽油機工況參數遠程監控預診裝置的各種測量傳感器中液面傳感器結構示意圖。圖4是本發明抽油機工況參數遠程監控預診裝置的參數測控箱中測控主機結構示意圖。圖5是本發明抽油機工況參數遠程監控預診裝置的系統診斷方式示意圖。
具體實施方式
如圖I所示，抽油機工況參數遠程監控預診裝置，包括現場數據採集裝置和遠程監控中心兩部分；所述現場數據採集裝置內，參數測控箱I通過有線或無線方式與各種測量傳感器2和止點檢測模塊3建立聯繫，對抽油機工況參數和狀態(包括液面、功圖、壓力、溫度、抽油機驢頭止點位置等)進行實時採集；所述遠程監控中心，參數測控箱I以移動通訊方式通過中心通訊模塊4或直接與伺服器5進行數據的發送和指令的接收，伺服器5以移動通訊方式通過終端通訊模塊(7)與終端計算機6進行信息通訊，終端計算機6上的中心診斷軟體可對現場抽油機進行遠程監控和工況預診，LED顯示系統8與終端通訊模塊7連接，LED顯示系統8顯示現場抽油機系統狀態。如圖2所示，所述參數測控箱內部由測控主機11、電參數採集模塊12、現場通訊模塊13、無線數傳模塊14、控制開關15、直流電源16、備用電池17、接線端子排18組成。測控主機11通過現場通訊模塊13以移動通訊方式與遠程監控中心進行通訊；測控主機11分別與電參數採集模塊12和無線數傳模塊14進行數據通訊；參數測控箱I內含有備用電池17，備用電池17與測控主機11連接。測控主機11定時或在接收到監測中心發來的測試指令後，通過有線方式或無線數傳模塊14對圖I中相應的傳感器進行喚醒和發出測試指令，同時接收電參數採集模塊12傳送來的測量數據。電參數採集模塊12通過安裝在抽油機電控箱主控迴路的三個電流傳感器和內部集成的三個電壓傳感器採集的電信號進行內部運算，測算出三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數、電量等抽油機的電參數；接受測試指令的傳感器執行完測試後，把測量的數據通過有線方式或無線數傳模塊14發送給測控主機11，測控主機11通過現場通訊模塊13以移動通訊方式與遠程監控中心進行通訊。正常狀態時，箱內直流電由直流電源16提供，當電源斷電時，備用電池17投入供電，測控主機11把斷電和故障信息發到監控中心。如圖3所示的動液面傳感器利用回聲測深原理，採用高精度的微音器31，利用油井自身套管氣測試。測試時，瞬間自動開啟排氣機構32，將油套管環空中的高壓氣體突然釋放，在套管口的氣體瞬間發生膨脹，產生膨脹衝擊波。該聲波脈衝沿油套環空向井下傳播，遇到油管接箍、液面產生反射聲波脈衝，由高精度的微音器31接收，並轉換成電信號，通過測量主板33進行數字處理，通過有線方式可以將測量主板33計算的結果和處理的數據傳輸到圖2中的測控主機11，再通過移動信號遠程傳輸到監測中心。如圖4所示，所述測控主機11上有CPU處理器21、存儲器22、輸出執行電路23、止點信號檢測電路24、時鐘電路25、I/O接口電路26、多路串口接口 27、串口晶片28、串口擴 展模塊29、斷電檢測和電池充電電路30。以CPU處理器21為控制核心，CPU處理器21對各種數據進行分析運算，CPU處理器21採用C8051F020單片機。CPU處理器21通過串口晶片28、串口擴展模塊29及多路串口接口 27，實現與外圍傳感器和電控箱內變頻器的通訊，從而實現抽油機參數測量和調衝次控制；CPU處理器21通過止點信號檢測電路24和圖I中的止點檢測模塊3，實時檢測抽油機驢頭上下止點位置，為計算抽油機上下峰值電流、周期有功功率提供參量，同時也為計算衝次數和監測抽油機的機械運行狀態提供依據;CPU處理器21通過I/O接口電路26、止點信號檢測電路24和檢測到的抽油機運行電流，可以判斷抽油機和電機的運行狀態，從而實現停機、停井和故障判斷；CPU處理器21通過輸出執行電路23，可對電控箱內控制節點進行關斷操作，從而實現對抽油機的停機控制；CPU處理器21通過斷電檢測和電池充電電路30，可判斷供電狀態，並檢測圖2中備用電池17的電壓，當電池電壓低於設定值時，進行充電，並提供充電保護。圖5是本發明抽油機工況參數遠程監控預診裝置的系統診斷方式示意圖，安裝在終端計算機內的中心診斷軟體以手動或自動查測方式，實時接收現場傳回的抽油機運行數據和狀態信息，一方面對數據進行存儲和解析，繪製動液面、電參數、溫度、壓力、載荷等參數曲線，以及繪製包含載荷、位移變量的示功圖。同時另一方面，利用軟體內部預設的數學模型、經驗公式和成熟算法進行標定和推算，比如用軟體濾波和接箍法標定液面深度，用幾何法和參數的矢量特徵對地面示功圖換算來的泵功圖進行定性分析和定量計算，用等峰值法通過一個衝次的功率曲線測算抽油機的平衡度，用差分法通過計算上下峰值電流的波動情況判斷結蠟程度等，結合資料庫內的產液、壓力、氣液比等生產參數和歷史記錄進行綜合比對和分析，通過對供液、排量情況、井下泵況、杆管結蠟程度、抽油機平衡度、系統效率的跟蹤和參量計算，判斷抽空、卡泵、杆斷、漏失和損耗等故障發生機率，實現工況預診，監控人員對預診結果確認後，通過發送終端指令對現場抽油機進行遠程控制，對結蠟等工況通知相關人員採取洗井作業措施，減少故障的發生率，提高機採效率，降低生產運行成本。監控中心在接收到現場傳來的抽油機停機、停井、斷電等故障信息時，中心診斷軟體會以簡訊的形式通知相關人員或其它監控終端，進行到崗檢查和相應處理；LED顯示系統根據現場傳來的信息，顯示抽油機的系統狀態。綜上所述，本實用新型在抽油機採油過程中實現的具體功能如下I、自動採集油井動液面等全面工況參數，並可長期監測油井動液面,軟體標定動液面深度。2、電參數採集全面，集成度高，可以採集三相電壓、三相電流、上下峰值電流、有功功率、無功功率、功率因數、電量。3、可採集周期有功功率，並以一個衝次的功率曲線在中心診斷軟體界面測算抽油機平衡度，給出平衡塊的調整值。4、可實現停機、停井、斷電、故障遠程報警，報警信息同時發送到監控終端和用戶手機上。5、終端計算機可手動、自動查測現場參數和狀態，實現遠程調衝次和停機等控制。6、終端計算機可實現一對多井的遠程監控，以及終端計算機之間、終端計算機與用戶手機之間的信息轉發。7、中心診斷軟體界面具有顯示示功圖、液面曲線、電參曲線、平衡度曲線等多種參數向量圖形和曲線變化對比圖形功能。8、中心診斷軟體根據示功圖、動液面、電參數、載荷、上下峰值電流等的變化趨勢，結合產液、壓力、氣液比等數據波動情況，對供液不足、泵效低、結蠟、漏失和不平衡等異常工況進行跟蹤和診斷。9、中心診斷軟體可定期計算電量與產液量的比例，核算機採效率和生產成本。10、監控中心的LED顯示系統顯示現場抽油機的系統狀態。
權利要求1.抽油機工況參數遠程監控預診裝置，其特徵在於包括現場數據採集裝置和遠程監控中心兩部分； 所述現場數據採集裝置內，參數測控箱(I)通過有線或無線方式與各種測量傳感器(2)和止點檢測模塊(3)建立聯繫； 所述遠程監控中心，參數測控箱(I)以移動通訊方式通過中心通訊模塊(4)或直接與伺服器(5)進行數據的發送和指令的接收，伺服器(5)以移動通訊方式通過終端通訊模塊(7)與終端計算機(6)進行信息通訊，LED顯示系統(8)與終端通訊模塊(7)連接。
2.如權利要求I所述的抽油機工況參數遠程監控預診裝置，其特徵在於所述參數測控箱(I)內設有測控主機(11)，測控主機(11)通過現場通訊模塊(13 )以移動通訊方式與遠程監控中心進行通訊；測控主機(11)分別與電參數採集模塊(12)和無線數傳模塊(14)進行數據通訊；參數測控箱(I)內含有備用電池(17)，備用電池(17)與測控主機(11)連接。
3.如權利要求2所述的的抽油機工況參數遠程監控預診裝置，其特徵在於所述測控主機(11)上有CPU處理器(21)、存儲器(22)、輸出執行電路(23)、止點信號檢測電路(24)、時鐘電路(25)、1/0接口電路(26)、多路串口接口(27)、串口晶片(28)、串口擴展模塊(29 )、斷電檢測和電池充電電路(30 )。
專利摘要本實用新型提供一種抽油機工況參數遠程監控預診裝置，參數測控箱通過有線或無線方式與各種測量傳感器和止點檢測模塊建立聯繫，參數測控箱以移動通訊方式通過中心通訊模塊或直接與伺服器進行數據的發送和指令的接收，伺服器以移動通訊方式通過終端通訊模塊與終端計算機進行信息通訊，LED顯示系統與終端通訊模塊連接。該抽油機工況參數遠程監控預診裝置完善現有抽油機工況參數遠程監控的種類，利用監控中心診斷軟體的強大功能，對抽油機進行實時工況分析和故障預診，提高機採效率，降低故障的發生率，為實現對抽油機的科學化、數位化管理提供依據。
文檔編號G05B19/418GK202520288SQ201220164839
公開日2012年11月7日 申請日期2012年4月18日 優先權日2012年4月18日
發明者於麗萍, 付鳳超, 俞志興, 吳明濤, 張立朋, 梅梅, 鄭瑋, 閆娜 申請人:王洪亮