基于數字化抽油機的智能化井場監控系統*

李付超 肖璐 李立波

基于數字化抽油機的智能化井場監控系統*

張乃祿1李付超1祁宗全2郭朝陽3肖璐1李立波1

1西安石油大學電子工程學院2西安郵電大學物聯網與兩化融合研究院3西安海聯石化科技有限公司

結合延長油田定邊采油廠數字化油田試驗項目，研究采用數字化抽油機、攝像機、無線網橋、RFID及監控中心構建數字化油田智能化井場監控系統。數字化抽油機是智能監控系統的核心，具有信息采集、數據傳輸與組網和智能控制等功能。實際運行表明，該系統能實現對井場工況、井組采油數據以及抽油機運行狀態與參數進行實時智能監控，井場無人值守，提高采油效率21.08%；同時，該系統有助于采油廠實施精細化生產管理和標桿管理，降低了油田的生產運營成本，提高了生產管理效率和安全環保監管水平。

數字化油田；井場監控；數字化抽油機；智能化

在數字化抽油機的油田井場，特別是傳統抽油機和數字化抽油機混合井場，多數井場的監控信息不融合，監控信息傳輸能力滯后、井場與監控中心不協調、數字化抽油機難以發揮作用，如何構建井場智能化監控和實施數字化油田建設是一個重要的現實問題，研究基于數字化抽油機的智能化井場監控系統十分必要[1-3]。結合延長油田定邊采油廠數字化油田試驗項目，研究采用數字化抽油機、攝像機、無線網橋、RFID及監控中心構建數字化油田智能化井場監控系統，該系統對實施數字化油田和智能化油田建設具有重要意義[4]。

1 智能化井場監控系統

1.1 監控系統構成

基于數字化抽油機的智能化井場監控系統由井場信息采集與智能控制和聯合站監控中心兩部分組成，實現對井場工況、井組采油數據以及抽油機運行狀態與參數進行實時智能監控，其系統構成如圖1所示。

智能化井場監控系統監控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臺數字化抽油機。數字化抽油機將采集信息通過RFID傳送到井場通訊協議箱，再通過無線網橋傳送到聯合站監控中心。監控中心對井場的數據信息進行分析與處理，實現對井場工況、井組采油數據和數字化抽油機實時智能化監控。

1.2 數字化抽油機

數字化抽油機是智能監控系統的核心，具有信息采集、數據傳輸與組網、智能控制等功能，數字化抽油機構成如圖2所示。

圖1 智能化井場監控系統構成

圖2 數字化抽油機硬件構成

（1）數字化抽油機信息采集。利用數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、數字壓力變送器等數據采集設備，實現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據的自動采集。

（2）數字化抽油機組網與數據傳輸。將采集數據信息以有線的方式傳輸到RTU進行分析與處理，并將結果通過RS-232總線傳輸到無線發送模塊中，由無線發送模塊發送到井場通訊協議箱。數字化抽油機具有RFID無線通信模塊，實現抽油機組網，井場采集信息的傳輸。

（3）數字化抽油機智能控制。RTU對采集數據智能分析，抽油機運行故障和異常報警。通過RS-485調整變頻器頻率和平衡電機旋轉角度，實現抽油機最佳沖次自動判定與調節、平衡度自動判定與調節、遠程啟停控制，進而實現數字化抽油機的智能控制。

2 智能化監控軟件與特點

2.1 智能化監控軟件

智能化井場監控系統軟件由數字化抽油機控制軟件、視頻監控軟件和智能分析與實時優化監控軟件三部分構成，如圖3所示。

圖3 智能化井場監控系統軟件構成

（1）數字化抽油機智能控制軟件。數字化抽油機智能控制軟件是井場控制軟件的核心。控制軟件中集成抽油機最佳沖次判定與調節程序、平衡度判定與調節程序、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。通過對數據進行分析處理，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，指導抽油機的運行。站內控制軟件對井場RTU傳回數據進行分析，實現對抽油機的遠程啟停控制。

（2）視頻監控軟件。視頻智能分析軟件是視頻監控的核心，其內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，實現對數字化抽油機運行狀態的監控和對外來人員及車輛進行鎖定、抓拍和報警，并將分析結果傳送至視頻監控畫面顯示。

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

2.2 智能化監控系統功能

（1）數字化抽油機智能控制。井場實現抽油機最佳沖次和平衡度的自動調節、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。通過井場數字化抽油機和視頻圖像采集設備，實現對井場采油數據和視頻圖像的采集。

（3）數字化抽油機組網和數據網絡傳輸。通過RFID技術和無線網橋傳輸技術，井場實現了抽油機的組網和數據通過以太網進行網絡化傳輸。

（4）井場視頻的智能監控。通過具有智能分析功能的攝像機，實現對數字化抽油機運行狀態的監控，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控。

3 結語

基于數字化抽油機的智能化井場監控系統已在延長油田定邊采油廠東韓油區投入運行，現場應用取得滿意效果。實際運行表明，該系統能實現對井場工況、井組采油數據以及抽油機運行狀態與參數進行實時智能監控，井場無人值守，提高采油效率21.08%；同時，該系統有助于采油廠實施精細化生產管理和標桿管理，降低了油田的生產運營成本，提高了生產管理效率和安全環保監管水平。

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

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

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

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

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.046

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