數字化抽油機研究與評價

賀麗

摘要：數字化智能抽油機是結合數字化油田的發展理念，適應抽油機發展趨勢而形成的一種高效節能抽油機，本文介紹了數字化抽油機的結構與控制技術，并提出故障診斷技術。數字化抽油機具有數據采集和遠程控制功能，真正達到無人值守、自動調節、高效節能。

關鍵詞：數字化抽油機；故障診斷；油田數字化抽油機是指具備數據采集和遠程控制功能的抽油機，是針對目前數字化建設現場施工中安裝工作量大、野外施工難度大、油田現場動火、動電危險性高，設備集成度低、各施工單位安裝方式不統一等問題而研制的新產品。新一代數字化抽油機能節能降耗提效，為數字化油田提供了新的發展方向。本文在介紹數字化抽油機組成和控制技術基礎上，利用BP神經網絡進行故障診斷研究，充分體現了數字化抽油機的高效性。

1數字化抽油機的結構組成及原理

1.1 數字化抽油機的結構組成

⑴抽油機：游梁平衡的無基礎彎梁變距抽油機。

⑵數字化抽油機智能控制柜。

數據采集傳輸模塊：實現本機與上位機的數據傳輸，并實現本機的邏輯運算與智能控制。

數據顯示模塊：實時顯示抽油機的沖次和平衡度

工頻：包含了原有工頻控制柜的功能，具有工頻啟動、停止、過流、過載、缺相等保護的功能。

變頻：可通過變頻器的變頻，調整抽油機沖次。并實現電機的軟啟動及多項保護功能。

工頻變頻相互切換：當變頻器發生故障時，系統可自動切換到工頻狀態。

⑶一體化荷載懸繩器。

將荷載傳感器嵌入到特質懸繩器中，對傳感器有效保護。

⑷傳感器：實現載荷與位移與電參數的實時采集與傳輸。

⑸平衡調節裝置：包括控制系統和執行機構，具有手動和自動兩個功能，根據平衡度的大小，調節平衡重的力矩，實現抽油機平衡狀態的無極調節。

1.2 數字化抽油機的控制原理

數字化抽油機是在原有游梁式抽油機基礎上，通過RTU設備應用實現的。在抽油機上加裝遠程終端單元（井口 RTU），將抽油機載荷和位移數據通過油井功圖測量技術，轉換為示功圖，同時采集電參、運行狀態及井口壓力等信號，通過有線或無線方式將各井口RTU采集的信號傳送致遠程終端單元（井場 RTU），井場RTU將接收的信號通過壓縮轉換處理，使之成為網絡信號，從而通過網絡傳輸，到達相應的控制平臺，從而實現遠程監測，遠程控制則是將控制平臺下達的指令通過主RTU進行數據轉換，再將數據傳送至井口 RTU，通過控制電路執行操作。

2數字化抽油機的控制技術

數字化抽油機的智能控制由井口RTU控制和增壓站控制組成，其結構如圖1所示。

⑴通過載荷傳感器，位移傳感器，電流互感器等實現載荷、位移以及電參數的實時采集與傳輸；通過變頻器改變電流頻率，調節電機的轉速，達到調節抽油機沖次目的，實現電機的軟啟動及多項保護功能；由平衡塊、絲杠、電機和平衡臂組成的平衡電機，根據RTU的指令，調節平衡塊的力臂來自動調節抽油機平衡，起停控制模塊通過接收站控系統指令，實現抽油機遠程啟停。

⑵井口RTU接收傳感器送來的載荷、位移、電參及抽油機啟停狀態數據，通過控制軟件實現沖次與平衡的邏輯運算與智能控制，并通過無線通訊模將井口數據上傳，實現本機與站控系統的數據傳輸。

⑶井場電桿上安裝一個井場無線模塊及一個串口聯網服務器,其中井場無線模塊負責與井場內的井口RTU建立通訊連接,串口聯網服務器把井場無線模塊的串口信號變成TCP/IP格式連接到無線網橋,通過無線網橋建立井場和增壓站站控系統的通訊連接。

⑷增壓站內工控機的站控系統軟件完成對單井的信息采集和控制命令發送，并對功圖進行分析,得出功圖分析結果和產液量，提供操作界面。

3故障診斷技術

油井智能工況與故障診斷采用人工智能（BP）神經網絡模型進行模式識別，利用BP神經網絡培養計算能力、自學能力及聯想能力，根據泵示功圖確定油井故障。用泵示功圖來識別油井工況的關鍵環節是區分不同工況對應的泵示功圖幾何差異的特征。找出泵示功圖幾何差異的步驟是首先對泵示功圖預處理，將經過預處理的泵示功圖進行特征提取與選擇，從而取出冗余特征，然后用分類器對圖像特征進行識別，判斷出泵的一個或多個故障。

4結論

數字化抽油機具備強大的智能化控制和數字化傳輸功能，能實時優化并調節抽油機運行參數，利用BP神經網絡的圖像識別能力，數字化抽油機具備準確的故障診斷能力，是數字化油田的智能裝備。滿足油田數字化建設和油田生產運行的需要，具有良好的推廣價值。