計量間單井回油溫度監測及報警裝置

大慶油田采油四廠

計量間單井回油溫度監測及報警裝置

姜雨華大慶油田采油四廠

計量間單井回油溫度監測及報警裝置的應用可以解決采油隊普遍存在的冬季巡井難、制定熱洗周期難的問題。該裝置由無線數據傳輸系統、溫度檢測、記錄及報警四部分組成，利用無線通訊方式實現數據傳輸、采集溫度及記錄、低溫報警三項功能。應用該裝置可監測油井回油位溫度，記錄油井熱洗前后的溫度變化并繪制曲線；通過曲線分析判斷熱洗效果并確定清蠟周期，指導油井熱洗工作并合理制定熱洗周期，防止油井的過洗及欠洗的情況出現。以20口井的計量間為例，按10%的井需優化調整熱洗周期，年可節約費用16.63萬元。

計量間；監測及報警裝置；單片機；熱洗周期

受冬季夜間溫度低、下雪天氣、路況結冰、油井數量多等因素影響，采油隊難以實現一一巡井，因此易發生凍井現象，影響產量且恢復困難。為解決該問題，結合計量間的現場需求，設計了基于無線網絡的計量間回油溫度監測及報警裝置，通過GSM模塊發送短信提醒，提示值班人員可能存在的停井問題，及時發現故障，減輕工人勞動強度，降低對產量的影響。

1技術原理

計量間回油溫度監測及報警裝置由無線數據傳輸系統、溫度檢測、記錄及報警四部分組成，利用無線通訊方式實現數據傳輸、采集溫度及記錄、低溫報警三項功能。其主接收裝置安裝在計量間的值班室內，通過無線設備將計量間內回油管線處采集的溫度傳輸至主接收裝置，實現實時數據采集的功能。裝置安裝如圖1所示。

圖1 裝置安裝示意圖

1.1 溫度檢測技術

該裝置采用數字溫度傳感器，接線方便，封裝后可應用于多種場合，型號多種多樣。考慮到傳感器需要浸入到變壓器油內部采集溫度，故本設計采用不銹鋼封裝的DS18B20型溫度傳感器，其具有耐磨耐碰、體積小、使用方便的特點，適用于狹小空間內的設備數字測溫。

1.2 無線傳輸技術

由于溫度采集點在值班室隔壁，考慮到線路施工布線多、人工成本高、防爆場所安全因素等，本裝置采用nRF905無線模塊，用于現場數據采集系統的發射端及數據接收端。該模塊不僅解決了開孔及布線的問題，還能保證數據的穩定傳輸。nRF905單片射頻發射器芯片可以免費使用433/868/ 915 MHz 3個ISM頻道，該裝置選擇工作在433 MHz頻段。它具有體積小、功耗低、通訊距離遠、通訊穩定、抗干擾性能強等特點，內部集成發送、接收控制單元，獨有的Shock Burst技術能自動產生前導碼并進行CRC校驗，可以很容易地通過SPI接口進行編程與控制。

1.3 數據存儲技術

數據的存儲能力、準確度及數據格式是評價一個系統數據存儲是否合格的標準。本系統采用CH376數據管理芯片進行系統數據處理，使用SD卡作為系統的存儲介質，數據存儲時間和SD卡的容量直接相關。系統還可以使用U盤將系統數據導出，數據格式為標準的txt文件格式，橫坐標表示井號，縱坐標顯示記錄時間，方便統計分析。

1.4 GSM遠程技術

雖然計量間的分布具有分散性，但都覆蓋了GSM信號，故采用西門子工業級GSM模塊TC35將報警溫度數據實時以短信的形式發出，保證了系統的穩定性。

2方案設計

2.1 采集終端

采集終端的硬件電路包括溫度傳感器、無線傳輸模塊、單片機模塊和電源模塊，如圖2所示。其中電源模塊提供整個系統所需的各種電源電壓；溫度傳感器負責檢測溫度信息，并將檢測到的信息發送給單片機模塊；單片機模塊實現傳感器數據的接收，并通過配置無線傳輸模塊，將現場溫度采集信息發送到接收與顯示裝置中，并進行顯示。

圖2 采集終端硬件結構

2.2 主數據接收處理與顯示

主數據接收處理與顯示裝置硬件電路主要包括無線傳輸模塊、單片機模塊、電源模塊、GSM模塊和顯示模塊，如圖3所示。其中電源模塊提供系統所需的各種電源電壓；無線傳輸模塊接收現場采集的數據并傳給單片機，單片機通過系統接口將實時數據顯示在顯示屏中。當溫度低于設定溫度時，觸發GSM模塊，將單片機內預留的報警信息發送給指定的手機號碼。

圖3 主數據接收處理與顯示裝置硬件結構

3應用效果及評價

3.1 在熱洗中的作用

油井熱洗是油田在生產過程中，通過專用設備或洗井流程把洗井介質擠入油套環形空間，使井筒內形成短時間內的高溫環境，熔化管桿上的蠟，利用壓力循環或深井泵提液把蠟帶出的過程。熱洗可以有效防止油井結蠟造成的管柱卡，降低抽采設備負荷，沖洗地面管線，提高系統效率，延長油井免修期，減少作業次數，降低開采成本。

應用該裝置可監測油井回油位溫度，記錄油井熱洗前后的溫度變化并繪制曲線。通過曲線分析判斷熱洗效果并確定清蠟周期，指導油井熱洗工作并合理制定熱洗周期，防止油井的過洗及欠洗的情況出現。通過對某井冬季溫度進行月跟蹤，得到冬季12月份的溫度采集曲線，如圖4所示。從圖4可以看出，經過1次熱洗后，回油溫度增幅較大，但受溫度及其他原因等影響，熱洗后回油溫度僅能保持約1個月，初步判斷結蠟周期約為30 d。而規定熱洗周期為60 d，故可對該井的熱洗周期進行優化調整，以降低設備負荷、延長檢泵周期。

圖4 冬季12月份溫度采集曲線

3.2 停機井報警

A井于凌晨5∶00左右發生停機導致回油溫度下降至報警溫度下限，GSM觸發，發送短信提醒值班人員該井可能存在故障停機。值班人員及時到達現場啟動該井，至7∶00恢復正常運行，回油溫度正常。通過該設備的準確報警，保證了啟井的及時率，減輕了工人的勞動強度。

3.3 經濟效益

單井單次熱洗費用0.081萬元；單井單次檢泵費用3萬元；原油價格0.35萬元/噸；計量間單井回油溫度監測及報警裝置費用為3萬元/套。

如果通過分析單井的數據，對熱洗周期進行優化，每年可減少2次檢泵，按單井日產原油1 t計算，每次檢泵影響4天產量計算，單井年節約資金8.8萬元。以試驗井為例，熱洗周期為2月，如調整為1月，全年增加熱洗費用0.486萬元。以20口井的計量間為例，按10%的井需優化調整熱洗周期，年可節約費用16.63萬元。

4結論

計量間單井回油溫度監測及報警裝置充分利用了溫度檢測技術、無線傳輸技術、數據存儲技術、GSM遠程技術，實現“數據采集，智能分析，實時預警，精確定位”，達到了過程受控、強化安全、節約人力資源和提高效益的目的。

該裝置在單井的熱洗中能夠提供直觀的數據，對制定單井有效的熱洗方案，確定初步用水量及熱洗周期起到了一定的作用。通過熱洗效果的提升提高系統效率，減少因蠟卡產生的作業次數，降低成本；同時，該裝置解決了冬季巡井難的問題，可以保證準確、快速確定停機井井位，保證第一時間啟井，減小對產量的影響，保證冬季的安全生產。

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.8.024

2015-01-27