CN101819436A - 一种油田抽油机运行的监控系统 - Google Patents

Abstract

一种油田抽油机运行的监控系统，在抽油机驱动电机处设置电机保护器和在集中监控中心设置上位机，在电机保护器上设置一个无线信号发射/接收单元；上位机将接收到的驱动电机运行电流参数状态变化规律进行比较；远程读取驱动电机运行电流参数与预设定值进行比较；判断各种故障。驱动电机运行电流参数的预设定值或预设定的变化规律，可以从油井示功图中曲线得出；或者，从抽油机四冲程过程中负载分析中得出。无线信号中转/中继单元与各无线信号发射/接收单元之间，采用“一对多”的无线信号传输网络结构；将多个无线信号发射/接收单元的无线信号上传至上位机。在无线信号中转/中继单元与上位机之间，采用GPRS无线通信网络进行数据传输将无线信号上传至上位机。

Description

一种油田抽油机运行的监控系统

技术领域

本发明属于设备运行监控领域，尤其涉及一种油田抽油机运行的监控系统。

背景技术

能源与人们生活和工作息息相关，不可或缺。石油开采能够极大地满足人们的生活需要，能够满足我国经济建设的需要。

我国每年要新增采油井2万口。而这些新增的油井全要配备井口采油设备——抽油机。

游梁式抽油机是井下抽油泵的地面动力设备。

常规的游梁抽油机由电动机、减速器和四连杆机构组成。它具有历史悠久、结构简单，使用可靠、操作维护方便、在恶劣的自然环境中能够长期可靠安全运行等特点，使其在油田开采过程中得到了广泛的应用。

但是当抽油机出现电机故障停止运行后，由于距离较远，油田管理人员往往无法及时知道而导致抽油机长时间停机，若在北方冬季，易发生输油管道的堵塞，造成不必要损失。

公开日为2006年2月1日，公开号为CN 1727678A的中国发明专利申请，公开了一种“多台抽油机停/开报警装置”，其由二部分构成，发射器和接收仪，发射器固定在抽油机上；接收仪可放置远距离外监控室。其针对于无人看护和集中看护油田抽油机，其特点是抽油机故障停车(或开车)时，能采取远距离自动报警，对工作人员能及时报警提示。

上述技术方案虽然解决了监测信号的远传问题，但是只能检测驱动电机的停/开状态，只有当抽油机故障停车时，才能发出相应的报警信息，可监测故障的种类太少，不能满足实际电机运行工作状态监控的需要。

由于抽油机机械结构的特点所致，当抽油机的抽油杆柱(连接抽油机和抽油泵的长杆柱，俗称“光杆”)发成脱落故障时，位于地上部分的抽油机仍可正常循环动作，但是位于地下部分的抽油泵却停止了抽油动作，这样一方面也会造成大量电能的浪费，另一方面也是一种重大机械故障，会危及整个抽油系统的安危，必须及时停止驱动电机的运行，进行相应的处理和修复工作。

公告日为2009年9月9日，公告号为CN 201307238Y的中国实用新型专利中公开了一种“抽油机井智能检测控制系统”，其由检测系统、分析和控制系统组成；所述的检测系统包括抽油机示功图测试仪、抽油机液位测试仪、抽油机功率测试仪、流量计和压力计，分别将检测到的抽油井示功图，动液面的高度、电机的功率、产液量、套管压力和油管压力，通过数据总线或无线通讯输入到分析和控制系统中，进而控制抽油机马达，调节抽油机的冲次，使调节后的抽油井处于最优化的运行状态。

该技术方案虽然采用多种测量仪器和装置的组合，解决了“可监测故障的种类太少”的问题，但其存在着电路模块结构过于复杂、未充分利用现有监测装置等不足，且一次性投资费用较高，设备购置后的运行管理/维护工作量较繁琐，不利于推广和不易被用户所接受。

此外，在实际工作中发现，由于现有抽油机的驱动电机与负载之间采用传动皮带连接方式进行驱动，若在抽油机运行期间发生皮带断裂/脱落故障时，虽然驱动电机仍在正常转动，但是抽油机不能正常工作，此时从驱动电机的运行控制线路中不会发出任何报警信号(因为电机主回路和控制回路并无故障发生)，导致电动机长时间的空载运行，由于抽油机驱动电机功率通常较大，会造成大量电能的浪费，在北方冬季，还易发生输油管道的堵塞，造成不必要损失。

综上所述可见，现有监测手段中尚无对抽油机驱动电机的非正常“轻/空载”故障进行简便易行、且易于为用户所接受的检测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种油田抽油机运行的监控系统，其采用现有的电机运行状态监测装置和监测手段，通过对电机运行状态数据的判断，即可实现抽油机的远程监控，且基于现有的监测产品，工作可靠性较高，无需增加较多的配备/运行/维护成本，有助于强化油田的科学管理与高效生产，节能降耗，亦对北方冬季防止输油管道堵塞起到很大作用。

本发明的技术方案是：研制一种油田抽油机运行的监控系统，包括在抽油机驱动电机处设置电机保护器和在集中监控中心设置上位机，其特征是：

A、在所述电机保护器上设置一个无线信号发射/接收单元，用于实时将电机保护器采集到的驱动电机运行电流参数上传给位于监控中心的上位机，并接受所述上位机的运行控制指令，停止抽油机驱动电机的运行；

B、所述的上位机将接收到的驱动电机运行电流参数状态变化规律进行比较，根据比较结果对驱动电机的运行状态进行分析/判断；

C、当驱动电机运行电流的变化规律符合预设定的变化规律，或者，当驱动电机的运行电流数值和/或变化范围超出预设定值时，所述的上位机判定抽油机出现故障运行状态，随即发出停机指令和/或报警信号，并将停机指令传送给所述电机保护器，对驱动电机进行“停机”操作控制；

D、所述的上位机采用远程读取驱动电机运行电流参数，将其与预设定值或预设定的变化规律进行比较的方式，实现对抽油机运行状态的实时监测和控制驱动电机的“停机”操作控制。

其中，当所述驱动电机的运行电流数值恒定不变时，所述的上位机判断抽油机发生皮带“脱落/断裂”故障。

或者，当所述驱动电机运行电流的波动范围出现异常波动，超出正常允许的电流波动范围时，所述的上位机判断抽油机发生“光杆”脱落故障。

进一步的，所述无线信号发射/接收单元的无线信号，经过无线信号中转/中继单元上传至上位机；其中，在无线信号中转/中继单元和无线信号发射/接收单元之间，采用无线信号传输网络进行数据传输；在无线信号中转/中继单元与上位机之间，采用GPRS无线通信网络进行数据传输。

上述的无线信号中转/中继单元与各无线信号发射/接收单元之间，采用“一对多”的无线信号传输网络结构；一个无线信号中转/中继单元，将多个无线信号发射/接收单元的无线信号，上传至上位机。

其所述驱动电机运行电流参数的预设定值或预设定的变化规律，可以从油井示功图中曲线得出；或者，从抽油机四冲程过程中负载分析中得出。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.整个监测方法基于现有的监测装置，充分利用现有监测装置，在现场无需添置过多的检测装置或部件，既便于实现需要的监测目的，又不影响现有设备、装置的运行，运行管理/维护工作量较小；

2.采用分析驱动电机运行电流值或变化范围是否超标的方式来监控抽油机的运行状态，通过电气运行参数来判定机械故障，可迅速/及时地发现抽油机光杆脱落或皮带断/脱故障，避免电机的长时间、非正常的“轻/空载”运行，能大大降低抽油机的电能消耗；

3.可及时发现现有监测手段无法发现的两种抽油机常见机械故障，便于快速恢复生产，避免损失的进一步扩大，有助于强化油田的科学管理与高效生产，节能降耗，亦对北方冬季防止输油管道堵塞起到很大作用。

附图说明

图1是本发明的方法示意框图；

图2是本发明系统构成模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1中，本监测方法，包括在抽油机驱动电机处设置电机保护器和在集中监控中心设置上位机，其具体监控方法是：

A、在电机保护器上设置一个无线信号发射/接收单元，用于实时将电机保护器采集到的驱动电机运行电流参数上传给位于监控中心的上位机，并接受上位机的运行控制指令，停止抽油机驱动电机的运行；

B、上位机将接收到的驱动电机运行电流参数与预设定值或预设定的变化规律进行比较，根据比较结果对驱动电机的运行状态进行分析/判断；

C、当驱动电机运行电流的变化规律符合预设定的变化规律，或者，当驱动电机的运行电流数值和/或变化范围超出预设定值时，上位机判定抽油机出现故障运行状态，随即发出停机指令和/或报警信号，并将停机指令传送给所述电机保护器，对驱动电机进行“停机”操作控制；

D、上位机采用远程读取驱动电机运行电流参数，将其与预设定值或预设定的变化规律进行比较的方式，实现对抽油机运行状态的实时监测和控制驱动电机的“停机”操作控制。

其中，当驱动电机的运行电流数值恒定不变时，上位机判断抽油机发生皮带“脱落/断裂”故障。

或者，当驱动电机运行电流的波动范围出现异常波动，超出正常允许的电流波动范围时，上位机判断抽油机发生“光杆”脱落故障。

其驱动电机运行电流参数的预设定值或预设定的变化规律，可以从油井示功图中曲线得出；或者，从抽油机四冲程过程中负载分析中得出。

图2中，在监测中心设置有上位机，用于将接收到的驱动电机运行电流参数与预设定值或预设定的变化规律进行比较，根据比较结果对驱动电机的运行状态进行分析/判断；在抽油机驱动电机现场，设置有电机保护器，用于对驱动电机进行就地常规电气保护；在电机保护器上设置一个无线信号发射/接收单元，用于实时将电机保护器采集到的驱动电机运行电流参数上传给位于监控中心的上位机，并接受上位机的运行控制指令，停止抽油机驱动电机的运行。

进一步的，无线信号发射/接收单元的无线信号，还可经过无线信号中转/中继单元上传至上位机；其中，在无线信号中转/中继单元和无线信号发射/接收单元之间，采用无线信号传输网络进行数据传输；在无线信号中转/中继单元与上位机之间，采用GPRS无线通信网络进行数据传输。

无线信号中转/中继单元与各无线信号发射/接收单元之间，采用“一对多”的无线信号传输网络结构；一个无线信号中转/中继单元，可以将多个无线信号发射/接收单元的无线信号，上传至上位机。

抽油机采油是目前石油开采过程中最重要的环节之一，抽油机的工况直接影响到油田的产油量和经济效益，分析示功图是判断抽油机工况的基本方法。

现有的示功图直接测量法存在传感器损坏频繁、工序复杂等不足，使得很多油田只能通过十分落后的人工定期巡检的方式，监测油井示功图，这已不能满足油田自动化生产、管理的需要。对油井工况进行实时远程监控和改进示功图测量方法都成为油田生产自动化领域的重要课题。

准确、及时地掌握深井泵在井下的工作状况，是管好抽油机井的关键。油井实测示功图是分析深井泵工作状况的主要依据，由于油井示功图已经有各种标准的运行、故障示功图及其分析/注解，诸如《油气田地面工程》2007年08期中所刊登的“抽油井示功图综合解释”(作者：中国石油华北油田分公司；胜利油田党校理论研究所)，故其具体分析/运用过程在此不再叙述。

由于本技术方案的整个监测方法，是基于在现有的监测系统的基础上，充分利用了现有的监测装置，只需添加无线数据传输单元/套件即可实现预期的发明目的，既不影响现有设备、装置的运行，运行管理/维护工作量也较小，易于为普通用户所接受，便于推广和使用。

此外，本技术方案采用分析驱动电机运行电流值或变化范围是否超标的方式来监控抽油机的运行状态，通过电气运行参数来判定机械故障，可迅速/及时地发现抽油机光杆脱落或皮带断/脱故障，避免电机的长时间、非正常的“轻/空载”运行，能大大降低抽油机的电能消耗；

由于本技术方案可及时发现现有监测手段无法发现的两种抽油机常见机械故障(皮带断/脱和“光杆”脱落)，便于快速恢复生产，避免损失的进一步扩大，有助于强化油田的科学管理与高效生产，节能降耗，亦对北方冬季防止输油管道堵塞起到很大作用。

本发明可广泛用于油田抽油机的运行监控/保护领域。

Claims (6)

1.一种油田抽油机运行的监控系统，包括在抽油机驱动电机处设置电机保护器和在集中监控中心设置上位机，其特征是：

A、在所述电机保护器上设置一个无线信号发射/接收单元，用于实时将电机保护器采集到的驱动电机运行电流参数上传给位于监控中心的上位机，并接受所述上位机的运行控制指令，停止抽油机驱动电机的运行；

B、所述的上位机将接收到的驱动电机运行电流参数与预设定值或预设定的变化规律进行比较，根据比较结果对驱动电机的运行状态进行分析/判断；

C、当驱动电机运行电流的变化规律符合预设定的变化规律，或者，当驱动电机的运行电流数值和/或变化范围超出预设定值时，所述的上位机判定抽油机出现故障运行状态，随即发出停机指令和/或报警信号，并将停机指令传送给所述电机保护器，对驱动电机进行“停机”操作控制；

D、所述的上位机采用远程读取驱动电机运行电流参数，将其与预设定值或预设定的变化规律进行比较的方式，实现对抽油机运行状态的实时监测和控制驱动电机的“停机”操作控制。

2.按照权利要求1所述的一种油田抽油机运行的监控系统，其特征是当所述驱动电机的运行电流数值恒定不变时，所述的上位机判断抽油机发生皮带“脱落/断裂”故障。

3.按照权利要求1所述的一种油田抽油机运行的监控系统，其特征是当所述驱动电机运行电流的波动范围出现异常波动，超出正常允许的电流波动范围时，所述的上位机判断抽油机发生“光杆”脱落故障。

4.按照权利要求1所述的一种油田抽油机运行的监控系统，其特征是所述无线信号发射/接收单元的无线信号，经过无线信号中转/中继单元上传至上位机；其中，在无线信号中转/中继单元和无线信号发射/接收单元之间，采用无线信号传输网络进行数据传输；在无线信号中转/中继单元与上位机之间，采用GPRS无线通信网络进行数据传输。

5.按照权利要求4所述的一种油田抽油机运行的监控系统，其特征是所述的无线信号中转/中继单元与各无线信号发射/接收单元之间，采用“一对多”的无线信号传输网络结构；一个无线信号中转/中继单元，将多个无线信号发射/接收单元的无线信号，上传至上位机。

6.按照权利要求1所述的一种油田抽油机运行的监控系统，其特征是所述驱动电机运行电流参数的预设定值或预设定的变化规律，可以从油井示功图中曲线得出；或者，从抽油机四冲程过程中负载分析中得出。