CN101922288B - 一种智能监测抽油杆及其监测系统 - Google Patents

Abstract

一种智能监测抽油杆及其监测系统，属于石油机械采油设备领域，由智能监测抽油杆和监测系统构成。智能监测抽油杆包括抽油杆、接箍、射频存储芯片，射频存储芯片存储抽油杆的原始信息和井史信息，为抽油杆建立电子独立账户。监测系统包括监控中心、无线远程通信系统、井上抽油杆运动检测存储装置、射频读写器等，监控中心通过无线远程通信系统实现抽油杆运动状态的远程查询和异常状态报警，便于用户能够了解油井内抽油杆的工作状态；井上抽油杆运动检测存储装置实现对抽油杆运动状态的检测和存储；射频读写器实现抽油杆参数的读取和写入。本发明能够很好的实现抽油杆井下工作状态的记录和监控，达到对抽油杆智能化监测管理的目的。

Description

一种智能监测抽油杆及其监测系统

技术领域

本发明涉及一种智能监测抽油杆及其监测系统，属于石油机械采油设备领域。

背景技术

石油开采目前主要使用机械运动举升的方法，将地下石油提升到地面管道中。作为机械采油设备系统中的组成部分抽油杆，是把地面动力、运动形式传递给地下油泵的中间部件，抽油杆既可传递轴向往复式运动载荷，又可传递旋转式运动载荷。

在管式抽油泵采油设备系统中，抽油杆作连续的往复式运动，当超过一定的循环周次时，容易造成疲劳断裂，导致整个采油设备系统失效；在螺杆泵采油设备系统中，抽油杆作旋转运动，在传递扭转载荷的过程中，当超过一定的旋转次数时，也容易造成疲劳断裂，从而导致采油设备系统失效。油田作业在更换抽油杆时，由于缺乏检测设备，通常是将新旧抽油杆混合在一起，其中很多超过使用寿命的抽油杆在较大的牵引载荷或扭转载荷工作下很容易发生疲劳断裂，断脱事故会严重影响原油产量，增加修井费用，提高原油成本。根据现场调查，每发生一次断杆事故，油井作业费和减产原油折价之和为2～3万元。因此，对抽油杆往复运动或旋转运动次数的检测具有非常重要的意义。

发明内容

为了克服现有的抽油杆井下工作运动次数无法记录的不足，本发明提供了一种智能监测抽油杆及其监测系统，可以实现对抽油杆往复或旋转运动次数进行检测和记录，也可以实现对油井内抽油杆运动状态和电流载荷的监控。

本发明的目的是这样实现的：一种智能监测抽油杆及其监测系统由智能监测抽油杆和与之配套的监测系统构成。

智能监测抽油杆包括抽油杆、接箍、射频存储芯片。射频存储芯片用于存储抽油杆的原材料、制造厂家、出厂日期、抽油杆的ID号码和抽油杆往复、旋转运动次数等信息，抽油杆的端面加工有凹槽，可将射频存储芯片嵌入凹槽内，或者加工一芯片盒，将射频存储芯片放入芯片盒中，芯片盒与抽油杆杆头通过螺纹连接方式连接，或者将射频存储芯片放入两根抽油杆相连的接箍内。抽油杆、接箍和射频存储芯片组成单根智能监测抽油杆，下井使用时，根据需求可将多根单根智能监测抽油杆依次连接成抽油杆柱。

监测系统包括监控中心、无线远程通信系统、井上抽油杆运动检测存储装置、射频读写器和电源系统。监控中心能够对抽油杆运动次数和油井异常状态报警监控，便于用户能够了解油井内抽油杆的工作状态；无线远程通信系统实现抽油杆运动状态的远程查询和异常状态报警的信息传递；井上抽油杆运动检测存储装置实现对抽油杆运动状态的检测和存储；射频读写器实现抽油杆参数的读取和写入；电源系统用于井上抽油杆运动检测存储装置和无线远程通信系统供电。

本发明的具体使用流程如下：

在抽油杆出厂时，通过射频读写器将抽油杆的原材料、制造厂家、出厂日期、抽油杆的ID号码等原始信息烧写入智能监测抽油杆的射频存储芯片内，为抽油杆建立专有的电子独立账户。在抽油杆下井时，采用监测系统的射频读写器将抽油杆的下井地点、井号、时间、该抽油杆的下井次数等井史信息烧写入智能监测抽油杆的射频存储芯片内，监测系统的井上抽油杆运动检测存储装置实现对抽油杆的往复或旋转运动次数的记录存储。起井时，监测系统的射频读写器将井上抽油杆运动检测存储装置记录的抽油杆运动次数信息依次写入智能监测抽油杆内部的射频存储芯片内，实现对抽油杆运动次数的记录。同时将更换下井的抽油杆的ID号码存储在井上抽油杆运动检测存储装置中，实现对新投入抽油杆的监测管理。在井上抽油杆运动检测存储装置中具有与无线远程通信系统的GSM通信模块相连的接口，GSM通信模块与井上抽油杆运动检测存储装置采用串口的方式连接，无线远程通信系统将井上抽油杆运动检测存储装置中的信息实时发送给监控中心。由监测系统的电源系统为井上抽油杆运动检测存储装置和无线远程通信系统进行供电，井上设备断电时，由锂电池为无线远程通信系统供电，将断电前抽油杆的运动次数存储在存储器中，并由无线远程通信系统将断电信息发送到监控中心，进行远程自动提示报警。系统出现异常故障征兆时，也可将报警信息发送到监控中心。

本发明的有益效果是：

由于抽油杆内部建立了电子独立账户，与监测系统配合使用，可以达到对抽油杆智能化监测管理的目的，该智能监测抽油杆及其监测系统适合于平原陆地油田、沙漠油田和海上油田。另外，运输至仓库的抽油杆，管理人员可以采用射频读写器检查抽油杆的使用状况，根据抽油杆的使用次数进行分类放置，等下次下井使用时，将运行次数接近的抽油杆搭配使用，可有效的避免不同寿命周期的抽油杆混合下井使用的问题，从而也可以实现对抽油杆的智能化管理，达到减少事故、降低维修成本、提高效益的目的。

附图说明

图1是一种智能监测抽油杆及其监测系统工作原理图。

图2是一种智能监测抽油杆的第一个实施例的结构示意图。

图3是一种智能监测抽油杆的第二个实施例的结构示意图。

图4是一种智能监测抽油杆的第三个实施例的结构示意图。

图1、图2、图3、图4中：

1、抽油杆，2、接箍，3、射频存储芯片，4、芯片盒。

图5是射频读写器电路原理框图。

图6是井上抽油杆运动检测存储装置电路原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种智能监测抽油杆及其监测系统由智能监测抽油杆和与之配套的监测系统构成。

智能监测抽油杆包括抽油杆、接箍、射频存储芯片，射频存储芯片用于存储抽油杆的原材料、制造厂家、出厂日期、抽油杆的ID号码和抽油杆往复、旋转运动次数等信息，射频存储芯片安装方式有四种，第一种是在抽油杆的端面加工凹槽，将射频存储芯片嵌入凹槽内，用胶粘牢并灌平端面，防止射频存储芯片从凹槽中脱落出来；第二种是在抽油杆杆头处加工一凸台，凸台内加工一凹槽用于放置射频存储芯片，用胶粘牢并灌平端面，防止射频存储芯片从凹槽中脱落出来；第三种方式是加工一个芯片盒，将射频存储芯片放入芯片盒中，芯片盒通过螺纹连接方式与抽油杆杆头连接；第四种方式是将射频存储芯片放入两根抽油杆相连的接箍内。

监测系统包括监控中心、无线远程通信系统、井上抽油杆运动检测存储装置、射频读写器和电源系统。监控中心设有软件系统用于对抽油杆运动次数和油井异常状态报警，可以根据用户需求，自定制查询抽油杆的运动次数，以便于用户能够了解油井内抽油杆的使用寿命；无线远程通信系统主要用于在抽油井处于异常工作状态时，通过短信息的形式将异常工作的油井号码发送给监控中心，便于监控中心实时的掌握油井的工作状态，采用串口与井上抽油杆运动检测存储装置连接；井上抽油杆运动检测存储装置用于对抽油杆的往复或旋转运动次数的记录存储，并预留有抽油杆载荷检测的电路接口，只需要将载荷检测系统与该接口进行对接，就能够实现抽油杆运动过程中的载荷测量；射频读写器实现抽油杆参数的读取和写入，采用串口与井上抽油杆运动检测存储装置进行连接；电源系统采用井上抽油机供电系统供电，经过整流滤波后为井上抽油杆运动检测存储装置和无线远程通信系统供电，抽油机供电系统断电时，由锂电池为无线远程通信系统供电，电源系统和锂电池分别与电源管理电路连接。

射频读写器的电路原理框图如图2所示，由微处理器、射频收发单元、锂电池、充放电电源管理电路、键盘、LCD显示屏、语音输出、蜂鸣器、天线和RS232串口组成。天线与射频收发单元相连接；锂电池通过电源管理电路为射频读写器供电，电源管理电路与微处理器的相应管脚连接；射频收发单元芯片CLRC632采用SPI的方式与微处理器进行连接；RS232串口采用MAX232做电平转换后与微处理器的串口进行连接；微处理器LPC2138通过I/O口控制LCD显示屏、语音输出、蜂鸣器和键盘；键盘通过读、写和确认键实现对射频存储芯片的读写操作。微处理器的D/A输出脚输出语音经过功率放大后送入耳机或者扬声器中，提示操作员读写成功和操作失败，读写成功时，蜂鸣器产生蜂鸣，并通过语音提示操作成功。射频读写器可以工作在HF频段，也可以工作在UHF频段。

抽油杆在出厂前，由射频读写器将抽油杆的主要参数信息写入射频存储芯片。抽油杆下井时，由井上抽油杆运动检测存储装置记录下井的抽油杆的ID号码，油井工作时，井上抽油杆运动检测存储装置将抽油杆的运动次数存储在其内部的Flash存储器中，井上抽油杆运动检测存储装置电路原理框图如图3所示，井上抽油杆运动检测存储装置用于记录抽油杆的运动次数，由微处理器、看门狗电路、电流互感器、信号调理电路、Flash存储器、2个RS232串口、USB接口电路、电源管理电路和电源组成。微处理器采用PIC18F6620，Flash存储器AT45DB081B与微处理器相连接，主要用于保存掉电需要存储的信息，例如抽油杆的ID号码和当前的抽油杆运动次数等信息。看门狗电路采用25043芯片，防止程序跑飞或进入死循环。USB接口电路采用USB控制器CH375S与微处理器连接，实现单片机优盘读写的功能，可以将油井检测设备的数据写入优盘内，实现对油井抽油杆运动次数的优盘存储，工作人员可以采用优盘现场采集油井数据，由巡检工人带回监控中心，更新油井数据库中的抽油杆信息。电流互感器实现对抽油杆运动次数的检测，电流互感器的输出端接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出信号接微处理器的A/D转换器。电流互感器测量三相电源中的一相电流值，经过信号调理电路后，由微处理器的A/D采集端口进行采集，完成抽油杆运动次数的测量。对于往复式管式抽油泵采用测量抽油杆运动一个周期内的电流最大值完成抽油杆运动次数的测量，对于螺杆泵采油设备通过测量电动机的频率来实现对抽油杆运动次数的测量。

无线远程通信系统可以是GSM模块，也可以是GPRS模块，采用TC35i与井上抽油杆运动检测存储装置的RS232串口1相连，完成抽油杆运动信息的远程检测，起井时，井上抽油杆运动检测存储装置的另外一个串口与射频读写器相连，射频读写器将井上抽油杆运动检测存储装置中抽油杆的运动次数信息依次写入抽油杆的射频存储芯片内，实现对抽油杆运动次数的存储，同时将新下井的抽油杆ID号码由射频读写器通过串口写入井上运动检测存储装置中，以便于井上抽油杆数据查询。

Claims (5)

1.一种智能监测抽油杆及其监测系统，由智能监测抽油杆和与之配套的监测系统构成，其特征在于：

(一)智能监测抽油杆：包括抽油杆、接箍、射频存储芯片，射频存储芯片用于存储抽油杆的原材料、制造厂家、出厂日期、抽油杆的ID号码和抽油杆往复、旋转运动次数信息，射频存储芯片安装方式有四种，第一种是在抽油杆的端面加工凹槽，将射频存储芯片嵌入凹槽内，用胶粘牢并灌平端面，防止射频存储芯片从凹槽中脱落出来，第二种是在抽油杆杆头处加工一凸台，凸台内加工一凹槽用于放置射频存储芯片，用胶粘牢并灌平端面，防止射频存储芯片从凹槽中脱落出来，第三种方式是加工一个芯片盒，将射频存储芯片放入芯片盒中，芯片盒与抽油杆杆头通过螺纹连接方式连接，第四种方式是将射频存储芯片放入两根抽油杆相连的接箍内；

(二)其监测系统包括监控中心、无线远程通信系统、井上抽油杆运动检测存储装置、射频读写器和电源系统，无线远程传输系统是GSM模块或GPRS模块，采用串口与井上抽油杆运动检测存储装置连接，射频读写器采用串口与井上抽油杆运动检测存储装置进行连接，射频读写器采用锂电池供电，电源系统为井上抽油杆运动检测存储装置和无线远程通信系统供电，油井工作时，井上抽油杆运动检测存储装置将抽油杆的运动次数存储在其内部的Flash存储器中，起井时，射频读写器与井上抽油杆运动检测存储装置连接，将抽油杆的运动信息依次写入抽油杆内部的射频存储芯片中，同时将新下井的抽油杆ID号码由射频读写器通过串口写入井上抽油杆运动检测存储装置中。

2.根据权利要求1所述的一种智能监测抽油杆及其监测系统，其特征还在于所述的射频读写器工作在HF频段或UHF频段，由微处理器、射频收发单元、锂电池、充放电电源管理电路、键盘、LCD显示屏、语音输出、蜂鸣器、天线和RS232串口组成，射频收发单元与微处理器的接口相连接，微处理器LPC2138通过I/O口控制LCD显示屏、语音输出、蜂鸣器和键盘，锂电池通过电源管理电路为整个电路供电，天线与射频收发单元相连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能监测抽油杆及其监测系统，其特征还在于所述的井上抽油杆运动检测存储装置由微处理器、看门狗电路、电流互感器、信号调理电路、Flash存储器、2个RS232串口、USB接口电路、电源管理电路和电源组成，用于记录抽油杆的运动次数，采用电流互感器实现对抽油杆运动次数的检测，电流互感器的输出端接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出信号接微处理器的A/D转换器。

4.根据权利要求1所述的一种智能监测抽油杆及其监测系统，其特征还在于所述的电源系统采用井上电源或锂电池供电，电源系统和锂电池分别与电源管理电路连接，油井断电时，由锂电池为无线远程通信系统供电，进行远程自动提示报警。

5.根据权利要求3所述的一种智能监测抽油杆及其监测系统，其特征还在于所述的USB接口电路实现对油井抽油杆运动次数的优盘存储，USB接口电路采用USB控制器与微处理器连接，工作人员采用优盘现场采集油井数据。

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