CN113818846A - 一种可远程控制的智能采油输油系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种可远程控制的智能采油输油系统，其由智能采油系统、管输加热系统、智能输油系统、状态监测与智能控制系统组成；智能采油系统由抽油机、智能调控电机、井下监测仪组成，管输加热系统由控制柜、电加热装置、温度监测仪组成；供电系统由控电装置、蓄电装置、太阳能电池板组成；智能输油系统由管输数据监测仪、油气砂混输泵、智能变频电机组成；状态监测与智能控制系统由管理层、操作层、控制层、设备层构成。各种监测仪对采油输油过程中的设备实时监测，并将数据上传处理器进行处理，然后生成相应的控制指令，再通过无线通讯传输将指令反馈给设备，调节其运行参数，达到远程控制的目的，实现对整个采油输油过程的可知、可控、可调。

Description

一种可远程控制的智能采油输油系统

技术领域

本发明涉及一种可远程控制的智能调控系统，具体而言，是一种关于油气开采与运输的远程控制系统。

背景技术

随着油气开采技术的发展，我国油气开采速度在大幅提升，产量也在逐年增大，但是目前我国油气田的开采与油气的输送能耗高，效率低，智能化程度不够，在一定程度上降低了油气开采速度，增加了开采成本，主要表现在以下几个方面：

(1)当前普遍采用的抽油机，通过皮带传递方式与电机相连。电机通过皮带轮逐级减速后将动力传递给抽油机，中间过程多，导致动力损耗大。同时，现有的传动方式，传动比较为固定，电机无法根据井底实际油气情况来改变传动比，进而改变自身的功率，无法较好的适应井底参数的变化；

(2)由于原油具有较高的粘度，不利于管道输送，因此需要对抽出的原油进行加热降低其粘度后通过油气砂混输泵进行输送。现有加热方式是利用燃烧化石燃料的加热炉对原油加热，其热利用率低，且加热炉体积大，占地面积多，导致输送成本增加，且不利于环境保护；

(3)在油气输送过程中，现有的油气砂混输泵电机不能根据输送管道内部流量的多少来自动调节转速、功率等参数来达到节能目的。此外，在原油开采、加热、输送这几个环节之间彼此孤立，没有建立一种相互关联的闭环监测系统，不能对这些环节进行实时监测与远程控制，以此来降低对人力的依赖。

针对以上问题，亟需一种智能控制系统，实现从原油开采到原油输送这个过程中的监测与远程控制，实现智能化，减少人力物力，节约成本。

发明内容

本发明提供了一个由智能采油系统、管输加热系统、供电系统、智能输油系统、状态监测与智能控制系统五大系统组成的一种可远程控制的智能采油输油系统，解决现有生产过程缺少对原油开采、加热、输送整个过程中相关设备自动实时监测的问题，解决无法预防相关设备故障的发生、无法根据油井实际开采量与管道输送原油量情况来自动调节相应设备的参数等问题，提高了效率，实现节约资源，减少二氧化碳排放，减少成本的目的。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一种可远程控制的智能采油输油系统由智能采油系统、管输加热系统、供电系统、智能输油系统、状态监测与智能控制系统五个系统组成。

智能采油系统由抽油机、智能调控电机和井下监测仪组成，抽油机包括连杆、游梁；井下监测仪、智能调控电机与控制层的数据处理器无线通讯连接，井下监测仪实时监测记录井下数据，并通过无线通讯传输方式将数据上传至控制层的数据处理器进行处理分析并得出相应的控的制指令，然后再将控制指令通过无线通讯传输方式传送给智能调控电机。

监测仪器用于监测井下原油中含水率、含气率等数据，将数据通过无线通讯传输方式传输给控制层的数据处理器，数据处理器对接收到的数据进行分析处理后，判断出油井的实际工况，根据实际工况生成相应控制指令，再反馈传送给智能调控电机，实现远程控制智能调控电机的转速与功率等参数。其有益效果是能够根据油井实际工况实时调整电机转速与功率，使其运行参数与油井实际负荷相匹配，减少无效抽取做功，同时实现了远程实时监油井的生产状况与远程调控电机参数，实现智能化，减少对人力的需求，节约生产成本。

管输加热系统由电加热装置、温度监测仪、控制柜组成；温度监测仪安装在电加热装置两端的管道上，并通过线路与控制柜连接，控制柜通过线路与电加热装置连接，同时控制柜与控制层的数据处理器无线通讯连接。

温度监测仪用于监测管道入口与出口处原油的温度，同时将监测的数据通过线路实时传输给控制柜，控制柜接收到数据后通过无线通讯传输方式将数据传送给控制层的数据处理器，数据处理器在对数据分析处理后生成相应的控制指令，再通过无线通讯传输方式将控制指令反馈给控制柜，控制柜根据反馈接收到的控制指令自动调节电加热装置的功率，保证管道内部的原油被加热到指定温度。此外加热装置采用电能加热，其电力来源于太阳能，相比当前燃烧化石燃料来作为加热源的加热炉，有利于减少温室气体的排放，同时利用传感器形成闭环温度监测，充分保证将原油加热到指定温度，最大限度的减少能源的浪费，节约成本。

供电系统由太阳能电池板、蓄电装置、控电装置组成；太阳能电池板通过电缆与蓄电装置连接，蓄电装置通过电缆与智能调控电机、电加热装置、智能变频电机相连接，控电装置通过线路与蓄电装置连接。

太阳能电池板将太阳能转换为电能，并将电能储存在蓄电装置中，控电装置统一管理分配蓄电装置中的电能，分别将电能供给智能输油系统、管输加热系统、智能输油系统。其有益效果是实现清洁能源的利用，减少温室气体的排放，更有利于保护环境，同时相比传统利用电缆将电能从电力公司输送到相应的用电设备的供电方式，减少电缆铺设等费用，有利于降低生产成本。

智能输油系统由油气砂混输泵、智能变频电机、管输数据监测仪组成。智能变频电机通过联轴器与油气砂混输泵相连，管输数据监测仪安装在油气砂混输泵两侧的输油管道上，管输数据监测仪通过无线通讯与控制层的数据处理器相连，数据处理器与油气砂混输泵无线通讯连接；

安装在油气砂混输泵进出口两侧管道上的管输数据监测仪，用于监测管道中原油的含水率、流量、流速、压力等数据，并将所监测到的数据通过无线通讯传输方式上传至控制层的数据处理器，由数据处理器对数据进行分析处理后，生成控制指令反馈调节智能变频电机的频率、转速等工作参数。其有益效果是实现混输泵的运行功率与输送原油流量相匹配，减少混输泵无效做功，降低生产成本，同时通过无线通讯数据传输，实现远程操控控制，减少对人力的依赖，降低生产成本，实现智能输油。

状态监测与智能控制系统由设备层、控制层、操作层与管理层组成；其中设备层由抽油机、智能调控电机、井下监测仪、控制柜、电加热装置、温度监测仪、油气砂混输泵、变频电机组成。控制层由数据处理器与工业防火墙组成；操作层由操作设备、数据存储器组成；管理层由调度终端组成。设备层与控制层通过无线通讯方式连接，控制层、操作层、管理层之间通过线路连接，实现数据的实时传输与共享。

控制层的数据处理器接收生产过程中各个监测仪传输出的数据，在对数据实时进行分析处理后，生成相应的控制指令反馈调节相应的生产运行设备装置，从而实现对整个生产、加热、输送环节的智能控制与远程操作，减少人力物力的使用，节约生产成本；工业防火墙用于保护系统不受网络病毒攻击，保证系统与数据安全。控制层的数据处理器通过线路与操作层由操作设备、数据存储器链接，在数据处理器对数据处理分析生成控制指令后，将相应的控制指令显示在操作设备上，方便操作人员实时观察所有操作指令，同时操作人员可通过操作设备暂停或修改数据处理器发出的控制指令，实现与数据处理器共同对生产运行设备与装置的控制，数据存储器则用于保存一切数据，做到一切控制指令与数据可溯源、可跟踪。管理层的调度终端可以对整个状态监测与智能控制系统进行监督与控制，保证整个系统的正常运行与安全。

本发明的优点为：

1：抽油机上的智能调控电机根据井下参数变化事实调节自己转速与功率，使其运行参数与油井实际负荷相匹配，减少低效甚至无效抽取，同时，电机通过调节自身频率，来改变抽油机上、下行程的运行速度，解决传统电机因更换皮带轮调速造成效率低下的问题，提高了生产效率；

2：将太阳能转化为电能，为相应设备供电，改变当前燃烧化石燃料加热的方法，在节约能源保护了环境的同时，降低生产成本；

3：与油气砂混输泵相连的智能调频电机根据输油管两端的管输监测仪器监测到管内原油的相关参数来调节自身转动频率、转速，使其运行功率与实际输送原油流量相匹配，减少混输泵做无用功，提高输送效率；

4：对开采、加热、运输各个环节监测仪采集的数据进行分析处理，然后生成相应控制指令反馈调节生产设备装置的运行参数，实现了远程控制，在减少了人力与物力的使用的同时，还使得控制更加精准。

附图说明

图1为所述一种可远程控制的智能采油输油系统示意图；

图2为智能采油系统示意图；

图3为管输加热系统示意图；

图4为供电系统示意图；

图5为智能输油系统示意图；

图6为状态监测与智能控制系统示意图；

图中:1.智能采油系统；2.管输加热系统；3.供电系统；4.智能输油系统；5.状态监测与智能控制系统；11.抽油机；12.智能调控电机；13.连杆；14.游梁；15.井下监测仪；21.控制柜；22.电加热装置；23.温度监测仪；24.管道；31.控电装置；32.蓄电装置；33.太阳能电池板；41.油气砂混输泵；42.智能变频电机；43.管输数据监测仪；51.数据处理器；52.工业防火墙；53.操作装置；54.数据存储器；55.调度终端；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如图1所示，本发明一种可远程控制的智能采油输油系统，主要由智能采油系统1、管输加热系统2、供电系统3、智能输油系统4、状态监测与智能控制系统5组成；供电系统3为智能采油系统1、管输加热系统2、智能输油系统4提供电能；

如图2、图6所示，智能采油系统1由抽油机11、智能调控电机12、井下监测仪15组成；其中抽油机11包括：连杆13、游梁14。井下监测仪15与控制层的数据处理器51无线通讯连接，井下监测仪15实时监测记录井下原油中的含水率、含气率等数据，并通过无线传输方式将这些数据上传至控制层的数据处理器51进行分析处理，然后数据处理器51判断出油井的实际工况，并根据实际工况生成控制指令，再通过无线通讯传输方式将控制指令传送给智能调控电机12，实现远程控制与调节智能调控电机12转速与功率。通过改变智能调控电机12转速与功，来改变连杆13控制的游梁14上下摆动的频率，实现抽油机11上、下行程的运行速度的改变，进而实现对油井的合理开采，同时使智能调控电机12的运行参数与油井实际负荷相匹配，减少抽油机11低效甚至无效抽取做功。

如图3、图6所示，管输加热系统2由控制柜21、电加热装置22、温度监测仪23组成；温度监测仪23安装在电加热装置22两端的管道24上；温度检测仪23通过线路与控制柜21连接，控制柜21通过线路与电加热装置23连接，同时控制柜21与控制层的数据处理器51无线通讯连接。温度监测仪23用于监测管道24入口与出口的原油的温度，并将监测到温度数据实时传输给控制柜51，控制柜51接收到温度数据后，通过无线通讯传输将数据传输给数据处理器51，数据处理器51在对接收到的温度数据处理后生成相应的控制指令，再将控制指令传输给控制柜21。控制柜21接收到控制指令后自动调节电加热装置22的发热功率，保证管道24内部的原油被加热到指定温度；电加热装置22包裹覆盖在管道24表面，通过将电能转化为热能，利用管道24的热传导将热量传递给内部的原油，从而达到加热原油的目的。

如图4所示，供电系统3由控电装置31、蓄电装置32、太阳能电池板33组成；太阳能电池板33通过电缆与蓄电装置32连接，蓄电装置32通过电缆与智能调控电机12、电加热装置22、智能变频电机42相连接，为它们提供电能；控电装置31通过线路与蓄电装置32连接，集中管理控制蓄电装置32中的电能使用情况，实现电能的精准分配，提高电能的利用效率。

其中太阳能电池板33将太阳能转换为电能，并将电能储存在蓄电装置32中，控电装置31与蓄电装置32连接，集中管理与调度分配电能的使用。供电系统3为智能采油系统1中的智能调控电机12、管输加热系统2中的电加热装置22与智能输送系统4中的智能变频电机42提供电能，实现清洁能源的利用，减少温室气体的排放，更有利于保护环境，同时相比传统利用电缆将电能从电力公司输送到相应的用电设备的供电方式，减少电缆铺设等费用，有利于降低生产成本。

如图5、图6所示，智能输油系统4由油气砂混输泵41、智能变频电机42、管输数据监测仪43组成；智能变频电机42通过联轴器与油气砂混输泵41相连，管输数据监测仪43安装在油气砂混输泵41两侧的输油管道内，管输数据监测仪43通过无线通讯与控制层的数据处理器51相连，数据处理器51通过无线通讯与智能变频电机42连接。

管输数据监测仪43监测管道内部输送原油的含水率、流量、流速、压力等数据，并将这些数据通过无线通讯传输给控制层的数据处理器51，数据处理器51在接收到数据后对其进行分析处理并生成相应的控制指令，再通过无线通讯传输方式将控制指令反馈给智能调控电机42，从而远程调节智能变频电机42的转速、频率，实现智能变频电机42的工作参数与输送原油流量的最佳匹配，减少做无用功，降低原油输送成本。

如图6所示，状态监测与智能控制系统5由设备层、控制层、操作层、管理层组成；其中设备层由抽油机11、智能调控电机12、井下监测仪15、控制柜21、电加热装置22、温度监测仪23、油气砂混输泵41、智能变频电机42组成，控制层由数据处理器51、工业防火墙52，操作层由操作设备53、数据存储器组成54组成，管理层由调度终端55组成；设备层与控制层通过无线通讯方式连接，控制层、操作层、管理层之间通过线路连接，相互传输数据；控制层可将指令通过无线通讯传输方式传给设备层，实现反馈调节。

通过无线通讯的数据传输方式，数据处理器51能够接收智能采油系统1、管输加热系统2、智能输油系统4中各个监测仪的监测数据，在对这些数据进行分析处理后生成相应的控制指令，并将这些控制指令显示在操作设备53上，同时各个系统中相应运行设备的运行参数也会过线路显示在操作层的操作设备53上，操作人员可通过操作设备53实时观测到各个设备的运行状况以及数据处理器51生成的各个控制指令，然后操作人员可根据需要人为对数据处理器51生成的控制指令进行调整修改，并将调整后的控制指令反馈给数据处理器51，由数据处理器51再通过无线传输方式反馈给各个运行设备，实现对设备的远程监控与操作，同时操作人员可以开通自动监测模式，在数据处理器51接收到数据并进行分析处理后，数据处理器51根据处理结果自动生成控制指令，再通过无线传输方式将控制指令传达给相应的运行设备实现远程反馈调节；数据存储器54通过线路与数据处理器51、操作设备53连接，将各个系统的运行状态数据以及人为参数的调整做出保存，实现数据的可追溯性；操作层上的所有数据均受到管理层调度终端55的控制，通过调度终端55实现对整个采油输油系统的控制。

Claims (6)

1.一种可远程控制的智能采油输油系统，主要由智能采油系统(1)、管输加热系统(2)、供电系统(3)、智能输油系统(4)、状态监测与智能控制系统(5)组成，其中：

所述智能采油系统(1)，包括抽油机(11)、智能调控电机(12)、连杆(13)、游梁(14)、井下监测仪(15)；

所述的管输加热系统(2)，由控制柜(21)、电加热装置(22)、温度监测仪(23)、管道(24)组成；

所述供电系统(3)由、控电装置(31)、蓄电装置(32)、太阳能电池板(33)组成；

所述智能输油系统(4)由油气砂混输泵(41)、智能变频电机(42)、管输数据监测仪(43)、组成；

所述状态监测与智能控制系统由设备层、控制层、操作层、管理层组成；其中设备层由抽油机(11)、智能调控电机12)、井下监测仪15、控制柜(21)、电加热装置(22)、温度监测仪23、油气砂混输泵(41)、智能变频电机(42)组成，控制层由数据处理器(51)、工业防火墙(52)组成，操作层由操作设备(53)、数据存储器组成(54)组成，管理层由调度终端(55)组成；

所述智能采油系统(1)、管输加热系统(2)、智能输油系统(4)之间通过输油管道相连，供电系统(3)通过电缆与智能采油系统(1)、管输加热系统(2)、智能输油系统(4)相连为其提供电能；状态监测与智能控制系统(5)与智能采油系统(1)、管输加热系统(2)、智能输油系统(4)之间通过无线通讯连接方式相连。

2.根据权利要求1所述的智能采油系统(1)，其特征在于，井下监测仪(15)、智能调控电机(12)与控制层的数据处理器(51)无线通讯连接，井下监测仪(15)实时监测记录井下数据，并通过无线通讯传输方式将数据上传至控制层的数据处理器(51)，由其对数据进行处理分析后生成相应的控的制指令，然后通过无线通讯传输方式将控制指令传送给智能调控电机(12)，反馈调节其运行参数。

3.根据权利要求1所述的管输加热系统(2)，其特征在于，温度监测仪(23)安装在电加热装置(22)两端的管道(24)上，温度检测仪(23)通过线路与控制柜(21)连接，控制柜(21)通过线路与电加热装置(22)连接，同时控制柜(21)与控制层的数据处理器(51)无线通讯连接。

4.根据权利要求1所述的供电系统(3)，其特征在于，太阳能电池板(33)通过电缆与蓄电装置(32)连接，蓄电装置(32)通过电缆与智能调控电机(12)、电加热装置(22)、智能变频电机(42)相连接，控电装置(31)通过线路与蓄电装置(32)连接，集中管理蓄电装置(32)中的电能使用情况。

5.根据权利要求1所述的智能输油系统(4)，其特征在于，智能变频电机(42)通过联轴器与油气砂混输泵(41)相连，管输数据监测仪(43)安装在油气砂混输泵(41)两侧的输油管道上，管输数据监测仪(43)通过无线通讯与控制层的数据处理器(51)相连，数据处理器(25)与油气砂混输泵(41)无线通讯连接。

6.根据权利要求1所述的状态监测与智能控制系统(5)，其特征在于，设备层与控制层通过无线通讯方式连接，控制层、操作层、管理层之间通过线路连接，实现相互传输数据。

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