CN1169503A - 抽油机群无人值守监测系统及其数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于全天候实时监测油田抽油机工作状态的无人值守监测装置,该系统由一台监控中心和多台数据采集终端组成,数据采集终端由压力传感器、采发器、采发器专用电源组成,该终端定时、遥控采集压力传感器的输出量——抽油机光杆载荷,以无线通信方式传送给监控中心,由微机进行数据处理、分析和判断,绘制抽油机示功图。本发明的无人值守监测系统实现了对油田抽油机工作状态的全自动监测,解决了因人工测试存在的缺陷,同时大大提高了工作效率和经济效益。

Description

抽油机群无人值守监测系统及其数据处理方法

本发明涉及一种用于全天候实时监测油田抽油机工作状态的无人值守监测系统。

已经公知，使抽油机油泵的排液量与油田的油井产液能力达到最佳工作状态，可以解决油田后期机采井增加而造成的成本上升、产量不稳定等问题。因此，抽油机的工作状态直接影响到油田的原油产量和经济效益。在现有技术中，主要是通过测试设备人工测试示功图等手段，获取有关数据进行分析判断，得出结论后再安排有关人员对抽油机和油井进行调整和检修。例如，中国专利号93208051.0，名称为“手提抽油机井工况数据采集器”的说明书中已描述了一种对抽油机工作状况进行测试的装置。该装置由负荷传感器、位移传感器和对负荷、位移信号进行采集、存贮、显示、传送的单片机系统组成，其单片机由模拟信号板、数据信号板和薄膜按键显示面板所组成。这种装置在测试中存在下列缺点：

1、采用了两种传感器，必须测试压力和位移，安装测试繁琐、测量精度低，而成本高；

2、需要进行人工测试，因此，人为因素和自然因素影响较大；

3、当抽油机和油井出现问题时，不能及时发现，无法调试和纠正，工作效率和经济效益得不到提高。

本发明的目的在于克服上述缺陷而提供一种可在露天自然环境下全天候工作的抽油机群无人值守监测系统及其数据处理的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于监测油田抽油机群工作状态的无人值守监测系统，该系统采用集散式控制结构，它由一个监控中心和多台数据采集终端组成，其特征在于：监控中心包括：发射/接收机、调制/解调电路U5、复位电路U2、接口电路U3、中央处理器U1、微机接口U6、液晶显示模块及微机和打印机等，所述的监控中心可发射遥控指令，随时读取某台抽油机当前的工作数据，经处理后判断抽油机的工作状态，并打印抽油机的示功图；监控中心可对多台数据采集终端进行监控，其每台数据采集终端由压力传感器、采发器和采发器专用电源等组成，该数据采集终端由压力传感器测量抽油机光杆的载荷，采发器定时采集压力传感器的输出量，经处理后，以无线通信方式发送给监控中心。

每个数据采集终端由压力传感器，采发器和采发器专用电源组成，其中采发器包括：发射/接收机、调制/解调电路U5、中央处理器U1、时钟电路U4、复位电路U2、接口电路U3、地址编码(排)开关SW1、状态指示灯L1-L5、蓄电池及电源切换电路组成，所述的数据采集终端执行数据采集、数据传送功能，每台数据采集终端每天定时发射2次压力数据，每次以40点/秒的速率采集数据，采集30秒；所述的监控中心执行数据接收、处理、初步判断抽油机工作状态、打印抽油机示功图等功能，该监测中心，可以任何时刻遥控任一数据采集终端，采集和发送数据。监控中心内发射机PTT与U1的P2.5接通，接收机BUSY与U1的ACH6脚连接，发射/接收机信号线经调制/解调电路与U1的TXD、RXD连接，U3接口电路PB接液晶显示屏，U5的RXD经电平交换接微机TXD端，U5的P3.7接U1的EXTINT，U5的P0口接U3的PA，U1的TXD脚经电平交换连到微机的RXD端。

采发器内发射机PTT与U1的P2.5接通，接收机Busy与U1的ACH6脚连接，信号调制/解调电路收发信号线与U1的TXD、RXD连接，时钟电路U4的19脚与U1的HSIO连接，接口电路U3与U1连接，PA为地址编码输入，与排开关SW1连接。PB用状态显示控制，PB4-7与LED发光管L1-L5连接，显示状态；PB0与电源切换电路连接，控制电源切换。

采发器内部电池采用浮充方式，外部停止供电后，自动切换到电池供电，发射断电报警信号，然后切断主电路供电，采发器所采用的时钟电路能维持长期电池供电，时钟不被打断。

在本发明的无人值守监测系统中，一种仅用一个压力传感器测试抽油机光杆的载荷，结合数据处理程序、绘制抽油机井示功图等的数据处理方法如下：

采发器以40点/秒的速度采样30秒，在所采集到的1200个数据中搜寻最大载荷Lmax1和Lmax2，及对应的采集点Pmax1和Pmax2，Pmax1和Pmax2，求出此抽油机井一个周期(加载-卸载-加载)内所包含的采集点Pt。

按如下方式寻找加载瞬间所对应的采集点，即加载点Ps：

从Pmax1点起，往回寻找加载点，跨第一步时的斜率为K1，跨第二步时的斜率为K2，以此类推，K3，…Kn-1，Kn：

K＝(K1+K2+K3+…Kn)/n

从(Pmax1，Lmax1)作一条斜率为K的直线，此直线与采集数据曲线的最低交点即为加载点Ps。

从Ps开始，在所采集的数据曲线上取一个周期的数据，即从Ps到Ps+Pt绘制一条封闭的曲线，即抽油机井示功图，同时计算该抽油机的冲次Cn：

Cn＝1200^*2/Pt(次/分)

与现有技术相比，本发明具有下列优点：(1)技术人员只需在中心控制室就能实时监测方圆15公里范围内各种抽油机的工作状态，查看或遥测某抽油机油井的示功图，并据此制定现场施工措施，及时调整抽油机的工作状态，保证抽油机油泵的排液量与油井产液能力达到最佳状态，解决了油田开发后期机采井增加而造成的成本上升，产量不稳等问题，大大提高了工作效率和经济效益，改善了工人的工作环境。(2)与专利93208051.0题为“手提式抽油机井工况数据采集器”相比，该监测系统仅合用了一个压力传感器，配给计算机数据处理，即可准确地绘制出抽油机井的示功图，精确度高，安装使用简单方便，配置不同传感器，可以测量不同的物理量。

下面结合附图对本发明的特征作进一步详细描述。

图1为本发明的抽油机群无人值守监测系统的工作方框图；

图2为本发明的抽油机群无人值守监测系统中采发器的工作原理图；

图3为本发明的抽油机群无人值守监测系统中监控中心的工作原理图；

图4为本发明的抽油机群无人值守监测系统绘制抽油机的示功图。

参照附图1，该图示出了本发明的抽油机群无人值守监测系统的工作方框图。该监测系统包括：监控中心1、微机2和打印机3、以及多个数据采集终端4。该监控中心1可与各个数据采集终端4进行无线传送数据，其数据可按编码进行识别。

在抽油机的驴头上安装一个压力传感器，测量抽油机光杆的载荷，采发器定时采集发射传感器的输出量或遥控采集发射某指定传感器的输出量(4-20mA)，经电流电压转换电路转换为0-5V的电压，再经A/D置换器置换为数字量，以无线通信方式传送给监控中心2，监控中心2接收到数据后，发往计算机进行分析处理，并由打印机4绘制出当前所监测抽油机的示功图(见图4)，并初步判断其工作状态。本发明的无人值守监测系统能够实时监测方圆15公里范围内抽油机的工作状态，查看或遥测某抽油机的工作状态，查看或遥测某抽油机井的示功图。同时对所监测的数据可以存储保存。

图2为本发明系统中采发器的工作原理图，如图2所示，U4时钟电路每隔10分钟向U1发出中断请求信号，中断类型P6为低电平。U1响应中断，采集一组抽油机载荷数据。若数据异常(有四种异常情况：所采集到的数据为一直线；抽油机的最小载荷低于0.5吨；抽油机的最大载荷大于满量程(10吨或15吨)；抽油机最大载荷和最小载荷之差小于0.5吨)，则立即调用发射子程序，否则等待下一次中断，当时钟到达该台数据采集终端地址所对应的发射时刻(每天2次)时，U4发出中断请求，中断类型P6置为高电平，U1响应并识别为采集和发射，立即采集一组数据并发射。

另外，采发器具有断电报警功能，正常情况下采发器由外部7.5V直流电供电，通过D101对蓄电池浮充。同时由于D102，J1吸合，V2供电。CPU上电后，将B点置高电平，使BG1饱和导通，维持J1吸合，外部供电停止时，A点电位下降。由于该点与CPU-中断信号相连，当电位低于某值时，CPU响应中断，进入中断处理子程序，由于B点高电平，通过BG1，BG2作用，蓄电池供电，J1维持吸合，从而整机改为蓄电池供电，CPU发射断电报警信号。发射两次后，将B点置低电平，从而导致J1断开，完成断开蓄电池供电操作，CPU停止工作，直至7.5V外部供电恢复正常。但由于U1作用，时钟电路维持供电，保持时钟不间断。

在采发器工作期间，监控中心可以在任何时刻对任一数据采集终端发出遥控指令。采发器内接收机接收到遥控指令，置Busy线有效，U1进入指令接收了程序，指令信号经解调电路解调后，送至U1的RXD引脚，U1接收一帧数据，判断为遥控指令，当遥控对象地址与本采发器地址相同时，立即响应，采集并发射数据。

数据采集与发射的具体过程如下：

压力传感器信号(4-20mA)经电流电压转换电路转换成电压信号(0-5V)，送至U1的ACH4引脚，U1内的10位A/D转换器将载荷量转化为数字量，采集1200点后，对此数据分隔编码，组成一序列以帧为单位的数据包，然后调用发射子程序，首先检查Busy信号，若信道被占用，则继续判断等待，直至信道空闲，然后延迟一随机时间，将PTT置0，使发射机工作，逐帧发射数据。

监控中心内U1连续执行接收程序，当有一组数据被采集时，经解调电路解调，送至U1的RXD脚，U1完成接收识别解码数据整理等操作，形成一组完整的数据，然后经U1的TXD脚与P2.5，再经接口P2将数据发往微机。

微机可以发出遥控指令。遥控指令经U5的RXD接收，然后发中断请求到U1，U1在不接收数据时，处理中断，经U3的PA口读入指令代码，然后检查BUSY信号线，信道不忙时，置P2.5为0经U1的TXD发出遥控指令代码，TXD与P2.5分时完成将数据发往微机及通过监控中心内发射机发射遥控指令操作，方法如下：P2.5连接发射机PTT和微机RS232接口的CTS，微机通过识别CTS状态，判断U1的TXD脚是数据还是指令。

当P2.5为0时，发射机开机，发射指令，而CTS为0，微机停止接收数据。

当P2.5为1时，发射机关机，TXD将数据转储微机，而CTS为1，微机接收数据。

U3的PB接8X1液晶字符显示屏，显示监控中心工作状态和接收抽油机井号等信息。

本发明的抽油机群无人值守监测系统适用于油田监测各抽油机井的工作状态

Claims (6)

1、一种用于监测油田抽油机群工作状态的无人值守监测系统，该系统采用集散式控制结构，它由一个监控中心和多台数据采集终端组成，其特征在于：所述的监控中心包括：发射/接收机、调制/解调电路、复位电路、接口电路、中央处理器、微机接、口液晶显示模块及微机和打印机等，所述的监控中心可以发射遥控指令，随时读取某台抽油机当前的工作数据，处理和判断抽油机的工作状态，并且打印抽油机的示功图；所述的监控中心可对多台数据采集终端进行监控，其每台数据采集终端由压力传感器、采发器和采发器专用电源等组成，所述的数据采集终端由所述的压力传感器测量抽油机光杆的载荷，所述的采发器定时采集发射传感器的输出量，经处理后，以无线通信方式发送给所述的监控中心。

2、根据权利要求1所述的无人值守监测系统，其特征在于：所述的数据采集终端由压力传感器、采发器和采发器专用电源等组成，其中所述的采发器由发射/接收机、调制/解调电路、中央处理器、时钟电路、复位电路、接口电路、地址编码开关、状态指示灯、蓄电池及电源切换电路组成，所述的数据采集终端执行数据传送功能，每天定时发射2次压力数据，每次以40点/秒的速率采集数据，采集30秒钟。

3、根据权利要求1所述的无人值守监测系统，其特征在于：在所述的监控中心中，所述的发射/接收机经调制/解调电路与中央处理器连接，所述的接口电路与所述中央处理器、微机接口和液晶显示屏相连接，所述的微机接口经电平交换与微机相连接；在所述的采发器工作期间，所述的监控中心可以在任何时刻对某台数据采集终端发出遥控指令，所述的采发器内接收机接收到遥控指令后置Busy线有效，中央处理器进入指令接收子程序，指令信号经解调电路解调后送到中央处理器，中央处理器接收一帧数据，判断为遥控指令，当遥控对象地址与本采发器地址相同时，立即响应，采集并发射数据。

4、根据权利要求1所述的无人值守监测系统，其特征在于：在所述的采发器中，所述的发射/接收机经调制/解调电路与中央处理器连接，中央处理器还与时钟电路、接口电路相连接，所述的接口电路还与地址编码输入、地址编码开关、发光二极管以及与电源切换电路等连接，所述的时钟电路每隔10分钟向中央处理器发出中断请求信号(低电平)，中央处理器响应该信号便采集一组抽油机载荷数据，若数据异常则立即调用发射子程序，否则等待下一次中断。当时钟到达该台数据采集终端地址所对应的发射时刻时，时钟电路发出中断请求(高电平)，中央处理器响应并识别为采集和发射，立即采集一组数据并发射。

5、根据权利要求1所述的无人值守监测系统，其特征在于：在所述的采发器中还提供有断电报警电路，采发器的电池采用浮充方式，在正常情况下，所述的采发器由外部7.5V直流电供电，当外部供电停止时，中央处理器响应中断，进入中断处理子程序，从而自动切换到蓄电池供电，并发射断电报警信号，切断主电路供电，直至外部供电恢复正常。但是时钟电路在中央处理器作用下，始终保持供电，时钟从不间断。

6、一种在用于监测油田抽油机群工作状态的无人值守的监测系统中，仅用一个压力传感器测试抽油机光杆的载荷，结合数据处理程序，绘制抽油机井示功图的数据处理方法，其特征在于：在该方法中，所述的采发器以40点/秒的速率采样30秒，在所采集到的1200个数据中搜寻最大载荷Lmax1和Lmax2，最小载荷Lmin1和Lmin2，以及对应的采集点Pmax1和Pmax2，Pmin1和Pmin2，求出此抽油机井一个周期(机载-卸载-加载)内所包含的采集点Pt，按如下方式寻找加载瞬间所对应的采集点，即加载点PS：从Pmax1点起，往同寻找加载点，跨第一点时的斜率为K1，跨第二点时的斜率为K2，以此类推，K3……Kn-1，Kn：

K＝(K1+K2+K3+……Kn)/n

从(Pmax1、Lmax1)作一条斜率为K的直线，此直线与采集数据曲线的最低交点即为加载点Ps，从Ps开始在所采集的数据曲线上取一个周期的数据，即从Ps到Ps+Pt绘制一条封闭的曲线，即抽油机井示功图，同时计算该抽油机的冲次Cn：Cn＝1200^*2/p(次/分)。

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