CN202520288U - 抽油机工况参数远程监控预诊装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种抽油机工况参数远程监控预诊装置，参数测控箱通过有线或无线方式与各种测量传感器和止点检测模块建立联系，参数测控箱以移动通讯方式通过中心通讯模块或直接与服务器进行数据的发送和指令的接收，服务器以移动通讯方式通过终端通讯模块与终端计算机进行信息通讯，LED显示系统与终端通讯模块连接。该抽油机工况参数远程监控预诊装置完善现有抽油机工况参数远程监控的种类，利用监控中心诊断软件的强大功能，对抽油机进行实时工况分析和故障预诊，提高机采效率，降低故障的发生率，为实现对抽油机的科学化、数字化管理提供依据。

Description

抽油机工况参数远程监控预诊装置

技术领域

本发明属于油田抽油机采油远程监控及工况诊断领域，是一种抽油机工况数据远程监控和预诊装置。 

背景技术

抽油机采油占目前国内机采总比率的80%以上，抽油机作为传统的采油设备，存在生产数据采集不及时、不全面以及诊断功能不完善的问题，导致调参和洗井不合理，造成连续生产受限、系统机采效率偏低、耗能大等现有抽油机使用中的不足问题。 

在数据采集和传输方面，近年远程监控技术的应用，比以前人工采集变得及时和省力了，但现有的监控设备采集的数据不够完整，尤其不能对抽油机的动液面、上下峰值电流和周期功率等重要工况数据进行连续的自动采集，使生产数据管理存在一定缺欠。另一方面，现有的监控设备没能和监控软件完整的结合，只能起到数据传输的作用，不能对抽油机的运行状况做整体综合的分析和诊断，对可能出现的故障缺乏预诊功能，抽油机即使安装了远程监控设备，也是出现故障后才被发现和处理，起不到事先预警作用。 

抽油机工况参数远程监控预诊装置，是在“抽油机智能增效控制器”专利（专利号ZL 2005 2002 2034.7）的基础上，进行了进一步的技术革新与优化，完善了抽油机工况诊断功能，相关技术产品“油井变频智能增效监控设备”已被国家科学技术部选定为2011年国家火炬计划项目。 

发明内容

本实用新型的目的是完善现有抽油机工况参数远程监控的种类，利用监控中心诊断软件的强大功能，对抽油机进行实时工况分析和故障预诊，提高机采效率，降低故障的发生率，为实现对抽油机的科学化、数字化管理提供依据。 

本实用新型的技术方案：抽油机工况参数远程监控预诊装置，包括现场数据采集装置和远程监控中心两部分； 

所述现场数据采集装置内，参数测控箱通过有线或无线方式与各种测量传感器和止点检测模块建立联系；

所述远程监控中心，参数测控箱以移动通讯方式通过中心通讯模块或直接与服务器进行数据的发送和指令的接收，服务器以移动通讯方式通过终端通讯模块与终端计算机进行信息通讯，LED显示系统与终端通讯模块连接。

所述参数测控箱内设有测控主机，测控主机通过现场通讯模块以移动通讯方式与远程监控中心进行通讯；测控主机分别与电参数采集模块和无线数传模块进行数据通讯；参数测控箱内含有备用电池，备用电池与测控主机连接。 

所述测控主机上有CPU处理器、存储器、输出执行电路、止点信号检测电路、时钟电路、I/O接口电路、多路串口接口、串口芯片、串口扩展模块、断电检测和电池充电电路。 

本实用新型的有益效果：①终端计算机通过服务器、中心通讯模块、终端通讯模块，以移动通讯方式接收现场参数测控箱采集的各种测量传感器、止点检测模块测量的抽油机工况参数和信息，通过中心诊断软件结合其它生产数据进行系统分析和诊断，提前预防抽油机采油系统可能出现的故障，并对现场抽油机进行远程控制，现场抽油机的状态可通过中心LED显示系统显示；②本装置具有对现场抽油机的动液面、油套压、温度、示功图、电参数、冲次数、上下峰值电流等全面工况参数的采集功能，中心诊断软件可对供液不足、泵效低、结蜡、漏失和不平衡等异常工况进行跟踪和诊断，避免或减少抽空烧泵、杆断、卡泵、严重损耗等故障的发生；③本装置还具有停机、停井、断电、故障报警的功能，是远程数据监控和计算机生产管理相统一、现场硬件测控和中心软件预诊完美结合的高科技、前瞻性产品。 

附图说明

图1是本发明抽油机工况参数远程监控预诊装置的整体结构示意图。 

图2是本发明抽油机工况参数远程监控预诊装置的参数测控箱结构示意图。 

图3是本发明抽油机工况参数远程监控预诊装置的各种测量传感器中液面传感器结构示意图。 

图4是本发明抽油机工况参数远程监控预诊装置的参数测控箱中测控主机结构示意图。 

图5是本发明抽油机工况参数远程监控预诊装置的系统诊断方式示意图。 

具体实施方式

如图1所示，抽油机工况参数远程监控预诊装置，包括现场数据采集装置和远程监控中心两部分； 

所述现场数据采集装置内，参数测控箱1通过有线或无线方式与各种测量传感器2和止点检测模块3建立联系，对抽油机工况参数和状态（包括液面、功图、压力、温度、抽油机驴头止点位置等）进行实时采集；

所述远程监控中心，参数测控箱1以移动通讯方式通过中心通讯模块4或直接与服务器5进行数据的发送和指令的接收，服务器5以移动通讯方式通过终端通讯模块（7）与终端计算机6进行信息通讯，终端计算机6上的中心诊断软件可对现场抽油机进行远程监控和工况预诊，LED显示系统8与终端通讯模块7连接，LED显示系统8显示现场抽油机系统状态。

如图2所示，所述参数测控箱内部由测控主机11、电参数采集模块12、现场通讯模块13、无线数传模块14、控制开关15、直流电源16、备用电池17、接线端子排18组成。测控主机11通过现场通讯模块13以移动通讯方式与远程监控中心进行通讯；测控主机11分别与电参数采集模块12和无线数传模块14进行数据通讯；参数测控箱1内含有备用电池17，备用电池17与测控主机11连接。 

测控主机11定时或在接收到监测中心发来的测试指令后，通过有线方式或无线数传模块14对图1中相应的传感器进行唤醒和发出测试指令，同时接收电参数采集模块12传送来的测量数据。电参数采集模块12通过安装在抽油机电控箱主控回路的三个电流传感器和内部集成的三个电压传感器采集的电信号进行内部运算，测算出三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、电量等抽油机的电参数；接受测试指令的传感器执行完测试后，把测量的数据通过有线方式或无线数传模块14发送给测控主机11，测控主机11通过现场通讯模块13以移动通讯方式与远程监控中心进行通讯。正常状态时，箱内直流电由直流电源16提供，当电源断电时，备用电池17投入供电，测控主机11把断电和故障信息发到监控中心。 

如图3所示的动液面传感器利用回声测深原理，采用高精度的微音器31，利用油井自身套管气测试。测试时，瞬间自动开启排气机构32，将油套管环空中的高压气体突然释放，在套管口的气体瞬间发生膨胀，产生膨胀冲击波。该声波脉冲沿油套环空向井下传播，遇到油管接箍、液面产生反射声波脉冲，由高精度的微音器31接收，并转换成电信号，通过测量主板33进行数字处理，通过有线方式可以将测量主板33计算的结果和处理的数据传输到图2中的测控主机11，再通过移动信号远程传输到监测中心。 

如图4所示，所述测控主机11上有CPU处理器21、存储器22、输出执行电路23、止点信号检测电路24、时钟电路25、I/O接口电路26、多路串口接口27、串口芯片28、串口扩展模块29、断电检测和电池充电电路30。 

以CPU处理器21为控制核心，CPU处理器21对各种数据进行分析运算，CPU处理器21采用C8051F020单片机。CPU处理器21通过串口芯片28、串口扩展模块29及多路串口接口27，实现与外围传感器和电控箱内变频器的通讯，从而实现抽油机参数测量和调冲次控制；CPU处理器21通过止点信号检测电路24和图1中的止点检测模块3，实时检测抽油机驴头上下止点位置，为计算抽油机上下峰值电流、周期有功功率提供参量，同时也为计算冲次数和监测抽油机的机械运行状态提供依据；CPU处理器21通过I/O接口电路26、止点信号检测电路24和检测到的抽油机运行电流，可以判断抽油机和电机的运行状态，从而实现停机、停井和故障判断；CPU处理器21通过输出执行电路23，可对电控箱内控制节点进行关断操作，从而实现对抽油机的停机控制；CPU处理器21通过断电检测和电池充电电路30，可判断供电状态，并检测图2中备用电池17的电压，当电池电压低于设定值时，进行充电，并提供充电保护。 

图5是本发明抽油机工况参数远程监控预诊装置的系统诊断方式示意图，安装在终端计算机内的中心诊断软件以手动或自动查测方式，实时接收现场传回的抽油机运行数据和状态信息，一方面对数据进行存储和解析，绘制动液面、电参数、温度、压力、载荷等参数曲线，以及绘制包含载荷、位移变量的示功图。同时另一方面，利用软件内部预设的数学模型、经验公式和成熟算法进行标定和推算，比如用软件滤波和接箍法标定液面深度，用几何法和参数的矢量特征对地面示功图换算来的泵功图进行定性分析和定量计算，用等峰值法通过一个冲次的功率曲线测算抽油机的平衡度，用差分法通过计算上下峰值电流的波动情况判断结蜡程度等，结合数据库内的产液、压力、气液比等生产参数和历史记录进行综合比对和分析，通过对供液、排量情况、井下泵况、杆管结蜡程度、抽油机平衡度、系统效率的跟踪和参量计算，判断抽空、卡泵、杆断、漏失和损耗等故障发生几率，实现工况预诊，监控人员对预诊结果确认后，通过发送终端指令对现场抽油机进行远程控制，对结蜡等工况通知相关人员采取洗井作业措施，减少故障的发生率，提高机采效率，降低生产运行成本。 

监控中心在接收到现场传来的抽油机停机、停井、断电等故障信息时，中心诊断软件会以短信的形式通知相关人员或其它监控终端，进行到岗检查和相应处理；LED显示系统根据现场传来的信息，显示抽油机的系统状态。 

综上所述，本实用新型在抽油机采油过程中实现的具体功能如下： 

1、自动采集油井动液面等全面工况参数，并可长期监测油井动液面，软件标定动液面深度。

2、电参数采集全面，集成度高，可以采集三相电压、三相电流、上下峰值电流、有功功率、无功功率、功率因数、电量。 

3、可采集周期有功功率，并以一个冲次的功率曲线在中心诊断软件界面测算抽油机平衡度，给出平衡块的调整值。 

4、可实现停机、停井、断电、故障远程报警，报警信息同时发送到监控终端和用户手机上。 

5、终端计算机可手动、自动查测现场参数和状态，实现远程调冲次和停机等控制。

6、终端计算机可实现一对多井的远程监控，以及终端计算机之间、终端计算机与用户手机之间的信息转发。 

7、中心诊断软件界面具有显示示功图、液面曲线、电参曲线、平衡度曲线等多种参数向量图形和曲线变化对比图形功能。 

8、中心诊断软件根据示功图、动液面、电参数、载荷、上下峰值电流等的变化趋势，结合产液、压力、气液比等数据波动情况，对供液不足、泵效低、结蜡、漏失和不平衡等异常工况进行跟踪和诊断。 

9、中心诊断软件可定期计算电量与产液量的比例，核算机采效率和生产成本。 

10、 监控中心的LED显示系统显示现场抽油机的系统状态。 

Claims (3)

1.抽油机工况参数远程监控预诊装置，其特征在于：包括现场数据采集装置和远程监控中心两部分；

所述现场数据采集装置内，参数测控箱（1）通过有线或无线方式与各种测量传感器（2）和止点检测模块（3）建立联系；

所述远程监控中心，参数测控箱（1）以移动通讯方式通过中心通讯模块（4）或直接与服务器（5）进行数据的发送和指令的接收，服务器（5）以移动通讯方式通过终端通讯模块（7）与终端计算机（6）进行信息通讯，LED显示系统（8）与终端通讯模块（7）连接。

2.如权利要求1所述的抽油机工况参数远程监控预诊装置，其特征在于：所述参数测控箱（1）内设有测控主机（11），测控主机（11）通过现场通讯模块（13）以移动通讯方式与远程监控中心进行通讯；测控主机（11）分别与电参数采集模块（12）和无线数传模块（14）进行数据通讯；参数测控箱（1）内含有备用电池（17），备用电池（17）与测控主机（11）连接。

3.如权利要求2所述的的抽油机工况参数远程监控预诊装置，其特征在于：所述测控主机（11）上有CPU处理器（21）、存储器（22）、输出执行电路（23）、止点信号检测电路（24）、时钟电路（25）、I/O接口电路（26）、多路串口接口（27）、串口芯片（28）、串口扩展模块（29）、断电检测和电池充电电路（30）。

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