基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的螺桿泵運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)*

齊鳳河 鄒佳祥 成寶芝

1大慶師范學(xué)院物理與電氣信息工程學(xué)院 2大慶油田信息技術(shù)公司

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的螺桿泵運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)*

齊鳳河1 鄒佳祥2 成寶芝1

1大慶師范學(xué)院物理與電氣信息工程學(xué)院 2大慶油田信息技術(shù)公司

以螺桿泵運(yùn)行工況為研究對(duì)象，結(jié)合大慶油田的生產(chǎn)實(shí)際，以電參數(shù)診斷法為基礎(chǔ)，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的螺桿泵采油數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用高性能的微控制器作為遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)模塊的控制和通信核心，利用Zigbee技術(shù)構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，再利用現(xiàn)有的油田計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)形成遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)能快速、準(zhǔn)確地測(cè)出螺桿泵井運(yùn)行的電參數(shù)和熱工參數(shù)，及時(shí)診斷螺桿泵災(zāi)難性故障；能根據(jù)測(cè)得的電參數(shù)、流體參數(shù)自動(dòng)對(duì)螺桿泵電機(jī)進(jìn)行單機(jī)無(wú)功功率補(bǔ)償，提高采油效率。

Zigbee技術(shù)；以太網(wǎng)；螺桿泵；監(jiān)測(cè)；參數(shù)

大慶油田螺桿泵采油系統(tǒng)由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用。螺桿泵油井的故障診斷與監(jiān)控技術(shù)一直都是國(guó)內(nèi)外采油工程技術(shù)和科研人員的一個(gè)重要的研究課題。電參數(shù)診斷法具有良好的螺桿泵運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)能力。因此，以螺桿泵運(yùn)行工況為研究對(duì)象，結(jié)合大慶油田的生產(chǎn)實(shí)際，以電參數(shù)診斷法為基礎(chǔ)，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的螺桿泵采油數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)。

1 遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在對(duì)現(xiàn)有油田油井分布情況全面了解基礎(chǔ)上，充分利用已有計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)資源的有效方案，是對(duì)現(xiàn)有螺桿泵井安全運(yùn)行和維護(hù)進(jìn)行改進(jìn)的一種良好手段。本系統(tǒng)采用高性能的微控制器作為遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)模塊的控制和通信核心，利用Zigbee技術(shù)構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，再利用現(xiàn)有的油田計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)形成遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

2 遠(yuǎn)傳網(wǎng)絡(luò)中心單元

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)主要由Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和油田局域網(wǎng)構(gòu)成，它們連接的節(jié)點(diǎn)位于油田的中轉(zhuǎn)站。因?yàn)槟壳霸诖髴c油田各個(gè)中轉(zhuǎn)站都實(shí)現(xiàn)了油田計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的覆蓋，而中轉(zhuǎn)站所管理的螺桿泵井基本上都在5 km的范圍內(nèi)，所以利用Zigee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是可行的。這樣通過(guò)STM32F103RBT6微控制器實(shí)現(xiàn)Zigbee網(wǎng)絡(luò)和油田計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)間的數(shù)據(jù)交換，也就是將Zigbee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)得到的各個(gè)單井參數(shù)，通過(guò)由STM32F103RBT6微控制器為核心構(gòu)成的網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)將Zigbee數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在兩個(gè)協(xié)議之間的雙向傳輸，通過(guò)建立的兩者之間的透明傳輸通道，完成Zigbee技術(shù)和以太網(wǎng)互通，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各單點(diǎn)螺桿泵井現(xiàn)場(chǎng)工況數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制。

3 系統(tǒng)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

管理中心軟件系統(tǒng)分成三個(gè)部分，由管理功能子系統(tǒng)、參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和故障診斷子系統(tǒng)組成，主要用VC＋＋6.0和SQLServer2000數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。VisualC++是Microsoft公司推出的一種功能強(qiáng)大的可視化應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具，是計(jì)算機(jī)界公認(rèn)的最優(yōu)秀的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具之一。

螺桿泵井運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控管理中心監(jiān)控管理系統(tǒng)的工作是以數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和工況診斷為核心的。首先對(duì)油井運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，再根據(jù)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行診斷，編制數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)油井的工作參數(shù)進(jìn)行增加、修改、保存。將每次測(cè)試數(shù)據(jù)及診斷出的故障保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。建立現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，研究開(kāi)發(fā)螺桿泵智能分析系統(tǒng)。分析采集數(shù)據(jù)，總結(jié)已有模型，建立適合大慶油田的智能分析控制系統(tǒng)，對(duì)螺桿泵的運(yùn)行工況進(jìn)行預(yù)測(cè)和判斷，給出最優(yōu)設(shè)置參數(shù)。智能分析系統(tǒng)通過(guò)獲取連續(xù)測(cè)試數(shù)據(jù)，繪出電壓、電流、油壓、套壓、轉(zhuǎn)速和扭矩等基本曲線，利用多元統(tǒng)計(jì)方法研究各種電參數(shù)的綜合最佳圖示和友好的人機(jī)交互界面，其從根本上克服了電流法、扭矩法、蹩壓法中測(cè)試時(shí)間短，故障發(fā)生后其所測(cè)電壓、電流、扭矩等參數(shù)變化不明顯，故障一時(shí)難以診斷的缺點(diǎn)，增加了螺桿泵工況診斷的準(zhǔn)確性和可靠度。根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析建模，設(shè)計(jì)智能專(zhuān)家系統(tǒng)，對(duì)螺桿泵可能出現(xiàn)的運(yùn)行故障進(jìn)行預(yù)測(cè)和判斷，及時(shí)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和報(bào)警，在故障萌芽狀態(tài)將其解決；并結(jié)合區(qū)塊地質(zhì)數(shù)據(jù)，在多井?dāng)?shù)據(jù)綜合基礎(chǔ)上給區(qū)塊規(guī)劃提供參考建議。

4 結(jié)語(yǔ)

相關(guān)分析表明，該系統(tǒng)運(yùn)行不影響生產(chǎn)，能快速準(zhǔn)、確地測(cè)出螺桿泵井運(yùn)行的電參數(shù)和熱工參數(shù)，及時(shí)診斷螺桿泵災(zāi)難性故障，在斷電停機(jī)的同時(shí)通過(guò)無(wú)線通信裝置發(fā)出報(bào)警信息；同時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)測(cè)得的電參數(shù)、流體參數(shù)自動(dòng)對(duì)螺桿泵電機(jī)進(jìn)行單機(jī)無(wú)功功率補(bǔ)償，提高電機(jī)的工作效率，提高采油效能。

（0459）5510107、daqing909@163.com

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.039

齊鳳河：副教授，畢業(yè)于大連理工大學(xué)軟件工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)任大慶師范學(xué)院物理與電氣信息工程學(xué)院工程實(shí)訓(xùn)中心主任，從事檢測(cè)技術(shù)及自動(dòng)化裝置方向研究。

基金論文：大慶師范學(xué)院自然科學(xué)基金（11ZR15）。

（欄目主持 關(guān)梅君）