無人值守抽油機(jī)運(yùn)行故障報(bào)警系統(tǒng)

楊培倫 李海軍 徐波

摘要：本文針對(duì)目前崗位人員緊張，邊遠(yuǎn)零散油井不能進(jìn)行24小時(shí)駐井監(jiān)護(hù)，當(dāng)油井出現(xiàn)故障后，不能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)而影響生產(chǎn)，研發(fā)了一種遠(yuǎn)程抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)可監(jiān)控抽油機(jī)是否正常工作，監(jiān)測(cè)光桿本體溫度，以及監(jiān)測(cè)盤根是否漏失情況。當(dāng)油井運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障后，可通過GSM信號(hào)發(fā)送到值班員工的手機(jī)，采取相應(yīng)用的措施，保障油井的正常生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控;報(bào)警;自動(dòng)

1.問題的提出

本油田在開發(fā)的過程中，存在大量的開發(fā)區(qū)塊面積小，各區(qū)塊零散分布，井與井之間距離遠(yuǎn)，這種零散的布井方式，給油井的管理和抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控帶來了很多困難。如果每口井都有人看管，人力成本高，因用工總量的限制，也沒有足夠的員工。因零散井無人看管，當(dāng)油井出現(xiàn)光桿斷脫、井口跑油等故障后，工作人員不能在第一時(shí)間及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會(huì)造成大面積漏油事故，環(huán)境污染比較嚴(yán)重;同時(shí)，因工作條件的限制，油井出現(xiàn)停機(jī)或是采油設(shè)備損壞、油層出砂等故障時(shí)，值班人員無法及時(shí)采取措施，造成油井停產(chǎn)，小故障釀成大事故，以上情況嚴(yán)重地影響了零散油井的生產(chǎn)管理。

2.改進(jìn)思路及方案實(shí)施

針對(duì)邊遠(yuǎn)零散油井在生產(chǎn)管理中存在的難題，研發(fā)了一種遠(yuǎn)程抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。該系可監(jiān)控抽油機(jī)是否正常工作，監(jiān)測(cè)光桿本體溫度，以及監(jiān)測(cè)盤根是否漏失情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常，可通過GSM信號(hào)通報(bào)給值班手機(jī)，通知當(dāng)班人員及時(shí)勘察抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

1.1設(shè)計(jì)思路

使用盤根刺漏探測(cè)器、六軸陀螺儀（MPU605）、可調(diào)震動(dòng)傳感器、溫度傳感器對(duì)抽油機(jī)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)抽油機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)，以上傳感器發(fā)送信號(hào)給單片機(jī)stm32。利用單片機(jī)SIM32對(duì)檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行分析，根據(jù)不同的傳感器信號(hào)發(fā)送的開關(guān)量和變量進(jìn)行分析，將分析結(jié)構(gòu)輸出給GSM模塊。GSM模塊對(duì)檢測(cè)的結(jié)果以短信的方式發(fā)送至值班人員手機(jī)中。

1.2組成及特征

抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)主要由盤根刺漏探測(cè)器、六軸陀螺儀、可調(diào)震動(dòng)傳感器、溫度傳感器、模塊線路板、太陽能供電單元、光桿固定卡子、殼體及連接部件組成。如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組裝圖

1-電池;2-GSM模塊;3-太陽能電池板;4-殼體;5-開關(guān);6-單片機(jī);7-密封填料刺漏傳感器

1.3安裝方式

系統(tǒng)線路及電源部分集中安裝在殼體內(nèi)，太陽能板安裝在殼體外，殼體通過光桿卡子卡在光桿上。當(dāng)抽油機(jī)處于下死點(diǎn)時(shí)，將殼體安裝在光桿上。密封填料刺漏探測(cè)器下平面處于光桿密封器上平面的最近位置。當(dāng)密封填料發(fā)生刺漏時(shí)，刺漏的原油和氣體觸動(dòng)探測(cè)器，探測(cè)器連桿動(dòng)作，觸動(dòng)磁控開關(guān)，磁控開關(guān)發(fā)送開關(guān)量給單片機(jī)，單片機(jī)整理出井口油氣泄露的信號(hào)，并以短信的形式發(fā)送給值班人員，實(shí)現(xiàn)油氣泄露的報(bào)警功能。磁控復(fù)位開關(guān)用于系統(tǒng)復(fù)位。鑒于油氣生產(chǎn)場(chǎng)所的特殊性，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為防爆設(shè)計(jì)。

1.4結(jié)構(gòu)原理：

（1）油井生產(chǎn)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所需的能源。為了保障系統(tǒng)的能量供給和用電安全，儀表所需的電源為2.5伏的充電電池，由太陽能板提供充電，不需要經(jīng)常更換電池，既減少成本支出，又降低了員工的工作量。

（2）抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)儀器利用六軸陀螺儀隨物體的位移發(fā)生移動(dòng)的特性，來檢測(cè)抽油機(jī)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)的殼體安裝在光桿上，抽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，隨著光桿上下運(yùn)動(dòng)，六軸陀螺儀不停的檢測(cè)自身位移變換情況，如果相位不停變化，單片機(jī)則認(rèn)為抽油機(jī)運(yùn)行正常，如果光桿突然靜止，陀螺儀不能發(fā)送位移數(shù)據(jù)給單片機(jī)，則單片機(jī)認(rèn)為抽油機(jī)停止運(yùn)行，并向值班人員的手機(jī)中發(fā)出抽油機(jī)已經(jīng)停止的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的功能。

（3）油井發(fā)生砂卡、蠟卡故障的監(jiān)測(cè)。利用抽油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，光桿平穩(wěn)運(yùn)行，當(dāng)油井發(fā)生砂卡、蠟卡事故時(shí)，光桿就會(huì)發(fā)生劇烈震動(dòng)的特點(diǎn)，將震動(dòng)傳感器安裝在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，震動(dòng)傳感器的震動(dòng)幅度設(shè)置在一定的安全范圍內(nèi)。在油井正常生產(chǎn)時(shí)不產(chǎn)生動(dòng)作，當(dāng)發(fā)生抽油桿、抽油泵砂卡或蠟卡故障時(shí)，光桿的震動(dòng)幅度就會(huì)加大，當(dāng)震動(dòng)幅度超出設(shè)定的安全震動(dòng)幅度時(shí)，震動(dòng)傳感器就將開關(guān)量發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)再以短信的方式通知值班人員，完成油井砂卡、蠟卡的監(jiān)測(cè)工作。

（4）油井不出液的監(jiān)測(cè)。當(dāng)油井不出液，說明抽油機(jī)或油層發(fā)生了故障，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和采取措施，就會(huì)造成抽油機(jī)長期無效運(yùn)行，既浪費(fèi)電能，又可能對(duì)抽油機(jī)造成損壞。油井長期不出液的另一個(gè)危害是造成抽油井的光桿與光桿密封器內(nèi)密封填料干磨，光桿產(chǎn)生高溫，高溫導(dǎo)致光桿密封器內(nèi)密封填料損壞，油氣外泄，出現(xiàn)污染事件。為了能讓員工及時(shí)了解油井的出液情況，在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)裝有溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光桿溫度進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)光桿的溫度升到一定值時(shí)，溫度傳感器就會(huì)將發(fā)送開關(guān)量給單片機(jī)，再以短信的方式通知值班人員，使相關(guān)人員能夠及時(shí)查找出油井不出液的原因，并采取相應(yīng)的措施，從而恢復(fù)油井的正常生產(chǎn)。

3.應(yīng)用效果及推廣前景

抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研制成功后，已經(jīng)在華北油田多個(gè)零散井中的使用，值班人員能夠在第一時(shí)間知道抽油機(jī)工作中出現(xiàn)的問題和故障，及時(shí)對(duì)存在的問題進(jìn)行處理，保障了抽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。采用了GSM模塊，只要有手機(jī)信號(hào)的地方，就能正常工作，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控，無人值守的管理運(yùn)行模式。

通過使用該系統(tǒng)，可以減少一個(gè)工作崗位，防止抽油機(jī)故障發(fā)生。使用一年來，發(fā)現(xiàn)盤根刺漏事故23次，光桿過熱2次，抽油機(jī)皮帶斷停抽5次，并及時(shí)通知在崗人員處理，年創(chuàng)效70余萬元。該技術(shù)已審請(qǐng)了國家專利，專利權(quán)中國石油天然氣集團(tuán)股份有限公司，可以在中石油的13家油田公司內(nèi)，具備條件的零散井站點(diǎn)進(jìn)行推廣使用，隨著5G通訊時(shí)代的到來，本成果的應(yīng)用空間更為廣泛。

4.技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要的創(chuàng)新點(diǎn)是：一是，多元化對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)抽油機(jī)多種事故和故障。二是，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人檢測(cè)，發(fā)生故障后，通過短信形式將油井運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)告知值班人員，具有傳輸距離遠(yuǎn)，信息及時(shí)，傳遞方便的特點(diǎn)。3.太陽能供電，減少成本投入。

作者簡(jiǎn)介：

楊培倫，華北油田第四采油廠，采油工，高級(jí)技師;李海軍，華北油田第四采油廠，采油工，高級(jí)技師;徐波，華北油田二連公司，采油工，高級(jí)技師