遠程監控系統在油井生產中的應用

楊培倫 張峰 趙增權

摘要：研發了一種抽油機遠程運行狀態監控系統，油井運行過程中出現故障時，監控系統通過STM32單片機發出GSM信號，將故障類別發送到值班員工手機上，值班員工根據故障類別，并采取相應的措施。

關鍵詞：監控;報警;自動

1.問題的提出

油井生產過程中，各井之間距離遠，給油井日常管理和抽油機運行狀態的監控帶來了不少的麻煩，如果每個井點上，都安排人員看管，不但運行成本高，而且因為用工總量上的限止，也沒有足夠的員工，如果不安排專人看井，因井點之間距離遠，各井點之間路況差，很難按照要求巡檢到位，因不能及時了解到抽油機的運行狀態，當油井出現出光桿斷脫、跑油、停機等故障后，值班員工因不能及時發現故障，采取相應的措施，不但會造成了原油的產量損失，而且還會引發生產事故，對環境造成污染。

2.改進思路及方案實施

針對邊遠零散油井在生產管理中存在的難題，研發了一種油井生產狀態遠程監控系統，該系統，可以時時監測油井及抽油機的運行情況，當油井或抽油設備出現故障時，及時發出故障信號，提示值班人員進行巡檢和維護。

2.1油井生產狀態遠程監控系統設計思路

利用當前市場上能夠采購到的儀表，以太陽能板為能源，制造一個能夠將生產故障轉化為信號，并能將信號轉發出去的監測儀器，在井口附近安裝一個接收、分析監測儀信號的STM32單片機和GSM模塊，將油井的故障以手機信息的方式傳遞給值班員工。監測儀器安裝在采油樹井口的光桿上，STM32單片機和GSM模塊，安裝在抽井配電柜中，它們對油井及抽油機的運行狀態進行時時監控，出現故障后，當班員工就能根據手機提供的信息及時掌握故障原因，為及時排除故障提供了條件。監測儀中有監測物體運動的儀表，當抽油機出現故障停止運行時，就能檢測到抽油機已經停止運動的信息，并將信號遞出去;利用油井不出液時，光桿因為干磨而發熱的特點，在遠程監控系統內裝有溫度檢測儀，時時檢測光桿的溫度，當油井因設備或地層原因不出液時，光桿的溫度就會升高，溫度檢測儀就會將高溫信號傳遞給監控系統，由監控系統將發出信號;監控系統內裝有檢測油氣泄露和抽油桿震動的儀表，當發生油氣泄漏或桿、管斷脫故障時，就能及時監測到并發出信號。當油井及采油設備發生故障時，監測儀中的儀表會將這些信號傳遞給STM32單片機，單片機對收到的不同的功能的儀表發來的開關量和變量信號進行分析，并將分析結構輸出給GSM模塊，GSM模塊對檢測的信號分析整理后，以短信的形式傳遞到值班人員的手機上，當班人員根據信息的提示，采取相應的措施排除油井運行過程中的故障。

2.2油井生產狀態遠程監控系統的實施

油井生產狀態遠程監控系統由盤根刺漏探測器、六軸陀螺儀、可調震動傳感器、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。

系統線路、監測儀表及電源等電路部件安裝在監測儀的殼體內，太陽能板安裝在殼體外，殼體通過光桿卡子緊緊的卡在光桿上。殼體在光桿上的安裝位置在抽油機下死點時，盤根刺漏探測器下平面不碰撞盤根盒上平面的位置處，當盤根發生刺漏時，刺漏的原油和氣體觸動探測器，探測器連桿動作，觸動磁控開關，磁控開關發送開關量給單片機，整理出井口油氣泄露的信號，并以短信的形式傳遞給值班人員，實現油氣泄露的報警功能。

油井生產狀態遠程監控系統的能源：為了保障系統的能量供給和用電安全，儀表所需的電源為4.5伏的充電電池，由太陽能板提供充電，當電池的電量降到3.7伏時，就會發出電量不夠的報警，值班人員就可以進行人工充電，防止了電池因虧電而損壞，在減少電池成本支出的同時，也降低了員工的工作量。

抽油機運轉狀況的監測。利用六軸陀螺儀隨物體的位移發生移動的特性，來檢測抽油機是否正常運轉，監控系統的殼體安裝在光桿上，抽油機正常運轉時，隨著光桿上下運動，六軸陀螺儀不停的檢測自身位移變換情況，如果相位不停變化，單片機則認為抽油機運行正常，如果光桿突然靜止，陀螺儀不能發送位移數據給單片機，則單片機認為抽油機停止運行，并向值班人員的手機中發出抽油機已經停止的信號，實現抽油機運行狀態監測的功能。

油井發生砂卡、蠟卡故障的監測。利用抽油機正常運行時，光桿平穩運行，當油井發生砂卡，蠟卡事故時，光桿就會發生劇烈震動的特點，將震動傳感器安裝在監控系統內，震動傳感器的震動幅度設置在一定的安全范圍內，在油井正常生產時不產生動作，當發生抽油桿、抽油泵砂卡或蠟卡故障時，光桿的震動幅度就會加大，當震動幅度超出設定的安全震動幅度時，震動傳感器就將開關量發送給單片機，單片機再以短信的方式通知值班人員，完成油井砂卡、蠟卡的監測工作。

油井不出液的監測。抽油設備或油層發生了故障后，油油井的產液量就會下降，嚴重時油井不出液，如果不能及時發現和采取措施，就會造成抽油機長期無效運行，既浪費電能，又對抽油設備造成了損壞。油井長期不出液的另一個危害，造成抽油井的光桿與盤根盒內密封料干摩，光桿產生高溫，高溫導致盤根盒內密封填料損壞，油氣外泄，造成污染事件。為了及時知道油井的出液情況，在監控系統內裝有溫度傳感器，對光桿溫度進行時時監測，當光桿的溫度升高到一定值時，溫度傳感器就會將開關量發送給單片機，再以短信的方式通知值班人員，使相關人員能夠及時找查出油井不出液的原因，并采取相應的措施，恢復油井的正常生產。

油井生產狀態遠程監控系統的工作原理;當刺漏傳感器、六軸陀螺儀、可調震動傳感器、溫度傳感器對油井的生產及抽油機的運行情況進行時時監測，當出油井在生產過程中出現異常狀況時，各儀表就會經中央處理器發出信號，經過單片機（stm32）分析后，經過GSM模塊發送相應短信到值班員工的手機上。當遠程監控系統出現程序混亂后，可以通過安裝在系統內的磁控復位開關，使系統恢復到原始狀態。監測系統為防爆設計，應用于油氣生產場所。

3.應用效果及推廣前景

油井生產狀態遠程監控系統采用了GSM模塊，只要有手機信號的地方，就能正常工作，實現了遠程監控，無人值守的管理運行模式。不但減少了崗位上的用工量，而且發現故障問題及時準確。使用一年來，發現盤根刺漏事故23次，因油井故障不出液2次，抽油機皮帶斷停抽5次，出現故障后，值班人員第一時間就能從手機上得到信息，而采取措施，提高了油井的產量，年創效70余萬元。隨著5G通訊時代的到來，本成果的應用空間更為廣泛。