一、引言
    抽油機(jī)井大多都分布在油田各采油場,其工作狀況的監(jiān)測和控制,一直是采油場一項重要和困難的內(nèi)容,一般的油井為巡視員或維修工定期巡回檢查,隨著油田現(xiàn)代化管理水平的不斷提高,早期的巡視員方式已逐漸被油井無人值守所代替。隨著工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展,無線遙測系統(tǒng)在國內(nèi)油井中也得到了廣泛的應(yīng)用。在該系統(tǒng)中,基于CDMA通迅信">

      技術(shù)頻道

      傳感器在抽油機(jī)井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

      一、引言
      抽油機(jī)井大多都分布在油田各采油場,其工作狀況的監(jiān)測和控制,一直是采油場一項重要和困難的內(nèi)容,一般的油井為巡視員或維修工定期巡回檢查,隨著油田現(xiàn)代化管理水平的不斷提高,早期的巡視員方式已逐漸被油井無人值守所代替。隨著工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展,無線遙測系統(tǒng)在國內(nèi)油井中也得到了廣泛的應(yīng)用。在該系統(tǒng)中,基于CDMA通迅信道的HLD4000型遠(yuǎn)程監(jiān)控系充分利用現(xiàn)有的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),通過對現(xiàn)場的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集、傳輸,可以實(shí)現(xiàn)油井遠(yuǎn)程監(jiān)控需求從而實(shí)現(xiàn)各單井狀態(tài)的集中監(jiān)控,減少人員投入,縮短油井故障發(fā)現(xiàn)和排除時間,極大的提高了生產(chǎn)效率,WB系列傳感在該系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。
      二、WB成套傳感器介紹
      WB系列電量隔離傳感器是由維博電子有限責(zé)任公司于八十年代末九十年初研制并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)率先向市場推出的新一代高性能電量檢測產(chǎn)品,可以對電路中的電流、電壓、頻率、功率、功率因數(shù)等電參量進(jìn)行高速、高精度的隔離測量和變換,也可以對微弱的電參量信號進(jìn)行高速、高精度的隔離放大和傳送,將其變換調(diào)理成符合國際通用標(biāo)準(zhǔn)的電壓、電流、頻率等模擬信號輸出,或?qū)⑵渥儞Q成數(shù)字量輸出、開關(guān)量狀態(tài)輸出、RS485/232輸出等,既可以和傳統(tǒng)的指針式儀表相接,更適合于與現(xiàn)代的數(shù)字式自控儀表、各種A/D轉(zhuǎn)換器、以及計算機(jī)系統(tǒng)直接配接,廣泛應(yīng)用于電力、通信、鐵路、礦山、冶金、交通、儀表等行業(yè)。
      本系列產(chǎn)品的輸入端與輸出端完全隔離,可以解決自動檢測及多路數(shù)據(jù)采集中的隔離、變換、傳送和共地、共電源等關(guān)鍵技術(shù)問題,有效克服共模干擾,提高系統(tǒng)精度,簡化系統(tǒng)設(shè)計,降低系統(tǒng)成本。與傳統(tǒng)的電測器具相比,本系列產(chǎn)品具有精度高、體積小、功耗低、通頻帶寬、性價比高等特點(diǎn)。
      為了滿足廣大客戶需要成套提供傳感器的要求,維博公司于03年率先推出油田專用成套傳感器,特點(diǎn)簡介如下:
      1、 抽油機(jī)井電源監(jiān)測 三相電壓電流輸入、RS485輸出
      專門針對抽油機(jī)井用電設(shè)備而設(shè)計的隔離型組合參數(shù)智能傳感器,取代模擬變送器。其檢測信號為交流3相電壓,3相電流;輸出內(nèi)容為3電壓(有效值)、3電流(有效值)、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電度、無功電度和頻率數(shù)據(jù)。輸出可由通訊接口獲取所需的電參量數(shù)椐的標(biāo)幺值,無須RTU做交流采樣。
      2、專用固定負(fù)荷傳感器 量程:0~150kN; 輸出靈敏度:1mV/V;
      全密封防水設(shè)計,滿足全天候使用; 優(yōu)化插頭,提高可靠性; 操作方便安全; 輸出一致,完全互換,使用壽命長。
      3、壓力傳感器 量程:從0~10Kpa到0~500Mpa,輸出:標(biāo)準(zhǔn)二線制
      本產(chǎn)品是本所利用進(jìn)口充油隔離組件或整體不銹鋼應(yīng)變引壓體,把固態(tài)集成工藝與隔離膜片技術(shù)結(jié)合在一起,擴(kuò)散硅芯片被安裝在充滿硅油的圓柱腔體內(nèi),通過不銹鋼膜片和外殼把其與測量介質(zhì)隔離開。產(chǎn)品可在惡劣環(huán)境下工作(如埋到地下)
      4、角位移傳感器 量程:0~100、0~180、0~270、0~340(連續(xù)) 輸出0-5V
      本品是一種以電壓輸出與軸旋轉(zhuǎn)角度為線性關(guān)系的用于測量物體旋轉(zhuǎn)位置的傳感器,其特點(diǎn)是精度高、壽命長、輸出平滑性好等等。
      5、溫度傳感器 (井口溫度) PT1000電阻輸出
      進(jìn)口PT1000封裝;耐靜壓大于30Mpa;溫度響應(yīng)時間快;傳感器外型可根據(jù)用戶要求定;工作溫度:-50℃~+400℃,精確度等級A級。
      6、紅外雙監(jiān)(三監(jiān))報警傳感器。
      綜合當(dāng)今安防領(lǐng)域最高科技的高性能雙窗口探測器,由主從雙組高精度被動紅外探測裝置和抗強(qiáng)光電路及模糊邏輯數(shù)碼核心組成,防水外殼,造型優(yōu)美。
      三、HLD4000油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成及功能
      HLD4000油井監(jiān)控系統(tǒng)是勝利油田聯(lián)合電子科技大學(xué)共同研制的新一代油井遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。
      1、監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境
      Ø 服務(wù)器操作系統(tǒng):Windows (Advance) Server 2000 或Windows Server 2003服務(wù)器操作系統(tǒng)
      Ø 服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器:Microsoft SQL-Server 2000 標(biāo)準(zhǔn)版數(shù)據(jù)庫服務(wù)器
      Ø 服務(wù)器Web服務(wù)器:Microsoft Internet Information Services (IIS) 5.0以上Web服務(wù)器
      Ø 數(shù)據(jù)庫訪問組件:Microsoft Data Access Components (MDAC) 2.7及以上
      Ø Microsoft .NET Framework: Microsoft .NET Framework 1.1
      Ø 客戶端操作系統(tǒng):Windows 9X以上
      Ø 客戶端Web瀏覽器:IE5.5以上Web瀏覽器
      2、監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)
      3、監(jiān)控系統(tǒng)功能
      基于CDMA技術(shù)的抽油機(jī)井監(jiān)測系統(tǒng)由抽油機(jī)井現(xiàn)場監(jiān)控單元和監(jiān)控中心設(shè)備及CDMA無線數(shù)據(jù)通信單元三部分組成。
      現(xiàn)場監(jiān)控單元主要由各傳感器(如負(fù)荷、油管回壓、油溫、三相電流、三相電壓等,根據(jù)需要選定)、數(shù)據(jù)采集存儲處理分系統(tǒng)、CDMA通信分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件等組成。監(jiān)控中心由路由器、服務(wù)器及其后臺軟件等組成。
      數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)應(yīng)用先進(jìn)的嵌入式處理器S3C4510以及高性能單片機(jī)MSP430F149。系統(tǒng)工作時數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)實(shí)時采集各傳感器的數(shù)據(jù),并按照相應(yīng)數(shù)學(xué)計算模型進(jìn)行處理,將處理結(jié)果和原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲,然后按照要求和數(shù)據(jù)格式將信息傳送給CDMA通信分系統(tǒng)。CDMA通信分系統(tǒng)在開機(jī)后首先與監(jiān)控中心建立數(shù)據(jù)鏈路,中心收到鏈路信息后即可獲得油井的運(yùn)行信息,可隨時接收數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。當(dāng)通信分系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)的信息后,通過公共CDMA網(wǎng)絡(luò)經(jīng)VPDN,將數(shù)據(jù)發(fā)給監(jiān)控中心,或?qū)⒖刂浦行陌l(fā)來的信息傳給數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)。
      監(jiān)控中心是該系統(tǒng)的指揮中心,它可以通過VPDN經(jīng)CDMA網(wǎng)向現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備發(fā)送初始化命令和信息、可以對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理,可以將必要的信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)給各部門。
      系統(tǒng)監(jiān)測抽油機(jī)井電機(jī)三相電壓值、三相電流值、以及抽油機(jī)負(fù)荷、井口油管回壓、井口油管溫度等,具體方式如下:
      ※ 定時上傳信息
      ※ 輪循上傳信息
      ※ 隨機(jī)抽沒信息
      ※ 故障實(shí)時報警
      ※ 設(shè)備故障自檢
      3.2 遠(yuǎn)程控制功能
      監(jiān)控中心可以對油井現(xiàn)場監(jiān)測單元進(jìn)行以下控制:
      ※ 設(shè)置油管回壓、負(fù)荷、電動機(jī)功率等參數(shù)的超限值。
      ※ 設(shè)置沖程
      ※ 設(shè)置終端時間、修改IP地址
      3、3 報警功能
      油井現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備連續(xù)采集各傳感器數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。當(dāng)結(jié)果滿足監(jiān)控中心設(shè)定的正常范圍時,現(xiàn)場監(jiān)控制備就每隔一定時間(時間間隔由監(jiān)控中心設(shè)定)上傳 一次當(dāng)前油井動行正常狀態(tài)字;
      當(dāng)結(jié)果超出監(jiān)控中心設(shè)定的正常范圍時,判定設(shè)備出現(xiàn)異常,現(xiàn)場設(shè)備上傳一個油井運(yùn)行故障字,并將有關(guān)的超限參數(shù)等信息上傳至監(jiān)控中心并采取相應(yīng)的措施.
      3、4 輔助分析功能
      監(jiān)控中心處理接收到的數(shù)據(jù),分析油井場運(yùn)行狀況項目有:
      ※ 抽油機(jī)平衡率分析。
      ※ 抽油機(jī)耗電量統(tǒng)計、分析。
      ※ 功圖智能判別。
      ※ 歷史數(shù)據(jù)比較、分析。
      ※ 三相電流的最大、最小值。
      ※ 有功功率最大、最小值。
      ※ 無功功率最大、最小值。
      ※ 上、下沖程最大電流值。
      ※ 功率因數(shù)量大、最小值。
      四、 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)
      1、檢測內(nèi)容及范圍
      三相電流: 0~100A 監(jiān)測精度: 0.5%
      三相電壓: 0~1200VAC 監(jiān)測精度: 0.5%
      負(fù) 荷: 0~150KN 監(jiān)測精度: 0.5%
      油 溫: 0~100℃ 監(jiān)測精度: 0.5%
      位 移: 0~6m 監(jiān)測精度: 1%
      井口油管回壓: 0~10Mpa 監(jiān)測精度: 0.5%
      2、系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境
      工作電源:各油井監(jiān)測點(diǎn)AC380V±20%或AC1140V;
      溫度:-40~+70℃;
      濕度:5%~95%
      3、無線通信距離
      在CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)通信距離不受限制。
      4、系統(tǒng)檢測時間
      抽油機(jī)井現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)檢測參數(shù)和監(jiān)測時間段可本地設(shè)置或由監(jiān)控中心設(shè)定。
      結(jié)束語
      該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于勝利油田,在該監(jiān)控系統(tǒng)中,使用監(jiān)測終端和配套組態(tài)軟件,監(jiān)測終端將檢測到的單口抽油機(jī)采油的現(xiàn)場狀態(tài),通過CDMA送給監(jiān)控中心,從而實(shí)現(xiàn)各單井狀態(tài)的集中監(jiān)控,減少人員投入,有力的縮短油井故障發(fā)現(xiàn)和排除時間,極大的提高了生產(chǎn)效率,同時系統(tǒng)的性價比特高,無需采購價格昂貴的PLC控制器。另外,本系統(tǒng)還非常適合輸油管漏油,計量站,聯(lián)合站等油田生產(chǎn)過程自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

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