劉明軍 趙增強 劉文斌

（東營勝利高原有限公司，山東 東營 257091）

1 概述

ROTAFLEX皮帶抽油機是一種無游梁式抽油機，現(xiàn)由東營勝利高原有限公司生產(chǎn)。歷經(jīng)三十幾年持續(xù)不斷的改進、優(yōu)化，已開發(fā)出9個系列，13個產(chǎn)品的抽油機，懸點負(fù)荷從8噸到27.2噸，沖程長度從3m到9.3m。其良好的采油工藝性能、可靠的機械性能及操作維護安全方便的特性使得該抽油機得到了廣泛應(yīng)用，目前在國內(nèi)外已達9000余臺在良好運轉(zhuǎn)。

隨著皮帶抽油機的大規(guī)模應(yīng)用，后期的管理和維護也是保證抽油機正常工作的必不可少的組成部分。但由于大多數(shù)油井分布分散，分布范圍廣，而且有的地區(qū)偏遠，如果單靠人工管理，費時費力，而且也不能及時解決現(xiàn)場出現(xiàn)的問題，給油田造成不必要的經(jīng)濟損失。

現(xiàn)有的GPRS技術(shù)已發(fā)展成熟，因此采用低成本、高效率的基于GPRS技術(shù)的抽油機遠程監(jiān)控系統(tǒng)逐漸成為主要的監(jiān)控方式，實現(xiàn)抽油機現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)采集。能夠通過監(jiān)視抽油機的運行狀況，實現(xiàn)遠程停開機、調(diào)整抽油機的沖程、沖次等，并且在抽油機發(fā)生故障時，迅速報警并通知相關(guān)人員，及時排除故障，減少停機時間，也可以制止和打擊不法分子的盜竊行為。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該監(jiān)控系統(tǒng)主要由信號采集系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和終端系統(tǒng)四部分組成。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

信號采集系統(tǒng)主要由傳感器和接近開關(guān)組成，它們分別位于頂部滾筒位置（位移傳感器、載荷傳感器、限位接近開關(guān)）、減速器輸入軸位置（接近開關(guān)）[1]、軸承位置（溫度傳感器）、電機輸出軸位置（扭矩傳感器）。

信號傳輸系統(tǒng)主要有DTU模塊和GPRS模塊組成。其中，DTU模塊負(fù)責(zé)接收信號采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)打包，通過GPRS模塊發(fā)送到指定的固定IP地址。

控制系統(tǒng)由變頻控制器、PLC和自動潤滑系統(tǒng)組成。負(fù)責(zé)根據(jù)用戶指令或預(yù)先設(shè)定好的程序調(diào)整抽油機的沖程、沖次，停、開機并實現(xiàn)各軸承處的自動潤滑。

終端系統(tǒng)主要是由PC機和后臺軟件組成，實現(xiàn)抽油機狀態(tài)的實時查看，油井生產(chǎn)示功圖的記錄與查看，控制抽油機運行，故障報警等。

2.1 系統(tǒng)主要硬件組成

2.1.1 載荷傳感器

目前，載荷的測量使用最多的方法是在懸點處加裝載荷傳感器，位移測量普遍采用拉線式傳感器，二者信號都采用電纜傳輸，檢測傳感器的引線隨光桿運動。這種測量方法原理簡單，精度較高，缺點是安裝載荷傳感器時需要打卡，安裝后易造成毛辮子打斜，受力不均；位移傳感器安裝在隨光桿移動時容易產(chǎn)生刮、拉等事故；信號傳輸線由于風(fēng)刮、作業(yè)等原因易造成纏繞、扯斷。上述因素造成示功圖檢測現(xiàn)場維護工作量較大，使用不方便，難以實現(xiàn)長期的在線測量。

針對皮帶抽油機的特點，開發(fā)了一種軸承座式載荷傳感器，該傳感器與滾筒軸承座通過螺栓連接，采集油井載荷，滾筒軸部位用編碼器采集位移信息。

2.1.2 溫度傳感器

軸承出現(xiàn)故障后溫度升高，溫升曲線近似于指數(shù)型曲線，初期變化較小，巡井時不易發(fā)現(xiàn)，后期變化較快，則可能來不及發(fā)現(xiàn)。裝設(shè)軸承溫度傳感器，把軸承溫度信息實時傳送給監(jiān)控系統(tǒng)，可及時發(fā)現(xiàn)軸承早期故障，有效避免因軸承故障引起的設(shè)備事故。

2.1.3 DTU設(shè)備

DTU是一種數(shù)據(jù)終端設(shè)備，作用是對所傳信息進行格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)整理校驗。它不僅能夠?qū)F(xiàn)場傳感器采集的數(shù)據(jù)整理后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)，也能夠?qū)⒈O(jiān)控中心發(fā)送的指令轉(zhuǎn)換后控制現(xiàn)場設(shè)備的動作，比如電機啟停、沖次沖程調(diào)整等。

2.1.4 自動潤滑設(shè)備

軸承良好的潤滑能夠使軸承得到最大限度的壽命，現(xiàn)場出現(xiàn)的很多問題都是由軸承潤滑不良引起的。因此，采用一種自動的潤滑脂潤滑系統(tǒng)，可以定時定量的補充潤滑脂，而且是多次少量補充，將運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的鐵屑能夠及時排出，不會對軸承造成影響。通過我們的編程，該潤滑系統(tǒng)實現(xiàn)了規(guī)定時間內(nèi)的自動潤滑以及遠程控制及缺油、堵塞報警等，提高皮帶抽油機的使用壽命。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

圖2是該監(jiān)控系統(tǒng)的原理圖。在現(xiàn)場每臺抽油機的數(shù)據(jù)采集模塊上設(shè)有多種傳感器，傳感器采集數(shù)據(jù)后向DTU模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，DTU模塊接收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)打包，并以GPRS方式向指定的IP地址發(fā)送數(shù)據(jù)；監(jiān)控中心接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫里，通過監(jiān)控系統(tǒng)管理軟件將接收到的數(shù)據(jù)以示功圖等形式直觀的顯示出來，由此來判斷抽油機的工作狀態(tài)，可實現(xiàn)對抽油機工作參數(shù)的遠程調(diào)整、遠程停開機等操作，并能夠以手機短信的形式發(fā)送到相關(guān)責(zé)任人的指定手機上。

3 監(jiān)控系統(tǒng)的終端設(shè)計

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)終端的功能

監(jiān)控系統(tǒng)終端的設(shè)計核心就是管理軟件的設(shè)計，系統(tǒng)監(jiān)控中心的PC軟件是基于VB的開發(fā)平臺[4]。根據(jù)油田對抽油機井監(jiān)測的要求，提供如下功能：

3.1.1 皮帶抽油機相關(guān)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測

對皮帶抽油機某一瞬間模擬輸入量數(shù)據(jù)的采集，我們采用定時回傳和隨即請求采集等方式，并對采集到的數(shù)據(jù)進行定時保存。

①電參數(shù)的采集。采集的電參數(shù)包括：抽油機的相電壓、相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等；②皮帶抽油機載荷值數(shù)據(jù)的采集；③皮帶抽油機沖次的采集，包括實時沖次及上下行沖次；④皮帶抽油機油套壓的采集；⑤電動機轉(zhuǎn)速；⑥軸承溫度的采集。

3.1.2 診斷分析皮帶抽油機及井下運行狀況

①可隨即請求采集皮帶機井的示功圖；②保存和顯示定時回傳采集到的示功圖。

3.1.3 對皮帶抽油機的遠程控制

①遠程開關(guān)皮帶機；②調(diào)整沖程沖次等參數(shù)；③自動潤滑的啟停與潤滑頻率。

3.1.4 此外該系統(tǒng)也提供軟件的權(quán)限功能，保證了數(shù)據(jù)的安全性，便于管理，防止數(shù)據(jù)被惡意操作。

若檢測到電機皮帶斷、負(fù)荷皮帶斷、電動機不轉(zhuǎn)、抽油桿脫抽等突發(fā)惡性事故，該系統(tǒng)能智能的關(guān)閉抽油機電源。增加短信報警模塊，可發(fā)出報警信號，而且通過手機短信的形式通知相關(guān)負(fù)責(zé)人，及時排除故障，保證設(shè)備正常運行。

3.2 軟件設(shè)計及流程圖

(見圖 3-圖7)

4 現(xiàn)場應(yīng)用

該控制系統(tǒng)2012年2月在勝利油田石油開發(fā)中心68X75井進行了試驗。通過半年的現(xiàn)場試驗，驗證了系統(tǒng)工作可靠。圖8為2012年5月22日上午9點49分監(jiān)控系統(tǒng)終端采集到的實時示功圖。

結(jié)語

皮帶抽油機智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)，實現(xiàn)了實時及歷史示功圖顯示、遠程開關(guān)機、故障診斷、皮帶抽油機及油井信息的實時遙測和遙控，為油田管理及工況診斷提供及時準(zhǔn)確的資料，提高了抽油機生產(chǎn)效率和使用壽命。

目前ROTAFLEX皮帶抽油機在國內(nèi)應(yīng)用已達7000臺，國外也有2000多臺在有效運轉(zhuǎn)，且每年以近千臺的數(shù)量增加，如此龐大的數(shù)量，開發(fā)適合ROTAFLEX皮帶抽油機的智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)，對抽油機及油井的各種狀態(tài)參數(shù)進行實時監(jiān)測、發(fā)現(xiàn)故障及時報警以及最大程度的減少經(jīng)濟損失，具有重要的現(xiàn)實意義，該系統(tǒng)的研究與設(shè)計具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]原義德,楊玉考,崔鳳光,劉明軍，代平之.ROTAFLEX皮帶抽油機智能開采系統(tǒng)[J].石油礦場機械，2009，37，(1):67-68.

[2]黎洪生，劉蘇敏，李震宇.基于遠程控制與故障診斷的抽油機運行監(jiān)測系統(tǒng) [J].機床與液壓，2011，39(4):95-97.

[3]陳楫國，楊洪茂.游梁式抽油機的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷 [J].中國設(shè)備工程，2003，(1):37-39.

[4]潘崢嶸，滕尚偉.基于GPRS的油田抽油機遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) [J].工業(yè)儀表與自動化裝置.2008，(2):28-30.