楊培倫 李海軍 徐波

摘要：本文針對目前崗位人員緊張，邊遠零散油井不能進行24小時駐井監(jiān)護，當油井出現(xiàn)故障后，不能在第一時間發(fā)現(xiàn)而影響生產(chǎn)，研發(fā)了一種遠程抽油機運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)可監(jiān)控抽油機是否正常工作，監(jiān)測光桿本體溫度，以及監(jiān)測盤根是否漏失情況。當油井運行過程中出現(xiàn)故障后，可通過GSM信號發(fā)送到值班員工的手機，采取相應用的措施，保障油井的正常生產(chǎn)。

關鍵詞：監(jiān)控;報警;自動

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，這種零散的布井方式，給油井的管理和抽油機運行狀態(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間及時發(fā)現(xiàn)，就會造成大面積漏油事故，環(huán)境污染比較嚴重;同時，因工作條件的限制，油井出現(xiàn)停機或是采油設備損壞、油層出砂等故障時，值班人員無法及時采取措施，造成油井停產(chǎn)，小故障釀成大事故，以上情況嚴重地影響了零散油井的生產(chǎn)管理。

2.改進思路及方案實施

針對邊遠零散油井在生產(chǎn)管理中存在的難題，研發(fā)了一種遠程抽油機運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。該系可監(jiān)控抽油機是否正常工作，監(jiān)測光桿本體溫度，以及監(jiān)測盤根是否漏失情況。當發(fā)現(xiàn)有異常，可通過GSM信號通報給值班手機，通知當班人員及時勘察抽油機運行狀態(tài)。

1.1設計思路

使用盤根刺漏探測器、六軸陀螺儀（MPU605）、可調震動傳感器、溫度傳感器對抽油機狀態(tài)進行檢測，當抽油機出現(xiàn)異常時，以上傳感器發(fā)送信號給單片機stm32。利用單片機SIM32對檢測的信號進行分析，根據(jù)不同的傳感器信號發(fā)送的開關量和變量進行分析，將分析結構輸出給GSM模塊。GSM模塊對檢測的結果以短信的方式發(fā)送至值班人員手機中。

1.2組成及特征

抽油機運行狀態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)主要由盤根刺漏探測器、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。如圖1所示。

圖1 遠程監(jiān)測系統(tǒng)組裝圖

1-電池;2-GSM模塊;3-太陽能電池板;4-殼體;5-開關;6-單片機;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，太陽能板安裝在殼體外，殼體通過光桿卡子卡在光桿上。當抽油機處于下死點時，將殼體安裝在光桿上。密封填料刺漏探測器下平面處于光桿密封器上平面的最近位置。當密封填料發(fā)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(fā)送開關量給單片機，單片機整理出井口油氣泄露的信號，并以短信的形式發(fā)送給值班人員，實現(xiàn)油氣泄露的報警功能。磁控復位開關用于系統(tǒng)復位。鑒于油氣生產(chǎn)場所的特殊性，監(jiān)測系統(tǒng)為防爆設計。

1.4結構原理：

（1）油井生產(chǎn)狀態(tài)遠程監(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）抽油機運轉狀況的監(jiān)測。監(jiān)測儀器利用六軸陀螺儀隨物體的位移發(fā)生移動的特性，來檢測抽油機是否正常運轉，監(jiān)控系統(tǒng)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(fā)送位移數(shù)據(jù)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(fā)出抽油機已經(jīng)停止的信號，實現(xiàn)抽油機運行狀態(tài)監(jiān)測的功能。

（3）油井發(fā)生砂卡、蠟卡故障的監(jiān)測。利用抽油機正常運行時，光桿平穩(wěn)運行，當油井發(fā)生砂卡、蠟卡事故時，光桿就會發(fā)生劇烈震動的特點，將震動傳感器安裝在監(jiān)控系統(tǒng)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(chǎn)時不產(chǎn)生動作，當發(fā)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(fā)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(jiān)測工作。

（4）油井不出液的監(jiān)測。當油井不出液，說明抽油機或油層發(fā)生了故障，如果不能及時發(fā)現(xiàn)和采取措施，就會造成抽油機長期無效運行，既浪費電能，又可能對抽油機造成損壞。油井長期不出液的另一個危害是造成抽油井的光桿與光桿密封器內密封填料干磨，光桿產(chǎn)生高溫，高溫導致光桿密封器內密封填料損壞，油氣外泄，出現(xiàn)污染事件。為了能讓員工及時了解油井的出液情況，在監(jiān)控系統(tǒng)內裝有溫度傳感器，實現(xiàn)了對光桿溫度進行時時監(jiān)測，當光桿的溫度升到一定值時，溫度傳感器就會將發(fā)送開關量給單片機，再以短信的方式通知值班人員，使相關人員能夠及時查找出油井不出液的原因，并采取相應的措施，從而恢復油井的正常生產(chǎn)。

3.應用效果及推廣前景

抽油機運行狀態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)研制成功后，已經(jīng)在華北油田多個零散井中的使用，值班人員能夠在第一時間知道抽油機工作中出現(xiàn)的問題和故障，及時對存在的問題進行處理，保障了抽油機正常運轉。采用了GSM模塊，只要有手機信號的地方，就能正常工作，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控，無人值守的管理運行模式。

通過使用該系統(tǒng)，可以減少一個工作崗位，防止抽油機故障發(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，抽油機皮帶斷停抽5次，并及時通知在崗人員處理，年創(chuàng)效70余萬元。該技術已審請了國家專利，專利權中國石油天然氣集團股份有限公司，可以在中石油的13家油田公司內，具備條件的零散井站點進行推廣使用，隨著5G通訊時代的到來，本成果的應用空間更為廣泛。

4.技術創(chuàng)新點

抽油機運行狀態(tài)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的主要的創(chuàng)新點是：一是，多元化對抽油機進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)抽油機多種事故和故障。二是，實現(xiàn)遠程無人檢測，發(fā)生故障后，通過短信形式將油井運行狀態(tài)及時告知值班人員，具有傳輸距離遠，信息及時，傳遞方便的特點。3.太陽能供電，減少成本投入。

作者簡介：

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