楊培倫 張峰 趙增權(quán)

摘要：研發(fā)了一種抽油機(jī)遠(yuǎn)程運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，油井運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)通過STM32單片機(jī)發(fā)出GSM信號(hào)，將故障類別發(fā)送到值班員工手機(jī)上，值班員工根據(jù)故障類別，并采取相應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控;報(bào)警;自動(dòng)

1.問題的提出

油井生產(chǎn)過程中，各井之間距離遠(yuǎn)，給油井日常管理和抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控帶來了不少的麻煩，如果每個(gè)井點(diǎn)上，都安排人員看管，不但運(yùn)行成本高，而且因?yàn)橛霉た偭可系南拗?，也沒有足夠的員工，如果不安排專人看井，因井點(diǎn)之間距離遠(yuǎn)，各井點(diǎn)之間路況差，很難按照要求巡檢到位，因不能及時(shí)了解到抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)油井出現(xiàn)出光桿斷脫、跑油、停機(jī)等故障后，值班員工因不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，采取相應(yīng)的措施，不但會(huì)造成了原油的產(chǎn)量損失，而且還會(huì)引發(fā)生產(chǎn)事故，對(duì)環(huán)境造成污染。

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)了一種油井生產(chǎn)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)，可以時(shí)時(shí)監(jiān)測油井及抽油機(jī)的運(yùn)行情況，當(dāng)油井或抽油設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)發(fā)出故障信號(hào)，提示值班人員進(jìn)行巡檢和維護(hù)。

2.1油井生產(chǎn)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

利用當(dāng)前市場上能夠采購到的儀表，以太陽能板為能源，制造一個(gè)能夠?qū)⑸a(chǎn)故障轉(zhuǎn)化為信號(hào)，并能將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)出去的監(jiān)測儀器，在井口附近安裝一個(gè)接收、分析監(jiān)測儀信號(hào)的STM32單片機(jī)和GSM模塊，將油井的故障以手機(jī)信息的方式傳遞給值班員工。監(jiān)測儀器安裝在采油樹井口的光桿上，STM32單片機(jī)和GSM模塊，安裝在抽井配電柜中，它們對(duì)油井及抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)故障后，當(dāng)班員工就能根據(jù)手機(jī)提供的信息及時(shí)掌握故障原因，為及時(shí)排除故障提供了條件。監(jiān)測儀中有監(jiān)測物體運(yùn)動(dòng)的儀表，當(dāng)抽油機(jī)出現(xiàn)故障停止運(yùn)行時(shí)，就能檢測到抽油機(jī)已經(jīng)停止運(yùn)動(dòng)的信息，并將信號(hào)遞出去;利用油井不出液時(shí)，光桿因?yàn)楦赡ザl(fā)熱的特點(diǎn)，在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)裝有溫度檢測儀，時(shí)時(shí)檢測光桿的溫度，當(dāng)油井因設(shè)備或地層原因不出液時(shí)，光桿的溫度就會(huì)升高，溫度檢測儀就會(huì)將高溫信號(hào)傳遞給監(jiān)控系統(tǒng)，由監(jiān)控系統(tǒng)將發(fā)出信號(hào);監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)裝有檢測油氣泄露和抽油桿震動(dòng)的儀表，當(dāng)發(fā)生油氣泄漏或桿、管斷脫故障時(shí)，就能及時(shí)監(jiān)測到并發(fā)出信號(hào)。當(dāng)油井及采油設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)測儀中的儀表會(huì)將這些信號(hào)傳遞給STM32單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)收到的不同的功能的儀表發(fā)來的開關(guān)量和變量信號(hào)進(jìn)行分析，并將分析結(jié)構(gòu)輸出給GSM模塊，GSM模塊對(duì)檢測的信號(hào)分析整理后，以短信的形式傳遞到值班人員的手機(jī)上，當(dāng)班人員根據(jù)信息的提示，采取相應(yīng)的措施排除油井運(yùn)行過程中的故障。

2.2油井生產(chǎn)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施

油井生產(chǎn)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由盤根刺漏探測器、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。

系統(tǒng)線路、監(jiān)測儀表及電源等電路部件安裝在監(jiān)測儀的殼體內(nèi)，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(jī)下死點(diǎn)時(shí)，盤根刺漏探測器下平面不碰撞盤根盒上平面的位置處，當(dāng)盤根發(fā)生刺漏時(shí)，刺漏的原油和氣體觸動(dòng)探測器，探測器連桿動(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)，整理出井口油氣泄露的信號(hào)，并以短信的形式傳遞給值班人員，實(shí)現(xiàn)油氣泄露的報(bào)警功能。

油井生產(chǎn)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)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4.5伏的充電電池，由太陽能板提供充電，當(dāng)電池的電量降到3.7伏時(shí)，就會(huì)發(fā)出電量不夠的報(bào)警，值班人員就可以進(jìn)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(shí)，也降低了員工的工作量。

抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的監(jiān)測。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)測的功能。

油井發(fā)生砂卡、蠟卡故障的監(jiān)測。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)測工作。

油井不出液的監(jiān)測。抽油設(shè)備或油層發(fā)生了故障后，油油井的產(chǎn)液量就會(huì)下降，嚴(yán)重時(shí)油井不出液，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，又對(duì)抽油設(shè)備造成了損壞。油井長期不出液的另一個(gè)危害，造成抽油井的光桿與盤根盒內(nèi)密封料干摩，光桿產(chǎn)生高溫，高溫導(dǎo)致盤根盒內(nèi)密封填料損壞，油氣外泄，造成污染事件。為了及時(shí)知道油井的出液情況，在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)裝有溫度傳感器，對(duì)光桿溫度進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)光桿的溫度升高到一定值時(shí)，溫度傳感器就會(huì)將開關(guān)量發(fā)送給單片機(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)找查出油井不出液的原因，并采取相應(yīng)的措施，恢復(fù)油井的正常生產(chǎn)。

油井生產(chǎn)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理;當(dāng)刺漏傳感器、六軸陀螺儀、可調(diào)震動(dòng)傳感器、溫度傳感器對(duì)油井的生產(chǎn)及抽油機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)出油井在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常狀況時(shí)，各儀表就會(huì)經(jīng)中央處理器發(fā)出信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)（stm32）分析后，經(jīng)過GSM模塊發(fā)送相應(yīng)短信到值班員工的手機(jī)上。當(dāng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)程序混亂后，可以通過安裝在系統(tǒng)內(nèi)的磁控復(fù)位開關(guān)，使系統(tǒng)恢復(fù)到原始狀態(tài)。監(jiān)測系統(tǒng)為防爆設(shè)計(jì)，應(yīng)用于油氣生產(chǎn)場所。

3.應(yīng)用效果及推廣前景

油井生產(chǎn)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)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。不但減少了崗位上的用工量，而且發(fā)現(xiàn)故障問題及時(shí)準(zhǔn)確。使用一年來，發(fā)現(xiàn)盤根刺漏事故23次，因油井故障不出液2次，抽油機(jī)皮帶斷停抽5次，出現(xiàn)故障后，值班人員第一時(shí)間就能從手機(jī)上得到信息，而采取措施，提高了油井的產(chǎn)量，年創(chuàng)效70余萬元。隨著5G通訊時(shí)代的到來，本成果的應(yīng)用空間更為廣泛。