劉明軍 趙增強(qiáng) 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(jī)是一種無游梁式抽油機(jī)，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(jìn)、優(yōu)化，已開發(fā)出9個系列，13個產(chǎn)品的抽油機(jī)，懸點(diǎn)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(jī)械性能及操作維護(hù)安全方便的特性使得該抽油機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，目前在國內(nèi)外已達(dá)9000余臺在良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

隨著皮帶抽油機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用，后期的管理和維護(hù)也是保證抽油機(jī)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(yuǎn)，如果單靠人工管理，費(fèi)時費(fèi)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(jì)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(jī)遠(yuǎn)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(jī)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)采集。能夠通過監(jiān)視抽油機(jī)的運(yùn)行狀況，實現(xiàn)遠(yuǎn)程停開機(jī)、調(diào)整抽油機(jī)的沖程、沖次等，并且在抽油機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)的沖程、沖次，停、開機(jī)并實現(xiàn)各軸承處的自動潤滑。

終端系統(tǒng)主要是由PC機(jī)和后臺軟件組成，實現(xiàn)抽油機(jī)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(jī)運(yùn)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(diǎn)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(yùn)動。這種測量方法原理簡單，精度較高，缺點(diǎn)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(hù)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(jī)的特點(diǎn)，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(jìn)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(jī)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(bǔ)充潤滑脂，而且是多次少量補(bǔ)充，將運(yùn)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(yuǎn)程控制及缺油、堵塞報警等，提高皮帶抽油機(jī)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(jī)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(jī)的工作狀態(tài)，可實現(xiàn)對抽油機(jī)工作參數(shù)的遠(yuǎn)程調(diào)整、遠(yuǎn)程停開機(jī)等操作，并能夠以手機(jī)短信的形式發(fā)送到相關(guān)責(zé)任人的指定手機(jī)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(jī)井監(jiān)測的要求，提供如下功能：

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

對皮帶抽油機(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)載荷值數(shù)據(jù)的采集；③皮帶抽油機(jī)沖次的采集，包括實時沖次及上下行沖次；④皮帶抽油機(jī)油套壓的采集；⑤電動機(jī)轉(zhuǎn)速；⑥軸承溫度的采集。

3.1.2 診斷分析皮帶抽油機(jī)及井下運(yùn)行狀況

①可隨即請求采集皮帶機(jī)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(jī)的遠(yuǎn)程控制

①遠(yuǎn)程開關(guān)皮帶機(jī)；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(jī)皮帶斷、負(fù)荷皮帶斷、電動機(jī)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(jī)電源。增加短信報警模塊，可發(fā)出報警信號，而且通過手機(jī)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(yùn)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(jìn)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(diǎn)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(jī)智能遠(yuǎn)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(yuǎn)程開關(guān)機(jī)、故障診斷、皮帶抽油機(jī)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(jī)生產(chǎn)效率和使用壽命。

目前ROTAFLEX皮帶抽油機(jī)在國內(nèi)應(yīng)用已達(dá)7000臺，國外也有2000多臺在有效運(yùn)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(jī)的智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對抽油機(jī)及油井的各種狀態(tài)參數(shù)進(jìn)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(jì)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(jī)智能開采系統(tǒng)[J].石油礦場機(jī)械，2009，37，(1):67-68.

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

[3]陳楫國，楊洪茂.游梁式抽油機(jī)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(jī)遠(yuǎn)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.