董云峰　張宏偉

【摘 要】油井?dāng)?shù)據(jù)采集管控系統(tǒng)是一個(gè)將抽油機(jī)生產(chǎn)控制、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和管理這三大步融合在一起的生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制體系。此系統(tǒng)的實(shí)施離不開油田作業(yè)的抽油機(jī)，它可以實(shí)時(shí)監(jiān)控油田作業(yè)的抽油機(jī)，將人工智能測(cè)控儀器儀表作為人的“眼睛”，并通過計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一部分延伸到油井所在之處，這樣就形成了油井?dāng)?shù)據(jù)采集的自控系統(tǒng)。此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有嚴(yán)格的等級(jí)關(guān)系，每個(gè)分支下的系統(tǒng)都具有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和布線系統(tǒng)，各個(gè)公司或者是其他單位想要得到生產(chǎn)數(shù)據(jù)的話，可以通過網(wǎng)絡(luò)與公司其他生產(chǎn)單元監(jiān)控操作站相連將生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送到公司的部門，同時(shí)監(jiān)控操作站又與公司企業(yè)的信息網(wǎng)相連，極大地增加了便利。抽油機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)采集有3層功能，即生產(chǎn)管理、監(jiān)控和過程控制，其中過程控制部分是整個(gè)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，也是整個(gè)采集系統(tǒng)的核心。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù)背景；抽油機(jī)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；信息集中性；系統(tǒng)可靠性

【中圖分類號(hào)】TP274 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）03-0119-02

大數(shù)據(jù)，從字面上來理解，它是超出傳統(tǒng)數(shù)據(jù)軟件工具承接能力范圍的數(shù)據(jù)集合，它的數(shù)據(jù)規(guī)模更大、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)速度更快，數(shù)據(jù)類型更多元、價(jià)值密度更低。大數(shù)據(jù)的運(yùn)行主要是對(duì)已經(jīng)接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行再操作，如辨析、抓取、分類等。通過大數(shù)據(jù)的分析，可以促成更強(qiáng)的決策能力、洞察力和最佳化處理。在當(dāng)今大數(shù)據(jù)背景下，世界上98%的工作運(yùn)轉(zhuǎn)都與大數(shù)據(jù)有關(guān)。抽油機(jī)的工作原理比較繁瑣，它需要?jiǎng)恿C(jī)提供動(dòng)力，然后用減速機(jī)把動(dòng)力機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)變化成抽油機(jī)曲柄的低速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)曲桿—連桿—游梁機(jī)構(gòu)起作用，它把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)槌橛蜋C(jī)驢頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種往復(fù)運(yùn)動(dòng)是上下而行，從而帶動(dòng)深井泵工作，上行時(shí)驢頭懸點(diǎn)提起抽油桿，讓抽油桿抽出液體，即可抽出油，然后下行，反復(fù)上下而行，即可源源不斷地抽出油。但是如果抽油機(jī)沒有進(jìn)行平衡，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載和耗能就會(huì)變得很大，也會(huì)降低抽油機(jī)的使用壽命?，F(xiàn)如今，抽油機(jī)在世界范圍內(nèi)有很多種，所用技術(shù)也是各有不同。在對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行分類時(shí)，人們大多都是根據(jù)抽油機(jī)的采油方式而分類，將其分為有桿類采油設(shè)備和無桿類采油設(shè)備，而前者又可分為抽油桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)類和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)類。我國(guó)的抽油機(jī)大多屬于往復(fù)運(yùn)動(dòng)類抽油設(shè)備，這種設(shè)備在我國(guó)也有很多年的使用歷史，為我國(guó)的石油事業(yè)做出過巨大貢獻(xiàn)，現(xiàn)在這種設(shè)備仍然在我國(guó)使用。無桿類采油設(shè)備可分為電動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)類、氣舉采油設(shè)備和潛油離心泵，此類抽油機(jī)在我國(guó)使用較少。

1 抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一般在油田油井的附近會(huì)安裝1臺(tái)計(jì)算機(jī)，這臺(tái)計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)油井?dāng)?shù)據(jù)的讀寫、查詢、分析處理及數(shù)據(jù)曲線的繪制和數(shù)據(jù)報(bào)表的打印。做好以上工作后，此計(jì)算機(jī)會(huì)將所處理好的信息通過USB電路傳給微處理器。微處理器分3個(gè)，其分工如下：微處理器一負(fù)責(zé)無線接收，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，由液晶顯示電路、鍵盤電路和日歷時(shí)鐘電路實(shí)施；微處理器二會(huì)將微處理器一所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)一步無線接收，并且存儲(chǔ)，然后再進(jìn)一步傳給微處理器三。這3個(gè)微處理器所處距離不會(huì)太遠(yuǎn)，它們之間采用近距離無線傳輸數(shù)據(jù)。在20世紀(jì)70年代中期，社會(huì)上推出了一款集中分散型控制系統(tǒng)DCS，它是以處理器為基礎(chǔ)的集中分散聲控系統(tǒng)。這款系統(tǒng)是油井中的抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集的核心，自從這款系統(tǒng)推出后就在世界范圍內(nèi)使用，并一直占有主導(dǎo)地位。

1.1 大數(shù)據(jù)背景下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

目前，抽油機(jī)采集系統(tǒng)大多已發(fā)展為無線數(shù)據(jù)采集，其中抽油機(jī)參數(shù)采集系統(tǒng)會(huì)對(duì)各種信息進(jìn)行采集、運(yùn)算、分析、并儲(chǔ)存，并且可智能地綜合各種有效的信息因素進(jìn)行運(yùn)算并判斷，從而達(dá)到合理高效節(jié)能減排的采油目的。同時(shí)，抽油機(jī)這種無線數(shù)據(jù)采集技術(shù)還可以對(duì)抽油機(jī)多種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，例如油壓、套壓、回壓、功率，電流等，并且可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)作出圖像，全面地進(jìn)行比較權(quán)衡，選出最優(yōu)秀的方案。以上都是對(duì)抽油機(jī)系統(tǒng)軟件方面的分析和介紹。對(duì)抽油機(jī)的硬件方面也有很高的要求。例如，抽油機(jī)是在油田工作，屬于露天狀況，在自然情況下，大自然的陰晴雨雪會(huì)影響抽油機(jī)的工作，所以抽油機(jī)要從抗干擾、溫漂、穩(wěn)定性、可靠性等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，由于制造抽油機(jī)的成本較高，有些不法分子會(huì)對(duì)抽油機(jī)打歪主意，因此抽油機(jī)的設(shè)計(jì)要防盜、防破壞。抽油機(jī)采集系統(tǒng)的運(yùn)行是非常嚴(yán)密的，它主要由3個(gè)階段構(gòu)成。最基本的階段是前端信號(hào)采集模板，主要負(fù)責(zé)前端信號(hào)的采集收集及簡(jiǎn)單處理，通過簡(jiǎn)單的處理后再傳送給數(shù)字隔離模塊，再通過中間一系列復(fù)雜步驟，最后傳送到控制及主站顯示。

1.2 大數(shù)據(jù)背景下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大概由第一層控制中心、第二層工作站、巡檢儀、傳感器及各個(gè)生產(chǎn)區(qū)組成。低層控制中心屬于生產(chǎn)管理級(jí)，第二層工作站屬于監(jiān)控級(jí)，而生產(chǎn)區(qū)巡檢儀和傳感器一些小部件是在過程控制中起作用，所以說巡檢儀、傳感器、生產(chǎn)區(qū)屬于過程控制級(jí)。這里最基本的就是各個(gè)生產(chǎn)區(qū)，因?yàn)槌橛蜋C(jī)都是在各個(gè)生產(chǎn)區(qū)中工作。這3個(gè)部分構(gòu)成了油井生產(chǎn)管理，并且此系統(tǒng)是分層控制結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)通過控制多個(gè)控制卡及其子系統(tǒng)模板組成的過程裝置控制級(jí)來間接掌握信息，傳送數(shù)據(jù)。大概的分層結(jié)構(gòu)如下：各個(gè)生產(chǎn)區(qū)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過巡檢儀傳送到第二層工作站的過程就是監(jiān)控級(jí)，而生產(chǎn)區(qū)將數(shù)據(jù)傳送到傳感器和巡檢儀的過程為過程控制級(jí)，扮演監(jiān)控級(jí)的第二層工作站可同時(shí)管理巡檢儀和傳感器2個(gè)部分，收到的數(shù)據(jù)通過第二層工作站簡(jiǎn)單處理即可通過網(wǎng)絡(luò)傳送到第一層中心控制室。每個(gè)油田都會(huì)有他自己獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和布線系統(tǒng)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不同于平常我們使用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它只應(yīng)用于油田數(shù)據(jù)的傳送，這就增加了數(shù)據(jù)傳送的安全性，通過此網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可直接將油田產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)送到企業(yè)部門或者相關(guān)的管理部門。此過程雖較為繁瑣，但卻有條不紊。

2 抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行

抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行正如其設(shè)計(jì)原理一樣，都是層層進(jìn)行、步步傳遞，離不開過程控制級(jí)、監(jiān)控級(jí)及生產(chǎn)管理級(jí)這3個(gè)層次方面。抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括油井?dāng)?shù)據(jù)的采集器、中間過程的傳感器、巡檢儀等元件，還包括第二層工作站及第一層中心控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行需要這3個(gè)部分都毫無差錯(cuò)地進(jìn)行，中間任意步驟出現(xiàn)差錯(cuò)都會(huì)造成抽油機(jī)采集數(shù)據(jù)的缺失和差錯(cuò)，帶來極大的麻煩，甚至造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還有可能對(duì)自然環(huán)境造成傷害。所以，在抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行過程中要認(rèn)真謹(jǐn)慎地對(duì)待每個(gè)過程、每個(gè)流程，一絲不茍地對(duì)待每個(gè)數(shù)據(jù)。同時(shí)，在運(yùn)行過程中要嚴(yán)格按照采集系統(tǒng)的應(yīng)有順序去實(shí)行，不可任意顛倒實(shí)行順序。

2.1 大數(shù)據(jù)背景下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理

抽油機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以控制抽油機(jī)的運(yùn)行，控制抽油機(jī)的生產(chǎn)，也能控制抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)還能監(jiān)控抽油機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀況。抽油機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)，其運(yùn)行及功能主要是靠系統(tǒng)主機(jī)、過程機(jī)及其自身的直接數(shù)字控制。同時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括多個(gè)子系統(tǒng)，如上文所述，它的各個(gè)子系統(tǒng)之間都有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，互不干擾，互不影響，獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還有空抽控制的功能，這個(gè)功能不僅可以節(jié)約大量的能量，還可以延長(zhǎng)抽油機(jī)的使用壽命，為國(guó)家節(jié)省大量的資源。抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要在報(bào)表、數(shù)據(jù)及綜合運(yùn)用等功能模塊發(fā)揮它最大的作用。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過信息采集網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化，擴(kuò)大數(shù)據(jù)采集的覆蓋范圍，提高審核工作的全面性、及時(shí)性和準(zhǔn)確性，這也是油田工作數(shù)據(jù)如此之嚴(yán)密的原因。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)擁有各種智能儀表和各種傳感器、控制器，其中傳感器和各種智能儀表構(gòu)成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的測(cè)量控制級(jí)，而控制器構(gòu)成了油田的生產(chǎn)系統(tǒng)操作級(jí)，有的生產(chǎn)操作級(jí)不利用控制器而是選擇PCL為核心下位機(jī)，與其相對(duì)應(yīng)的，同時(shí)具有網(wǎng)絡(luò)功能的上位機(jī)便為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的監(jiān)控級(jí)做出貢獻(xiàn)。這些控制級(jí)別相互關(guān)聯(lián)，又同時(shí)與監(jiān)測(cè)站相連，層層相連，步驟嚴(yán)密。

2.2 大數(shù)據(jù)背景下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)

抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的作用巨大，一個(gè)關(guān)鍵的作用就是通過對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的設(shè)定。在抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)，上下載荷出現(xiàn)超限低限的問題都會(huì)自動(dòng)停機(jī)，從而保證抽油機(jī)井的安全生產(chǎn)，避免不必要的損失。還有一個(gè)關(guān)鍵作用是抽油機(jī)的系統(tǒng)可靠性，想要提高系統(tǒng)的可靠性，就要提高系統(tǒng)設(shè)備的性能和安全，而要提高系統(tǒng)設(shè)備的性能和安全，就要了解該系統(tǒng)的一些儀器的實(shí)際指標(biāo)，包括溫度、流量，其中最重要的是壓力。這些壓力、溫度和流量的值會(huì)被設(shè)備的采集和傳感器作為電信號(hào)所讀取。而壓力測(cè)量的信號(hào)采集大多采用應(yīng)變式壓力傳感器，這種傳感器的精度較高，一般在0.2%～0.3%，電壓一般控制在0～5 V。至于溫度，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般會(huì)采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器AD59kh，此傳感器是美國(guó)的AD公司所設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，這款溫度的傳感器會(huì)輸出標(biāo)準(zhǔn)化的線性電流，這些線性電流又會(huì)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)被傳感器所讀取，取出其中電流的脈沖信號(hào)，將電信號(hào)數(shù)字化，變?yōu)槿藗兛衫斫獾臄?shù)據(jù)。由上可知，我們通過減少非正常電信號(hào)對(duì)設(shè)備的線性電流脈沖信號(hào)沖擊，來減少系統(tǒng)的硬件損失，延長(zhǎng)硬件的使用壽命。此外，抽油機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)有數(shù)字I/O隔離模板，使得傳感器將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后就可以在電腦上被CPU收集和處理，A/D轉(zhuǎn)換為12位精度的轉(zhuǎn)換模板。有了這個(gè)處理，就可以避免電流轉(zhuǎn)換的輸送單元與強(qiáng)電流直接相觸，強(qiáng)電流直接入侵Al模板，而損壞Al模板造成故障，這樣中間的電信號(hào)沒有被數(shù)字化，導(dǎo)致很多負(fù)責(zé)收集的控制級(jí)主站出現(xiàn)收不到數(shù)據(jù)信號(hào)的現(xiàn)象。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]岳彩祝，王超.智能油田遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2017（7）：93-95.

[2]劉殿軍，管翠翠.油田自動(dòng)化系統(tǒng)中的油井監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用分析[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2017，37（9）：172-173.

[3]劉同錄.基于DCS原理設(shè)計(jì)的抽油機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009（18）.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]