基于数字化抽油机的智能化井场监控系统*

李付超 肖璐 李立波

基于数字化抽油机的智能化井场监控系统*

张乃禄1李付超1祁宗全2郭朝阳3肖璐1李立波1

1西安石油大学电子工程学院2西安邮电大学物联网与两化融合研究院3西安海联石化科技有限公司

结合延长油田定边采油厂数字化油田试验项目，研究采用数字化抽油机、摄像机、无线网桥、RFID及监控中心构建数字化油田智能化井场监控系统。数字化抽油机是智能监控系统的核心，具有信息采集、数据传输与组网和智能控制等功能。实际运行表明，该系统能实现对井场工况、井组采油数据以及抽油机运行状态与参数进行实时智能监控，井场无人值守，提高采油效率21.08%；同时，该系统有助于采油厂实施精细化生产管理和标杆管理，降低了油田的生产运营成本，提高了生产管理效率和安全环保监管水平。

数字化油田；井场监控；数字化抽油机；智能化

在数字化抽油机的油田井场，特别是传统抽油机和数字化抽油机混合井场，多数井场的监控信息不融合，监控信息传输能力滞后、井场与监控中心不协调、数字化抽油机难以发挥作用，如何构建井场智能化监控和实施数字化油田建设是一个重要的现实问题，研究基于数字化抽油机的智能化井场监控系统十分必要[1-3]。结合延长油田定边采油厂数字化油田试验项目，研究采用数字化抽油机、摄像机、无线网桥、RFID及监控中心构建数字化油田智能化井场监控系统，该系统对实施数字化油田和智能化油田建设具有重要意义[4]。

1 智能化井场监控系统

1.1 监控系统构成

基于数字化抽油机的智能化井场监控系统由井场信息采集与智能控制和联合站监控中心两部分组成，实现对井场工况、井组采油数据以及抽油机运行状态与参数进行实时智能监控，其系统构成如图1所示。

智能化井场监控系统监控10个以上丛式井场，每个井场通常有10到15口井，每口井配1台数字化抽油机。数字化抽油机将采集信息通过RFID传送到井场通讯协议箱，再通过无线网桥传送到联合站监控中心。监控中心对井场的数据信息进行分析与处理，实现对井场工况、井组采油数据和数字化抽油机实时智能化监控。

1.2 数字化抽油机

数字化抽油机是智能监控系统的核心，具有信息采集、数据传输与组网、智能控制等功能，数字化抽油机构成如图2所示。

图1 智能化井场监控系统构成

图2 数字化抽油机硬件构成

（1）数字化抽油机信息采集。利用数字化抽油机的三相电参采集模块、角位移传感器、载荷传感器、数字压力变送器等数据采集设备，实现抽油机电机三相电流、电压、有功功率、功图、平衡度、冲次和井口压力等数据的自动采集。

（2）数字化抽油机组网与数据传输。将采集数据信息以有线的方式传输到RTU进行分析与处理，并将结果通过RS-232总线传输到无线发送模块中，由无线发送模块发送到井场通讯协议箱。数字化抽油机具有RFID无线通信模块，实现抽油机组网，井场采集信息的传输。

（3）数字化抽油机智能控制。RTU对采集数据智能分析，抽油机运行故障和异常报警。通过RS-485调整变频器频率和平衡电机旋转角度，实现抽油机最佳冲次自动判定与调节、平衡度自动判定与调节、远程启停控制，进而实现数字化抽油机的智能控制。

2 智能化监控软件与特点

2.1 智能化监控软件

智能化井场监控系统软件由数字化抽油机控制软件、视频监控软件和智能分析与实时优化监控软件三部分构成，如图3所示。

图3 智能化井场监控系统软件构成

（1）数字化抽油机智能控制软件。数字化抽油机智能控制软件是井场控制软件的核心。控制软件中集成抽油机最佳冲次判定与调节程序、平衡度判定与调节程序、主电机和平衡电机保护程序、功图程序和故障自我诊断程序。通过对数据进行分析处理，RTU控制软件得到抽油机运行最佳冲次、平衡度以及故障诊断情况，指导抽油机的运行。站内控制软件对井场RTU传回数据进行分析，实现对抽油机的远程启停控制。

（2）视频监控软件。视频智能分析软件是视频监控的核心，其内部嵌有视频图像智能分析算法。它通过对视频画面中的运动目标进行实时检测与分析，实现对数字化抽油机运行状态的监控和对外来人员及车辆进行锁定、抓拍和报警，并将分析结果传送至视频监控画面显示。

（3）智能分析与实时优化监控软件。监控中心的核心是智能分析与实时优化监控软件，井场采集的抽油机运行参数、油压、井场出口管线压力、流量等数据存储在SQLServer数据库。井口计产分析、电子巡井和功图对比分析软件中的专家系统通过对数据库中数据的分析，实现对井场采集原油计量、抽油机井泵况、故障智能诊断和数字化抽油运行的远程监控。监控中心实现井场井组监控、原油生产曲线、井场采油信息报警以及整个监控系统的管理和参数设置等画面的显示。

2.2 智能化监控系统功能

（1）数字化抽油机智能控制。井场实现抽油机最佳冲次和平衡度的自动调节、抽油机启停的远程控制以及抽油机工况故障的自我诊断。

（2）井场信息自动采集。通过井场数字化抽油机和视频图像采集设备，实现对井场采油数据和视频图像的采集。

（3）数字化抽油机组网和数据网络传输。通过RFID技术和无线网桥传输技术，井场实现了抽油机的组网和数据通过以太网进行网络化传输。

（4）井场视频的智能监控。通过具有智能分析功能的摄像机，实现对数字化抽油机运行状态的监控，对外来人员及车辆进行锁定、抓拍和报警，达到井场视频的智能化监控。

3 结语

基于数字化抽油机的智能化井场监控系统已在延长油田定边采油厂东韩油区投入运行，现场应用取得满意效果。实际运行表明，该系统能实现对井场工况、井组采油数据以及抽油机运行状态与参数进行实时智能监控，井场无人值守，提高采油效率21.08%；同时，该系统有助于采油厂实施精细化生产管理和标杆管理，降低了油田的生产运营成本，提高了生产管理效率和安全环保监管水平。

[1]白文雄，白青，李茂，等．数字化抽油机的研制与应用[J]．油气田地面工程，2013，32（12）：149-150.

[2]郑飞，张会森，闫苏斌，等．抽油机数字化控制技术[J]．天然气与石油，2012，30（6）：67-69.

[3]庞诚，张乃禄，贺安武，等．油田数字化井场建设与施工[J]．油气田地面工程，2011，30（11）：79-80.

[4]冯宇，姬蕊，邓展飞，等．长庆油田地面系统数字化设计[J]．石油工程建设，2010，36（1）：89-91.

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.11.046

基金论文：陕西省科技攻关计划项目（2012k06—16）；陕西省工信厅两化融合项目（陕财办建专［2012］63号）。