无人值守抽油机运行故障报警系统

杨培伦 李海军 徐波

摘要：本文针对目前岗位人员紧张，边远零散油井不能进行24小时驻井监护，当油井出现故障后，不能在第一时间发现而影响生产，研发了一种远程抽油机运行状态监控系统。本系统可监控抽油机是否正常工作，监测光杆本体温度，以及监测盘根是否漏失情况。当油井运行过程中出现故障后，可通过GSM信号发送到值班员工的手机，采取相应用的措施，保障油井的正常生产。

关键词：监控;报警;自动

1.问题的提出

本油田在开发的过程中，存在大量的开发区块面积小，各区块零散分布，井与井之间距离远，这种零散的布井方式，给油井的管理和抽油机运行状态的监控带来了很多困难。如果每口井都有人看管，人力成本高，因用工总量的限制，也没有足够的员工。因零散井无人看管，当油井出现光杆断脱、井口跑油等故障后，工作人员不能在第一时间及时发现，就会造成大面积漏油事故，环境污染比较严重;同时，因工作条件的限制，油井出现停机或是采油设备损坏、油层出砂等故障时，值班人员无法及时采取措施，造成油井停产，小故障酿成大事故，以上情况严重地影响了零散油井的生产管理。

2.改进思路及方案实施

针对边远零散油井在生产管理中存在的难题，研发了一种远程抽油机运行状态监控系统。该系可监控抽油机是否正常工作，监测光杆本体温度，以及监测盘根是否漏失情况。当发现有异常，可通过GSM信号通报给值班手机，通知当班人员及时勘察抽油机运行状态。

1.1设计思路

使用盘根刺漏探测器、六轴陀螺仪（MPU605）、可调震动传感器、温度传感器对抽油机状态进行检测，当抽油机出现异常时，以上传感器发送信号给单片机stm32。利用单片机SIM32对检测的信号进行分析，根据不同的传感器信号发送的开关量和变量进行分析，将分析结构输出给GSM模块。GSM模块对检测的结果以短信的方式发送至值班人员手机中。

1.2组成及特征

抽油机运行状态远程监控系统系统主要由盘根刺漏探测器、六轴陀螺仪、可调震动传感器、温度传感器、模块线路板、太阳能供电单元、光杆固定卡子、壳体及连接部件组成。如图1所示。

圖1 远程监测系统组装图

1-电池;2-GSM模块;3-太阳能电池板;4-壳体;5-开关;6-单片机;7-密封填料刺漏传感器

1.3安装方式

系统线路及电源部分集中安装在壳体内，太阳能板安装在壳体外，壳体通过光杆卡子卡在光杆上。当抽油机处于下死点时，将壳体安装在光杆上。密封填料刺漏探测器下平面处于光杆密封器上平面的最近位置。当密封填料发生刺漏时，刺漏的原油和气体触动探测器，探测器连杆动作，触动磁控开关，磁控开关发送开关量给单片机，单片机整理出井口油气泄露的信号，并以短信的形式发送给值班人员，实现油气泄露的报警功能。磁控复位开关用于系统复位。鉴于油气生产场所的特殊性，监测系统为防爆设计。

1.4结构原理：

（1）油井生产状态远程监控系统所需的能源。为了保障系统的能量供给和用电安全，仪表所需的电源为2.5伏的充电电池，由太阳能板提供充电，不需要经常更换电池，既减少成本支出，又降低了员工的工作量。

（2）抽油机运转状况的监测。监测仪器利用六轴陀螺仪随物体的位移发生移动的特性，来检测抽油机是否正常运转，监控系统的壳体安装在光杆上，抽油机正常运转时，随着光杆上下运动，六轴陀螺仪不停的检测自身位移变换情况，如果相位不停变化，单片机则认为抽油机运行正常，如果光杆突然静止，陀螺仪不能发送位移数据给单片机，则单片机认为抽油机停止运行，并向值班人员的手机中发出抽油机已经停止的信号，实现抽油机运行状态监测的功能。

（3）油井发生砂卡、蜡卡故障的监测。利用抽油机正常运行时，光杆平稳运行，当油井发生砂卡、蜡卡事故时，光杆就会发生剧烈震动的特点，将震动传感器安装在监控系统内，震动传感器的震动幅度设置在一定的安全范围内。在油井正常生产时不产生动作，当发生抽油杆、抽油泵砂卡或蜡卡故障时，光杆的震动幅度就会加大，当震动幅度超出设定的安全震动幅度时，震动传感器就将开关量发送给单片机，单片机再以短信的方式通知值班人员，完成油井砂卡、蜡卡的监测工作。

（4）油井不出液的监测。当油井不出液，说明抽油机或油层发生了故障，如果不能及时发现和采取措施，就会造成抽油机长期无效运行，既浪费电能，又可能对抽油机造成损坏。油井长期不出液的另一个危害是造成抽油井的光杆与光杆密封器内密封填料干磨，光杆产生高温，高温导致光杆密封器内密封填料损坏，油气外泄，出现污染事件。为了能让员工及时了解油井的出液情况，在监控系统内装有温度传感器，实现了对光杆温度进行时时监测，当光杆的温度升到一定值时，温度传感器就会将发送开关量给单片机，再以短信的方式通知值班人员，使相关人员能够及时查找出油井不出液的原因，并采取相应的措施，从而恢复油井的正常生产。

3.应用效果及推广前景

抽油机运行状态远程监控系统研制成功后，已经在华北油田多个零散井中的使用，值班人员能够在第一时间知道抽油机工作中出现的问题和故障，及时对存在的问题进行处理，保障了抽油机正常运转。采用了GSM模块，只要有手机信号的地方，就能正常工作，实现了远程监控，无人值守的管理运行模式。

通过使用该系统，可以减少一个工作岗位，防止抽油机故障发生。使用一年来，发现盘根刺漏事故23次，光杆过热2次，抽油机皮带断停抽5次，并及时通知在岗人员处理，年创效70余万元。该技术已审请了国家专利，专利权中国石油天然气集团股份有限公司，可以在中石油的13家油田公司内，具备条件的零散井站点进行推广使用，随着5G通讯时代的到来，本成果的应用空间更为广泛。

4.技术创新点

抽油机运行状态远程监控系统的主要的创新点是：一是，多元化对抽油机进行监测，及时发现抽油机多种事故和故障。二是，实现远程无人检测，发生故障后，通过短信形式将油井运行状态及时告知值班人员，具有传输距离远，信息及时，传递方便的特点。3.太阳能供电，减少成本投入。

作者简介：

杨培伦，华北油田第四采油厂，采油工，高级技师;李海军，华北油田第四采油厂，采油工，高级技师;徐波，华北油田二连公司，采油工，高级技师