远程监控系统在油井生产中的应用

杨培伦 张峰 赵增权

摘要：研发了一种抽油机远程运行状态监控系统，油井运行过程中出现故障时，监控系统通过STM32单片机发出GSM信号，将故障类别发送到值班员工手机上，值班员工根据故障类别，并采取相应的措施。

关键词：监控;报警;自动

1.问题的提出

油井生产过程中，各井之间距离远，给油井日常管理和抽油机运行状态的监控带来了不少的麻烦，如果每个井点上，都安排人员看管，不但运行成本高，而且因为用工总量上的限止，也没有足够的员工，如果不安排专人看井，因井点之间距离远，各井点之间路况差，很难按照要求巡检到位，因不能及时了解到抽油机的运行状态，当油井出现出光杆断脱、跑油、停机等故障后，值班员工因不能及时发现故障，采取相应的措施，不但会造成了原油的产量损失，而且还会引发生产事故，对环境造成污染。

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，研发了一种油井生产状态远程监控系统，该系统，可以时时监测油井及抽油机的运行情况，当油井或抽油设备出现故障时，及时发出故障信号，提示值班人员进行巡检和维护。

2.1油井生产状态远程监控系统设计思路

利用当前市场上能够采购到的仪表，以太阳能板为能源，制造一个能够将生产故障转化为信号，并能将信号转发出去的监测仪器，在井口附近安装一个接收、分析监测仪信号的STM32单片机和GSM模块，将油井的故障以手机信息的方式传递给值班员工。监测仪器安装在采油树井口的光杆上，STM32单片机和GSM模块，安装在抽井配电柜中，它们对油井及抽油机的运行状态进行时时监控，出现故障后，当班员工就能根据手机提供的信息及时掌握故障原因，为及时排除故障提供了条件。监测仪中有监测物体运动的仪表，当抽油机出现故障停止运行时，就能检测到抽油机已经停止运动的信息，并将信号递出去;利用油井不出液时，光杆因为干磨而发热的特点，在远程监控系统内装有温度检测仪，时时检测光杆的温度，当油井因设备或地层原因不出液时，光杆的温度就会升高，温度检测仪就会将高温信号传递给监控系统，由监控系统将发出信号;监控系统内装有检测油气泄露和抽油杆震动的仪表，当发生油气泄漏或杆、管断脱故障时，就能及时监测到并发出信号。当油井及采油设备发生故障时，监测仪中的仪表会将这些信号传递给STM32单片机，单片机对收到的不同的功能的仪表发来的开关量和变量信号进行分析，并将分析结构输出给GSM模块，GSM模块对检测的信号分析整理后，以短信的形式传递到值班人员的手机上，当班人员根据信息的提示，采取相应的措施排除油井运行过程中的故障。

2.2油井生产状态远程监控系统的实施

油井生产状态远程监控系统由盘根刺漏探测器、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。

系统线路、监测仪表及电源等电路部件安装在监测仪的壳体内，太阳能板安装在壳体外，壳体通过光杆卡子紧紧的卡在光杆上。壳体在光杆上的安装位置在抽油机下死点时，盘根刺漏探测器下平面不碰撞盘根盒上平面的位置处，当盘根发生刺漏时，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，整理出井口油气泄露的信号，并以短信的形式传递给值班人员，实现油气泄露的报警功能。

油井生产状态远程监控系统的能源：为了保障系统的能量供给和用电安全，仪表所需的电源为4.5伏的充电电池，由太阳能板提供充电，当电池的电量降到3.7伏时，就会发出电量不够的报警，值班人员就可以进行人工充电，防止了电池因亏电而损坏，在减少电池成本支出的同时，也降低了员工的工作量。

抽油机运转状况的监测。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。

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。

油井不出液的监测。抽油设备或油层发生了故障后，油油井的产液量就会下降，严重时油井不出液，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，又对抽油设备造成了损坏。油井长期不出液的另一个危害，造成抽油井的光杆与盘根盒内密封料干摩，光杆产生高温，高温导致盘根盒内密封填料损坏，油气外泄，造成污染事件。为了及时知道油井的出液情况，在监控系统内装有温度传感器，对光杆温度进行时时监测，当光杆的温度升高到一定值时，温度传感器就会将开关量发送给单片机，再以短信的方式通知值班人员，使相关人员能够及时找查出油井不出液的原因，并采取相应的措施，恢复油井的正常生产。

油井生产状态远程监控系统的工作原理;当刺漏传感器、六轴陀螺仪、可调震动传感器、溫度传感器对油井的生产及抽油机的运行情况进行时时监测，当出油井在生产过程中出现异常状况时，各仪表就会经中央处理器发出信号，经过单片机（stm32）分析后，经过GSM模块发送相应短信到值班员工的手机上。当远程监控系统出现程序混乱后，可以通过安装在系统内的磁控复位开关，使系统恢复到原始状态。监测系统为防爆设计，应用于油气生产场所。

3.应用效果及推广前景

油井生产状态远程监控系统采用了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。不但减少了岗位上的用工量，而且发现故障问题及时准确。使用一年来，发现盘根刺漏事故23次，因油井故障不出液2次，抽油机皮带断停抽5次，出现故障后，值班人员第一时间就能从手机上得到信息，而采取措施，提高了油井的产量，年创效70余万元。随着5G通讯时代的到来，本成果的应用空间更为广泛。