机采井节能监测数据远程采集系统应用及分析

王永存

(大庆油田技术监督中心,黑龙江 大庆 163000)

某油田公司机采井、泵类(掺水泵、热洗泵、注水泵)和加热炉等重点耗能设备的监测工作，由该公司节能技术监测评价中心负责。2021年监测各类耗能设备7 100台，其中机采井监测5 118台，占比72.08%，每年机采井的监测工作成为该监测评价中心的重中之重。由于机采井监测数量多，数据处理量大，进一步加大了技术人员的工作量。在该监测评价中心现有数据录入管理系统基础上，以机采井节能监测为试点，进一步向前端延伸，构建机采井节能监测数据远程采集系统。实现机采井监测数据的自动采集与计算评价，并采集部分现场照片，达到测试结果与分析评价的可溯源。

1 油田数据管理系统现状

目前，节能技术监测评价中心机采井节能监测每次需要2名现场操作人员，一人负责连接电能分析仪，读取机采井电参数；另一人负责现场抄录电参数及井号、设备型号等其他参数。测试完成后，交予技术管理人员录入数据管理系统并结合采油厂提供的井下参数完成计算，形成监测评价结果。测试过程中，由于现场记录主要以人工手写为主，字迹不工整造成数据录入环节识别困难等问题，所以导致无法溯源。中石油各油田多数已采用数字化油田模式，采集机采井各项参数传入数据库系统可实时分析计算。而中石油第三方节能监测机构尚未实行机采井设备自动采集与分析评价。

2 机采井节能监测数据远程采集系统

2.1 系统架构

机采井节能监测数据远程采集系统硬件主要由电能分析仪、便携式示功仪、无线路由器和手持PAD终端四部分组成；软件基于Android平台开发，内置于手持PAD终端，主要实现数据计算、分析、存储、上传等功能。

其中，电能分析仪用于测量机采井运行电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数等电参数，通过无线路由器传输至手持PAD终端。便携式示功仪用于测量抽油机载荷、位移等参数，并将测量数据通过蓝牙传输至手持PAD终端。手持PAD终端内置软件接收电能分析仪和便携式示功仪测量数据，结合录入的其他参数完成对机采井的计算评价，并通过4G网络上传至节能监测中心数据管理系统存储。机采井节能监测数据远程采集系统架构如图1所示。

2.2 硬件设备改造方案

电能分析仪、便携式示功仪不具有无线通信功能，因此为其外接无线中转器，先将设备采集到的信息通过无线中转器，借助无线网络传输给手持PAD终端。

为了实现两类设备与无线中转器的通信，分别对两类设备做不同的改造，措施如下：

1)电能分析仪无线改造。将该分析仪通过有线连接至无线路由器，设置该分析仪的IP，FTP账号密码，作为无线自组网通信的唯一指向地址。该分析仪每次测量的数据，均会存储在本地SD卡。手持PAD终端通过WLAN无线连接路由器，再通过该分析仪的预设IP和FTP账号、密码，抓取其测试数据，对数据进行解密、转换，提取有效数值，完成该分析仪的测试数据采集、传输和展示。

2)便携式示功仪无线改造。功图参数包括载荷、位移、冲程以及冲次等参数信息，功图参数测量可采用无线传输功能一体化仪表模块，将传感器、调理电路、处理电路和无线蓝牙模块集成到一块仪表内部，便于携带、安装。

采用一体化无线便携式示功仪，数据通过蓝牙传输至手持PAD终端，无需增加数据转换模块。

2.3 软件系统实现方案

该系统软件基于Android平台进行开发，架构如图2所示。主要实现数据采集、计算分析、存储、上传等功能。

该系统软件分为首页、测试、上传、公式和标准五个主页面。其中，公式和标准页面用于展示机采井系统效率计算公式和评价标准。

1)首页。该软件默认显示首页，显示根据节能监测中心数据管理系统PC端下达的当日测试计划，包括测试井的数量、井号等。

图1 机采井节能监测数据远程采集系统架构示意

图2 机采井节能监测数据远程采集系统软件架构示意

2)测试。测试页面会显示测试计划列表及当前的网络状态。测试列表具有添加功能，可临时添加测试井号，录入测试井的信息。若网络连接成功，则通过时间条件筛选，可查询历史的测试记录；若为离线状态，仅可显示当日的测试井号、各项采集数据状态。

3)上传。上传页面包括了单井基础数据录入、照片信息上传及接收硬件测试数据上传等界面功能。单井基础数据录入信息界面如图3所示。

4)计算公式。软件中计算公式依据GB/T 33653—2017《油田生产系统能耗测试和计算方法》中7.2节相关内容。

5)评价标准。机采井节能监测评价标准依据GB/T 31453—2015《油田生产系统节能监测规范》中4.1节内容评价。

图3 单井基础数据录入信息界面示意

评价过程中，抽油机井系统效率(稀油井)限定值和节能评价值为综合考虑油田储层类型、泵挂深度、井眼轨迹等影响因素后的计算值。

当基础数据、采集信息都完善时，软件自动得出各项指标计算结果和评价结果，并得出综合评价结果。其中各单项指标都合格时，判定为综合评价合格。

3 应用情况

该数据远程采集系统实施后，通过采集机采井设备运行电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等参数和抽油机光杆功率及功图；应用手持PAD终端对现场设备型号参数拍照保存，作为数据分析及溯源依据。彻底改变了以往人工抄录式的监测模式，现场测试人员只需连接仪器和现场拍照即可，节约了时间。实现了监测数据的自动采集与评价计算，大幅提高了节能监测的效率。

4 结束语

机采井节能监测数据远程采集系统的应用，实现了对机采井监测数据的采集、计算、评价等功能；通过无线网传输至生产管理中心数据库，实现了对机采井的实时监控。对于偏远地区现场信号不理想时，可采用将采集数据临时储存在手持PAD终端方式，网络信号恢复正常后再统一上传至数据库，大幅提高了数据传输效率，避免因网络信号差而导致的数据传输问题。