数字化抽油机研究与评价

贺丽

摘要：数字化智能抽油机是结合数字化油田的发展理念，適应抽油机发展趋势而形成的一种高效节能抽油机，本文介绍了数字化抽油机的结构与控制技术，并提出故障诊断技术。数字化抽油机具有数据采集和远程控制功能，真正达到无人值守、自动调节、高效节能。

关键词：数字化抽油机；故障诊断；油田数字化抽油机是指具备数据采集和远程控制功能的抽油机，是针对目前数字化建设现场施工中安装工作量大、野外施工难度大、油田现场动火、动电危险性高，设备集成度低、各施工单位安装方式不统一等问题而研制的新产品。新一代数字化抽油机能节能降耗提效，为数字化油田提供了新的发展方向。本文在介绍数字化抽油机组成和控制技术基础上，利用BP神经网络进行故障诊断研究，充分体现了数字化抽油机的高效性。

1数字化抽油机的结构组成及原理

1.1 数字化抽油机的结构组成

⑴抽油机：游梁平衡的无基础弯梁变距抽油机。

⑵数字化抽油机智能控制柜。

数据采集传输模块：实现本机与上位机的数据传输，并实现本机的逻辑运算与智能控制。

数据显示模块：实时显示抽油机的冲次和平衡度

工频：包含了原有工频控制柜的功能，具有工频启动、停止、过流、过载、缺相等保护的功能。

变频：可通过变频器的变频，调整抽油机冲次。并实现电机的软启动及多项保护功能。

工频变频相互切换：当变频器发生故障时，系统可自动切换到工频状态。

⑶一体化荷载悬绳器。

将荷载传感器嵌入到特质悬绳器中，对传感器有效保护。

⑷传感器：实现载荷与位移与电参数的实时采集与传输。

⑸平衡调节装置：包括控制系统和执行机构，具有手动和自动两个功能，根据平衡度的大小，调节平衡重的力矩，实现抽油机平衡状态的无极调节。

1.2 数字化抽油机的控制原理

数字化抽油机是在原有游梁式抽油机基础上，通过RTU设备应用实现的。在抽油机上加装远程终端单元（井口 RTU），将抽油机载荷和位移数据通过油井功图测量技术，转换为示功图，同时采集电参、运行状态及井口压力等信号，通过有线或无线方式将各井口RTU采集的信号传送致远程终端单元（井场 RTU），井场RTU将接收的信号通过压缩转换处理，使之成为网络信号，从而通过网络传输，到达相应的控制平台，从而实现远程监测，远程控制则是将控制平台下达的指令通过主RTU进行数据转换，再将数据传送至井口 RTU，通过控制电路执行操作。

2数字化抽油机的控制技术

数字化抽油机的智能控制由井口RTU控制和增压站控制组成，其结构如图1所示。

⑴通过载荷传感器，位移传感器，电流互感器等实现载荷、位移以及电参数的实时采集与传输；通过变频器改变电流频率，调节电机的转速，达到调节抽油机冲次目的，实现电机的软启动及多项保护功能；由平衡块、丝杠、电机和平衡臂组成的平衡电机，根据RTU的指令，调节平衡块的力臂来自动调节抽油机平衡，起停控制模块通过接收站控系统指令，实现抽油机远程启停。

⑵井口RTU接收传感器送来的载荷、位移、电参及抽油机启停状态数据，通过控制软件实现冲次与平衡的逻辑运算与智能控制，并通过无线通讯模将井口数据上传，实现本机与站控系统的数据传输。

⑶井场电杆上安装一个井场无线模块及一个串口联网服务器,其中井场无线模块负责与井场内的井口RTU建立通讯连接,串口联网服务器把井场无线模块的串口信号变成TCP/IP格式连接到无线网桥,通过无线网桥建立井场和增压站站控系统的通讯连接。

⑷增压站内工控机的站控系统软件完成对单井的信息采集和控制命令发送，并对功图进行分析,得出功图分析结果和产液量，提供操作界面。

3故障诊断技术

油井智能工况与故障诊断采用人工智能（BP）神经网络模型进行模式识别，利用BP神经网络培养计算能力、自学能力及联想能力，根据泵示功图确定油井故障。用泵示功图来识别油井工况的关键环节是区分不同工况对应的泵示功图几何差异的特征。找出泵示功图几何差异的步骤是首先对泵示功图预处理，将经过预处理的泵示功图进行特征提取与选择，从而取出冗余特征，然后用分类器对图像特征进行识别，判断出泵的一个或多个故障。

4结论

数字化抽油机具备强大的智能化控制和数字化传输功能，能实时优化并调节抽油机运行参数，利用BP神经网络的图像识别能力，数字化抽油机具备准确的故障诊断能力，是数字化油田的智能装备。满足油田数字化建设和油田生产运行的需要，具有良好的推广价值。