油田抽油机数据采集实时监控系统研究

董云峰

摘 要：油田抽油机的控制质量直接影响着油田的工作质量，为此，必须重视对油因抽油机的控制。文章简单介绍了油田抽油机数据采集实时监控系统的功能及运行技术，尝试利用Atmega16-MI微控制器当作主机，以具高精度的传感器来检测抽油机的各类参数，并将检测结果显示于现场液晶屏上，从而实现油田抽油机的数据采集实时监控系统的软硬件设计，以有效采集作业现场数据，并对现场进行实时监控，加强对油田抽油机的质量控制，从而保证油田的工作质量。

关键词：抽油机；数据采集；实时监控

对于油田的生产管理而言，在进行石油开采的过程当中，有效管理抽油机井至关重要。我国油田抽油井的分布范围较广且相对分散，多数抽油井地处偏僻地区，管理难度较大。而为油井管理服务的大部分生产数据却多是依靠人工采集，这不但加大了抽油机数据采集的人力、物力成本，而且因人工采集多依靠工作人员自身经验，现场基本无测量设备，人工判断存在较大误差，不利及时发现抽油机故障，致油田无法顺利进行生产，给油田企业带来巨大的经济损失[l]。

1 系统功能及运行技术

1.1 系统功能

系统采取的是集散式控制结构，需采集抽油机的各项参数，如载荷、电压、电流、示功图等，并对其实施分析和处理，再经GPRS通信将所采集的各类现场数据传输至总站，在总站利用PC机进行分析，若油井工作发生异常则会产生自动报警信息，且此信息会自动传输至相关管理人员的移动终端当中，以及时处理并防范相关油井事故。现场可将电流电压值、示功图、报警信息及相应的时间和日期等均显示于采集终端的显示屏上，以便于工作人员及时掌握抽油机的工作状况[2]。

1.2 系统运行技术

在对油田抽油机数据采集实时监控系统进行考察时，要特别关注系统的控制结构，使系统在满足集散式功能需求的基础上能进一步优化控制结构。系统操作时，应依传感装置对于精度要求较高的需求，分析传感器质量，以提高系统对敏感器件的关注度，从而提高抽油机质量控制性能。依抽油机装置荷载不同，深入研究抽油机所配备的电机，以有效控制电机电流。相关操作人员应高度重视冲程，合理调节系统运行流程，以不断完善系统示功图，从而提高系统运行质量。实施系统处理前，应分析相应技术，调查相关处理流程，使通信系统能利用运行模块来处理相关工作数据。此外，还要加强关注系统总站和报警信息，加强系统信息处理能力，一方面为系统的运行提供硬件保障，另一方面可及时、规范地处理各类系统信息，从而提高油田抽油机数据采集实时监控系统的工作质量。

2 系统的软硬件设计

本案所设计的油田抽油机数据采集实时监控系统是以Atmega16-16MI作为主机，其是一种低功耗微控制器，结构为AVR RISC结构，拥有诸多先进指令集及单时钟周期指令执行时间，数据吞传输功率达1 MIPS/MHz，有效解决了系统功耗及处理速度间的矛盾。

2.1 系统的硬件设计

系统的硬件部分由传感器和信号处理、A/D转换、时钟校准、显示器、I/O扩展、GPRS通信、无线数据传输、报警器和电机控制等构成[3]。

2.1.1 传感器的选取

现油田抽油机数据采集实时监控系统应用的传感器有很多种，包括负荷传感器、角位移传感器、流量传感器等。以往对位移和载荷进行测量主要采取的方式是利用配电柜中的测量模块和滑动变阻器或是角位移模块进行测量，但其安装困难、工艺复杂且存在一定安全隐患，为此，在对系统进行设计时，务必要选取适当的传感器。本系统所选择的传感器为无线传输载荷位移一体化传感器，将其安装于抽油杆的平衡铁上，经测量抽油杆的加速度，再行二次积分即可分析出原理测量位移；另，可利用433 MHz无线通信将信号传输至无线模块，经无线模块的RS232接口，可将信号转换为示功图，并将其传输至GPRS模块，从而让总站了解抽油机作业现场的相关数据，对现场实施远程监控。在电机的主回路上安装霍尔电流传感器，可通过采集定子线圈的电流输入信号从而了解电机的运行状况，并可检测保护缺相。储油罐的流量计可选择LC型椭圆齿轮流量计对液体黏度进行测量，并对矩形波进行输出。

2.1.2 A/D和时钟电路设计

A/D转换器芯片为8路输入的ADC0809，可将传感器所生成信息转化为数字信号。系统利用X1205以提供时间基准，通过检测和记录抽油机各类参数，同时还会保存相关时间信息，以供用户分析相应数据，从而采取有效解决措施。

2.1.3 显示电路及I/O扩展设计

系统显示屏为MZL02-12864液晶显示屏，其包含22个指令控制字，输入控制字即可对显示屏的初始条件及运行条件进行相应设置，从而控制显示屏的运行状态和模式。I/O扩展功能所使用的是8255A芯片。

2.1.4 GPRS通信设计

GPRS通信可采取MD-609G，其拥有众多数据接口，如RS232，RS485，RS422，TTL等，其可与现场的数据采集设备相互连接，并且可自行设置数据接口的波特率，支持串口硬流控，也可采取标准TCP/IP协议。

2.1.5 无线传输设计

无线传输模块的主要功用是接收源于传感器所传输过来的数据，在此可选择PTR2000无线数传Modem模块，其所使用的FSK调制/解调器具强抗干扰能力、高灵敏度、低发射功率，传输距离可达1 km，可很好地满足无线管制需求。

2.2 系统的软件设计

2.2.1 现场数据采集系统软件设计

油田抽油机数据采集实时监控系统中的现场数据采集子系统的功能主要是将现场所采集的数据经MD609G模块传输至监控中心，并将所采集的各类参数信息显示于现场的显示屏上，包括电流、电压、示功图、报警信息、时间和日期等。此外，系统还要与监控中心相互连接，以接收相关指令并作出反映，如控制抽油机开关机、报警、远程复位等。为此，現场数据采集子系统的软件设计首先应重置各类系统参数，如入口地址、工作区单元、时钟、显示屏、串口等，其中串口的初始化还需设置通信格式。初始化完成后中，即定期将现场数据传输至监控中心，若连续发送3 min以上均未成功，即应重新再次发送；若参数超出允许范围系统即会自动报警，系统会自动将此参数及报警信息均传输至监控中心，以供监控中心工作人员参考，在进行分析后会再次给予现场相关控制命令，现场执行相应命令即可对系统相关状态进行有效控制。

2.2.2 实时监控中心软件设计

油因抽油机数据采集实时监控系统中的实时监控中心的职责在于接收、处理、存储所上传的数据，显示各类数据状态，若出现异常，即发出报警，并将各类信息经网络传输至各相关部门。系统实时监控中心软件可采取LabVIEW及Matlab进行混合编程，系统利用LabVIEW可用于设计用户图形界面，以采集相关数据，同时兼具网络通信功能，再结合Matlab算法，还可绘制并识别示功图。整个系统的计算能力较强，且可有效实现图形与编程间的转化。

3 系统数据采集

油田抽油机数据采集实时监控系统的数据采集主要包括3方面：（1）電参数采集。因油井负荷和电压等级不同，所应用的互感器也有所不同，因此，在采集电参数时，应选择恰当的互感器，以有效采集油井电压和电流参数。数据的读取可利用通信模块实现，利用GPRS网络，还可将数据传输至总站主机，以供后台进行分析处理。（2）示功图采集。在抽油机光杆处所安装的载荷位移传感器可对其载荷和位移进行测量，并生成4～20 mA电流信号，在进行数模转换后即可以数字信息形式存储于数据采集芯片当中，经通信模块可读取所存储的信息，再经GPRS网络，即可将所获取的信息传输至总站主机后进行分析和处理。（3）原油流量采集。系统主要采取触发式方式来采集原油流量，即在抽油阀门或是排水阀启动后，即可开始采集原油流量及排水量。

4 结语

总而言之，抽油机数据采集实时监控系统的建立为油田开采质量提供了重要保障，本文在深入分析系统功能的前提下，对系统软硬件部件进行了全面分析和研究，并进行了相应设计，以实现抽油机的数据采集及对现场进行实时监控的需求。相比于现下使用相对广泛的RTU组态方案，本案所设计系统的利用率较高，研发成本较低，后期维护便利，具较高应用价值，且有着广阔的市场发展前景。

[参考文献]

[1]胡知杨.油田抽油机数据采集实时监控系统[J].化工管理，2016 （8）：245

[2]巫从亮，赵紫汐，孙雅然.监控及数据采集系统在抽油机管理中的运用探讨[J].中国石油石化，2017（4）：111-112.

[3]陈鸿龙，涂玲，孙良，等基于无线传感器网络的抽油机监控实验平台[J]实验技术与管理，2014（9）：95-97