油田电泵井节能监控系统的设计

摘要：简单介绍了电泵井系统的现状，针对本节能监控系统的总体要求和技术指标，给出油田电泵井节能监控系统的设计方案。对提高采油厂的自动化管理与控制水平、经济效益、产品质量有重要意义。 关键词：传感器 GPRS 电泵井节能监控系统 随着油田的发展及工业自动化水平的提高，出现了一种服务于油田采油的新技术，即利用现代数据采集技术开发的EDA90系列模块和由计算机组成的系统对采油设备、采油数据的远距离监控与采集。 电泵井是油田保证原油高产稳产的重要设施，电泵井能否发挥重要作用，对油田完成原油产量起到至关重要的作用。目前大多由人工每日定时检查设备运行情况并测量、统计采油数据。由于油井数量多且分布范围由几十至上百平方公里，这种方式必然使工人劳动强度加重，且影响了设备监控与采油数据的实时性和准确性。所以油场的自动化、信息化就显得极为突出。 本文讨论的系统基于下述观点，即目前的以计算机、GPRS无线数传电台为基础的油田监测和操作系统可大大提高油田生产效率，降低综合成本，实现油田生产、管理和自动化、信息化。为了达到这个目标，必须开发一个可靠的以微型计算机技术、现代通信技术为基础的油田监测和操作系统，开发新而廉价的油田作业监测方法，开发易为用户存取的数据库和记录系统。 1 系统总体要求 本系统的目的是实现电泵的综合系统优化。主要对井口参数的数量实时检测，及时发现电泵井运行故障，并快速排除，缩短油井故障处理时间，提高开井时率，提高原油产量；实现电泵井的变频闭环调节，合理匹配抽吸参数，提高系统效率；实现电泵井功率因素智能补偿，提高功率因数，降低能耗。 （1）检测及远传 系统中的电泵井SU（Supervisor Unit,监控单元）设备主要实现电压、电流、功率、功率因数、电量、频率、井口回压、井口温度等参数的测量并实现远程自动传输。 井口控制器具有有功功率、无功功率、功率因数、日用电量等参数的计算功能。 对电泵井停机、电压过大或欠压、电流过流或欠载、井口回压过高或过低等异常情况监测报警。 （2）节能及优化调节 建立采油厂电泵井系统综合整体优化信息平台，全面系统地对全厂电泵井系统进行节能优化与远程监控。 （2）提高管理水平 本系统以实现电泵井系统参数的现场数据采集、自动高效优化运算、节能降耗、远程自动监控为目的。集参数的监测、优化、自动调节、报警、记录、报表打印、运行保护及运行设置于一体，准确、快速、高效、方便地实现电泵的自动化管理，提高采油厂电泵的管理水平。 2 系统设计 2．1 设计原则 系统设计遵循“先进性、实用性、可靠性”的基本原则，采用集散型二级网络优化结构设计，以高起点技术为标准，以方便操作、可靠运行为实施根本，并按照以下原则设计与选型。 （1）系统中心站采用高性能高可靠性的服务器、工作站及其配套设备。 （2）通讯方式采用先进的GPRS通讯方式。只要在GPRS能够覆盖到的地方，就能够确保系统通讯正常。 （3）系统采取可靠性设计，以硬件冗余及软件容错方式实现系统高可靠设计，并采用硬件看门狗技术，确保系统安全运行。 （4）系统采用模块化结构，为以后的功能改变设置预留接口。 （5）硬件系统采用全光电隔离措施，提高系统抗干扰性能。 2．2 通信方式 系统采用GPRS数据通讯方式。GPRS是一种新兴的通讯方式，隶属中国移动通信公司，具有实时在线、按量计费、高效传输等特点。它利用移动公司的网络进行数据传输，因而其可靠性及抗干扰性非常高，局限性是按数据的流量要向网络运营商交费，在数据量不是很大的情况下，费用相对较低。 2．3 系统组成 中心监控计算机是一种稳定、可靠的计算机，通常放置在一个符号国家电子制造联合会要求的保护性箱体内，配有一个断电后可供电达8小时的不间断电源。 中心监控计算机系统的主要功能是监测油田作业，将每口井的数据以便于存取的方式存储起来，能使用户通过GPRS数据传输得到每口井的“准实时”数据，还可根据普通预测方式或单井的明确经验开发专门软件，以便对每口井的数据进行分析。这些分析工作可提供关于现有作业有效性的资源，并确定那些可能出现的问题。反过来，这些资源可用来增加生产效率和制订修井作业计划。中心作业计算机的其它功能还包括为编制修井作业计划。中心作业计算机的其它功能还包括为编制例行的月产量报表提供数据。监控终端SU功能框图如图1所示。 工作站监控计算机系统主要用于存储和显示记录的数据。数据按油井汇存并制成一定的表格，以便能快速检查油井系统的运算情况。同时，对给定油井的每个传感器的历史数据进行详细复查。由井口微型计算机确定并报告的报警条件按特定格式存储，向操作人员发出警报和认可。井队监控计算机一般将每口井的数据存储3个星期，以便操作人员进行实时存取。中心监控计算机通过常常规电话调制解调器每天从井队监控计算机那里进行几次数据检索。单井资源在计算机中要保留约30天时间。然后，将每口井的所有有关数据转换到软盘上长期存储。 依据所采集的不同参数，选择相应的传感器。包括温度、压力、流量等。 2．4 系统结构 系统组成分为数据采集、数据集中、数据应用三个层次。系统结构如图2所示。 （1）数据采集层 生产油井现场安装SU设备及相关传感器设备，是整个监控系统的数据采集及处理的现场设备。该设备周期性地采集遥测、遥信住处或接收各测控模块（SM）传往数据中心，并监控终端进行数据通讯。SU设备具有自检功能，发现设备故障，将信息即时发送到厂数据中心及队监控终端；厂数据中心定时检查通讯模块的在线情况，发现各类信息，随时接收并快速响应来自采油队监控终端的命令。具有对监控现场遥测、遥信数据的传送及实现系统的远程遥控功能。 SU设备中配置GPRS通讯模块，它与SU采集设备的数据通讯采用RS232/RS485接口，SU设备通过GPRS通讯模块将信息即时发送到队监控终端。 （2）数据集中层 每口电泵井的现场采集参数，通过功用通讯数据网（GPRS）传输到厂数据中心实时数据库。系统的数据中心设在采油厂。根据油田区分布和采油厂管理油井的分布，厂数据中心可按照采油厂的划分来设备。 （3）数据应用层 现场采集的实时数据再通过油田局域网传送到相关的基层单位，停机及报警信息优先传送到相关责任区的队监控区。 3 软件设计要求 （1）电泵井SU实现电压、电流、功率、功率因数、电量、频率、油井回压、井口温度等参数的测量并实现远程自动传输； πν电泵井SU实现电压、电流、功率、功率因数、电量、频率、油井回压、井口温度等参数的测量并实现远程自动传输； （2）井口SU设备具有电机有功功率、无功功率、功率因数、日用电量等参数的计算功能； （3）对电泵井停机、电压过压欠压、电流过流欠载、井口回压过高过低等异常情况检测报警。 （4）采油队监控机按照管理权限仅能查询本队油井的工作状态、实时数据及相关通信模块工作状态； （5）根据电泵井工况参数监测，通讯变频优化控制调节，使电泵井始终运行在高效区，达到节能降低的目的； （6）采油队通过实时数据库对生产井实施日常生产管理，为生成班报、日报、年报提供部分基础数据，为油田开发数据库提供基础数据，为厂矿企业整个油区的生产动态分析提供依据，为技术人员进行技术分析提供数据； （7）为决策层提供决策依据，为实现现场生产的远程管理与调度提供基础数据。