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油井監控系統方案
1、設計思想
1.1、充分了解和理解油田的使用需求，跟蹤國內外最先進的電子信息技術，應用在油田的生產和工作中
1.2、高集成度、微功耗設計，提高產品的可靠性、穩定性，大大縮小設備的體積
1.3、考慮到設備的維護管理和井場的作業，整個井場不布線，部件之間采用無線連接，讓生產檢修和設備維護拆裝更加方便
1.4、因地制宜，根據現場情況決定采用油井現存電源、太陽能、鋰電池供電等多種供電模式
1.5、解決以前產品在其它油田使用中遇到的所有問題，使整個系統成為更加穩定可靠、數據測量準確、使用壽命長、安裝維護簡單的系統
1.6、功能強大并考慮足夠的擴展空間
1.7、適應立式、游粱式等各類抽油機井、電泵井、自噴井、氣舉井
2、系統工作流程及結構
每口井的前端設備由多個測量傳感器和一個主機組成，各種傳感器定時采集數據后，以無線方式向主機發送數據，主機接收數據后按照通信協議將數據打包封裝，按照一定間隔周期以GPRS、CDMA等方式，向監控中心發送數據。監控中心是具有固定IP和相關軟件的計算機，后臺軟件接收到數據后，將數據按照各種計算公式或者算法解析成可讀數據或繪制圖表，并保存在數據庫里，對于某些信息，可以發送到指定的手機上。用戶通過瀏覽器訪問服務器的IP和端口號來讀取查詢數據，以及向油井現場終端發出指令，現有的指令有控制抽油機的啟停、遠程調速、修改數據發送的時間間隔。
3、主要設備介紹
3.1、抽油機監控主機(LDRTU-100)
該設備通過無線或者有線的方式連接載荷位移傳感器、電流電壓傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器，數據一方面打包處理后上傳到上位機，另一方面也可以在本機顯示。通過該主機對本系統以及各傳感器的參數進行設置。
技術指標如下：
(1)
可以無線采集示功圖
沖次范圍1-12沖分（高沖次可以單獨選定）
位移量程：不受限制、
載荷量程：3T、5T、10T、12T、15T、25T（需根據抽油機機型選配）
(2)可以無線采集6路模擬量(分辨率4095)，也可直接采集壓力數據（需配套相應的無線數傳壓力計））
(3)可以無線采集4路開關（曲柄銷子）報警量
(4)可以無線采集一路電磁流量的瞬時值及累計值（目前支持浙江蒼南流量計或天信流量計，其他需特殊提出）
(5)可以無線采集一路翻斗流量計或其他計數脈沖計數
(6)可以有線采集電參量瞬時值（三相電壓、三相電流、三相功率、總功率、功率因數、有功電度）
(7) 可以與示功圖同步采集總功率、無功功率、功率因數曲線
(8)可以與示功圖同步采集3相電流曲線（144點）
(9)可以采集一個機器周期的壓力曲線（模擬量1，與示功圖不同步）
(10)可以提供5個繼電器無源觸點輸出，可作啟井、停井、聲光報警、故障停機、兩級調速之用
(11)可以存儲500井次（示功圖、總功率、電流、壓力曲線）的數據，當數據存滿后則頂替最早的數據
(12)小無線傳輸距離：空曠地不低于50米
(13)具有標準RS232或RS485接口
(14)使用溫度范圍：+50℃至-20℃，當在高寒地區使用時應該加裝溫度控制器
(15)工作模式可設為依次輪詢或各采集模塊主動上報模式，當被測參量多時建議采用各采集模塊主動上報模式
3.2、示功單元
將載荷和位移傳感器集成在一起，用加速度傳感器測位移，用電池供電，一節電池可以用2年以
內置大容量存儲器，數據自動記錄，支持歷史數據檢索
通訊協議完善，組態軟件支持，用戶免開發板載傳輸模塊，方便用戶選擇組網方式
提供用戶設置軟件，開放式接口，方便與組態軟件及其它軟件連接
工業級設計，穩定可靠，堅固耐用上。該單元安裝在方卡子和懸繩器之間，采集到載荷、位移、沖程、沖次、工作時率等參數后，以無線方式和RTU通信。量程可以選擇，最大量程250KN。
該設備必須和監控主機一起使用，采集的數據在主機上顯示。
3.3、電泵井、自噴井、氣舉井主機（RTU-1000）
該單元通過有線或者無線的方式連接電流電壓變送器、壓力傳感器、溫度傳感器等，將采集到的數據打包后通過GPRS發送出去。
基本功能及特點
配備多種接口資源，包括模擬信號采集、開關量輸入、輸出，脈沖信號輸入等
方式的用戶數據接口，可接入PLC各種設備
采集傳輸控制一體化，提高了系統可靠性，降低了成本
采用工業級超低功耗高性能的嵌入式處理器
用戶可以編程的量程轉換和報警上下限設定
內設工業時鐘，精確計時
自動定時上報和事件觸發上報功能
內置大容量存儲器，數據自動記錄，支持歷史數據檢索
通訊協議完善，組態軟件支持，用戶免開發板載傳輸模塊，方便用戶選擇組網方式
提供用戶設置軟件，開放式接口，方便與組太軟件及其它軟件連接
工業級設計，穩定可靠，堅固耐用
技術指標 |
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3.4、無線壓力傳感器
微功耗無線壓力變送器；低功耗微處理器與工業級GPRS模塊。電源為一次性電池。可靠持久；微功耗編程技術，使設備處于低功耗狀態。精確電源管理技術，關閉不用的模塊以節能；可以實時監測電池電量自動報警。
傳感器可以和通信，經過RTU上報數據，也可以直接上報數據。具有自動測量、自動上報、自動存儲等功能。
3.5、無線溫度傳感器
本產品采用了進口芯片，具備了傳統模擬溫度變送器和許多數字溫度變送器所不具備的許多先進性能。對輸入信號中的高、低頻干擾信號提供了硬件和軟件上的抑制和處理。即使在大功率變頻控制系統中也能保持可靠的性能。儀表借助進口芯片的強大功能對信號進行數字化自動 / 手動調校，無需借助外部的零點和滿度電位器，自動動態的校準零點。同時可對信號進行自動補償。本系列產品可通過無線射頻技術連接到幾百米外的手持終端上，可遠程觀測輸入、輸出值。
無線射頻技術的強大的遠傳功能和溫度變送器優異的硬件電氣性能為產品的穩定性和可靠性提供了堅實的保證。并使該產品的整體性能領先國際先進水平。
產品特性：
讀書精度0.5度，誤差+/--0.5度
提供工業用不銹鋼外殼和民用外殼
變送器輸出標準，0~5V，1-5V信號，輸出誤差0.1%
3.6、電流電壓頻率變送單元9033C）
4、實現的和可擴充的功能
4.1抽油機井功圖、連續功圖、疊加功圖繪制、電流圖繪制、套壓、回壓、溫度、三相電流、測量，每隔30分鐘采集一次數據，功圖和電流圖每個沖程采集144個點，其它每30分鐘采集一個點；電泵井電流、電壓、油壓、頻率、套壓、回壓、溫度每分鐘采集一個點，每30分鐘發送一次，繪制最新數據曲線、周曲線；自噴井油壓、套壓、回壓、溫度每分鐘采集一個點，每30分鐘發送一次，繪制最新數據曲線、周曲線；所有類型油井的井口水套爐按每分鐘采集一個點，30分鐘發送一次數據，繪制最新曲線和周曲線。
4.2 根據實際情況來設置報警條件，對于超出范圍的數據自動保存到數據庫，具備查詢功能，對于重要的報警，發送到指定的手機。
4.3數據查詢功能，對于歷史數據可以方便地查詢
4.4立即查詢功能，對于需要及時知道的數據，發送指令可以立即取回
4.5報表自動生成功能，可以更加選擇的日期，自動生成當日所有油井的測量數據的EXCEL文件
4.6可擴充功能：
4.6.1對于抽油機井自動計算單井的日產量和液面
4.6.2控制采油設備的啟停機
4.6.3遠程拍照，照片發到手機或郵箱
4.6.4井區非法闖入報警
4.6.5提供需要的各種報表
5、安裝調試
5.1抽油機主機安裝：
根據油田的情況，主機可以安裝在電控柜里，也可以重新加工一個大小合適的不銹鋼機箱。
如果另外配備機箱，在機箱內安裝LDRTU-100主機、接線排和電源開關，機箱的固定視現場情況而定，一般用膨脹螺絲固定在電控柜旁的水泥基座上，電源從電控柜的空氣開關上面一排接線槽接至主機，EDA9033的數據線和電源線一道通過軟穿線管連接到機箱
5.2載荷傳感器安裝：
先卸載，在方卡子和懸繩器之間卡入或者套入載荷傳感器，再用方卡子壓緊載荷傳感器，再加載
5.3壓力傳感器安裝：
先關閉閥門，裝上三通，再將壓力傳感器和原來的壓力表擰上，如果原來沒有壓力表，可直接將傳感器擰上，然后打開閥門
5.4溫度傳感器的安裝：
溫度傳感器需根據現場條件進行設計，一般需要在油管上安裝盲管
5.5電泵井主機安裝：
電泵井主機放在電泵室，EDA9033放在電控柜里，電源線和數據線接到主機上
5.6自噴井主機安裝：
自噴井主機由于全是無線傳感器，耗電很小，內置干電池足以使用2年，做一個小鋁合金箱，固定在附件的合適的顯眼的地方
5.7注意事項
5.7.1按照油田的工作、安全要求施工
5.7.2涉及到油田設備的操作由油田工作人員來執行
6、監控中心
監控中心需要服務器一臺、WINDOWS 2003、SQL SERVER 2000、防火墻軟件，需要固定的公網IP和端口號，如果沒有固定IP，在移動通信公司辦理VPN專網，每一張SIM卡有一個固定IP，在監控中心安裝一個接收裝置，這個接收裝置有一張SIM卡，其它SIM卡指定向這張SIM卡發送數據，前端的SIM卡是每月10M流量，每月向移動公司交10元，監控中心的SIM卡不限流量，每月向移動公司交200元，這張SIM卡的帶寬足以接收上萬口油井的數據。接收裝置通過RS232口和服務器連接。
對于油井的一些必要的基本參數，可以從別的機器讀入，需要提供進入該機器的接口。
監控中心所需要的所有系統軟件，采用油田現有軟件，不需另行購買，服務器硬件需要兩塊網卡、兩個磁盤同時運行作為相互備份，內存大于2G，硬盤300G。
7、系統設備管理和維護
設備的管理和維護是影響這套系統使用效果的重要因素之一，既然安裝了本系統，就得使用好，達到預期的效果。盡管本系統是按照免維護的要求設計的，仍然需要專門的負責人來進行下列維護工作。
系統管理人員職責：
1確保服務器、網絡、系統的正常運行，解決其他工作人員在使用過程中遇到的問題。安排現場設備維護人員進行維護工作。
2每天查看數據更新，對于沒有數據更新的油井或某參數，分析是被監控設備問題還是監控設備問題，通知廠家維護人員或者現場設備維護人員去現場處理。
3每次作業拆裝設備，每個部件都要妥善保管，做好跟蹤記錄，將相關信息在監控網站上更新。
4和移動通信公司溝通、按時交費。
5如果無法訪問監控網站、及時通知我公司。
6 各種報表的生成、下載、打印等工作。
7采用電池供電的自噴井主機和壓力溫度傳感器需要2年更換一次電池。
8所有傳感器需要2年標定一次，在換電池時取下傳感器到指定單位進行標定。
9配合我公司的安裝調試工作。
現場設備管理人員職責：
1在系統管理人員的安排下進行現場維護。
2作業時拆裝設備，放到指定地點，妥善保管。
3如出現網上看不到數據的情況，需要和系統管理人員配合，做適當處理。
4采用電池供電的自噴井主機和壓力溫度傳感器需要2年更換一次電池。
5如有必要，對機箱、太陽能電池板等設備部件清潔。
6所有傳感器需要2年標定一次，在換電池時取下傳感器到指定單位進行標定。
7配合我公司的安裝調試工作。
8現場操作時最好有2人在場。
8、本系統的優勢
8.1低功耗電路設計讓設備健康長壽
油井監控設備安裝在環境惡劣的野外，設備的穩定性和可靠性是油井監控應用成敗的關鍵，如果監控設備本身故障頻繁，不僅不能很好地實現監控，反而會給工作帶來負擔和麻煩，浪費人力、物力、財力，監控設備的微功耗設計是提高產品質量的有效方法。
電路按照微功耗設計，選擇微功耗的器件，器件只在很短的喚醒時間內工作，大部分時間處于休眠狀態，這樣的設計可以使設備使用電池供電，大大提高了產品的可靠性和使用壽命，也很好地解決了氣舉井、自噴井井場沒有電源的問題。
8.2井場不需布線讓安裝維護更方便
油井井場的監控參數一般有功圖、三相電流電壓、油壓、套壓、回壓、溫度，有的還有水套爐的壓力和溫度，水套爐離井口還有一定距離。在傳統的油井監控系統中使用有線傳感器連接，這樣會導致安裝施工麻煩，影響美觀，時間長了電線老化，故障難以處理，而且容易將雷電等引向主機，影響主機的穩定性。將所有的傳感器以無線短傳的方式和監控主機通信，可以很好地解決這些問題
壓力傳感器、溫度傳感器、載荷傳感器采用微功耗設計，電池供電，一節電池可以用到2-5年，電池在傳感器標定時更換即可
示功圖的獲取需要獲取光桿上的載荷和位移數據，很多廠家是采用在抽油機支架的支點處安裝角位移傳感器，在方卡子和懸繩器之間的光桿上安裝載荷傳感器，用信號線將角位移和載荷傳感器連接，這樣由于驢頭的不斷運動，風沙等自然條件的影響，可靠性難以得到保障，采用加速度傳感器測量載荷在一個沖程內對應的位移，計算出一個功圖數據后將數據以無線方式發送到監控主機，設備采用微功耗設計、電池供電，所有設備集成在一個小盒內，跟著驢頭上下運動。
8.3算出來的動液面
功圖和動液面是油井測量的兩個重要指標，功圖的測量可以通過載荷位移傳感器來獲取，環空動液面都是使用回聲儀測試的，發聲介質使用無彈頭火藥子彈或氮氣瓶聲彈。測試方法是人工定期進行操作，使用的設備比較危險、笨重，而且也很難長時間連續測試，獲取動液面有沒有更好的辦法呢？通過功圖、功率等方法可以估算出動液面。
對于抽油機而言，安裝在光桿上的示功儀就像一桿秤，在不停地稱作用在光桿上的力，抽油機在運動過程中受到的力很多，而且很不規則，如果抽油機在運動過程中停下來，在剛停下的一段時間，作用在光桿上的力是基本固定的，在上沖程，作用在示功儀上的力有抽油桿在空氣中的重力、動液面以上液柱的重力、油壓和套壓之差對柱塞面積形成的力，在下沖程，作用在示功儀上的力主要就是抽油桿在油中的重量，通過對這些力的計算以及一些經驗值，可以比較準確地計算出動液面。對于電潛泵井，可以根據測量的電機功率來反應動液面。
9、效益評估
9.1增加原油產量的計算方法
縮短了采油設備的故障時間就相當于增加了原油產量，未裝監控之前，工作人員不到現場很難知道設備停機或者故障，安裝監控后可以及時知道，由于及時采取措施而導致設備加快恢復生產的時間而增加的產量可以估算出來。如：以前每口井平均每年故障停井20天，安裝監控系統后縮短到10天，按每天10噸原油產量計算，相當于增加100噸原油，約增加30萬產值。通過這套系統還可以及時發現偷盜、破壞采油設備的情況。
9.2讓油井工作在最佳狀態
通過對采集到的數據的分析，工作人員不僅可以了解油井的歷史、當前的情況，而且可以分析油井近期的情況，可以更加分析判斷，對油井適時作業，讓油井工作在最佳狀態，從而減少設備磨損、降低耗電、增加產量。
9.3減少巡井費用和工作人員的勞動強度
安裝這套系統后，人工巡井的次數可以大大減少，從而可以減少巡井費用。同時工作人員的勞動強度大大降低，在風沙、酷熱、嚴寒的天氣可以不去巡井。
9.4管理人員的工作效率可以大大提高
原來需要人工做的報表，現在點擊鼠標即可生成，而且數據沒有有意無意的差錯，同時也減少了辦公設備材料的損耗。通過采集到的數據做出科學分析，可以遠程啟停采油設備來更加合理地采油，節約用電和提高采油效率。
9.5提高企業競爭力
隨著電子通信技術的發展，油井監控系統的穩定性和可靠性大大增強，油井遠程監控由于它的優越性，必將成為可以依賴的、必不可少的自動化信息化手段，目前國內國外個油田都在大力發展。使用新技術來提高工作效率也是“科學發展觀”的要求
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