采油井场工况监控系统-四化

地面功图转化成井下泵功图、找
出泵柱塞有效冲程 Se 求日产量。
Qt = 1440
p 2 Dp SN 4
Se
Q ——日产液量，m3/d； DP——泵径，mm； N ——冲次r/min； Se——柱塞有效冲程。 K ——产量校准系数。
主讲：王克华
二、功图检测过程(游梁抽油机）
位移传感器：将光杆位移转换为 数字信号发送给RTU。 死点位置发送器：光杆经过下死 点位置时接通，给负荷传感器一 开始信号，用来判断起始点位置 ，并测量冲程周期T（用于计算 T/200时间间隔所对应的位移。 负荷传感器：从下死点开始每隔 T/200秒采集一次光杆负荷，通过 无线通讯发送数据给RTU 远程测控单元（RTU）：接收存储光杆 载荷、位移数据，并通过有线/无线网 络上传到指挥中心功图服务器上。 电参数采集器：连续采集电机电 压电流，计算功率电能。通过串 口RS232通讯发送数据给RTU。
3、角位移传感器安装
①安装底板：底板对中、赵水平后焊接到抽油机中轴上方的游梁上。
（底板、传感器外壳和游梁长边夹角误差≤5度）。 ②安装传感器：将传感器安装到底板上，用螺丝固定紧（在固定紧前确认水平）。
③接线（有线式）：打开传感器前盖，接好24V+、24V- 、 mA 三条线，紧固密封前盖。 ④安装后通电测试角位移传感器，倾角变大、输出电流增加，用万用表电流档测传感器
主讲：王克华
二、功图检测过程（滚筒抽油机）
位移传感器：将光杆位移转换为 数字信号发送给RTU。 死点位置发送器：光杆经过下死 点位置时接通，给负荷传感器一 开始信号，用来判断起始点位置 ，并测量冲程周期T（用于计算 T/200时间间隔所对应的位移。 负荷传感器：从下死点开始每隔 T/200秒采集一次光杆负荷，通过 无线通讯发送数据给RTU
8. 通过对井场增压泵撬块 温度压力及电机电参数 的自动测量，实现流量 远程调控，连锁报警、 远程停机等功能。 8
人工调节排量 流量自控，远程停机
主讲：王克华
二、系统组成
主要由井场数据采集系统（现场）、数据通讯系统（管理区）和计量分 析系统（生产指挥中心）三部分组成。 井场数据采集系统由、无线载荷-位移传感器、无线温度-压力变送器、 电参采集器、高清摄像球机、扬声器、红外双鉴、通讯控制箱、无线网 桥/光纤)通讯组成。
在抽油机游梁中轴处安装一块磁钢，支架上固
定霍尔开关。当达到下死点时，霍尔开关与磁 钢的距离达到最小、磁感应强度最大，此时调 整霍尔开关位置，使恰好达到触发闭合、输出
导通信号，表示到达下死点位置。
冲 程 S 周 期 T T/200 ↓ S/200
霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命等 特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以 能在各类恶劣环境下可靠的工作。
1. 通常工作在测量数据显示方式下，各种实时测量值如电压、电流、功率以及故障 保护界面等参数会显示在屏幕上。 2. 显示方式1——自动循环显示：显示界面上循环显示各测量参数，无需人工翻阅； 显示方式2——人工翻页显示：固定显示默认参数，按“▲”键翻看，手动翻屏。 3. 正常操作情况下，严格禁止修改参数，如确需修改参数时，需要有修改权限的技 术人员进行修改。
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主讲：王克华 教授
TEL：0546—8552062
EMEL：wangkehua725.slyt@sinopec.com
第1部分 一、 功能特点
井场工况监控系统功能、特点及组成
通过抽油井载荷功图、电参数、温度压力测量及井场视频传输，实现油井 的远程实时监控及单井产液量计量: 1. 可以在控制中心实现油 1
主讲：王克华
2、无线位移传感器
Y
α
由角位移传感器得到游梁倾角α后，可求的光杆位移 y=xα 。 判断倾角 α 最小处为下死点。 角位移测量模块采MEMS微型角度传感器以及数字化信号调理电路。通 过对游梁角位移的测量实现了光杆位移的实时监测，同步测量载荷即可 得到光杆示功图。
主讲：王克华
油井工况、功图监测
主讲：王克华
春风排601-20示范区典型标准井场
温度压力
高清球机
通讯箱
补光灯
采注一体化阀组
位移
载荷
RTU电参
热注井口
温度压力
视频监控
油井工况、功图监测
主讲：王克华
第2部分
油井工况监控系统维护与管理
一、抽油机功图计量原理
抽油机井载荷功图：光杆载荷 F
随位移 L 的变化一个冲程画出 的 F-L 关系图。 功图量油原理：利用专用软件将
⑥检查、紧固挂在悬绳上的保险螺栓。为防止悬绳器偏载挤飞伤人。
主讲：王克华
四、光杆冲程检测（游梁抽油机）
1、死点位置发送器
用于测量抽油机游梁-光杆下死点位置，并根
据光杆一个冲程周期 T 间接测量光杆位移。 位置信号发送器一般采用非接触接近开关及信 号发射电路实现有线、无线位置的测量。 常用接近开关为霍尔开关。
主讲：王克华
三、光杆载荷检测
1、认识
1) 天线保护套；2) 天线；3) ZigBee通讯接口；4) 数据采集与传输板；
5)电池；6) 载荷弹性体触点；7) 防脱螺栓；8) 电路板盒；9) 内六角螺栓
主讲：王克华
2、特点与配置 功能：定时测量油井一个冲程内的光杆载荷值、冲程值，进而得到油井 的示功图。采集完成“一个冲程”内的载荷数据后，将“一个冲程”内的载 荷数据、电池电压及报警状态数据发送至RTU。 供电方式: 内部电池供电。通讯方式：无线ZigBee通讯。 安装：传感器采用U型开口式设计，直接插入光杆，防脱螺栓安全保护。 安装时保证传感器位于水平位置。 配置：传感器在安装前需要按照井号对其进行通信信道和通信网络号的 配置。 唤醒 ：为降低功耗，负荷传感器通常处于休眠状态，其内部的无线超短 波唤醒单元一直处于工作状态，等待RTU发送唤醒信号，传感器被唤醒后立即 打开ZigBee通讯接口接收RTU指令,开始采集负荷数据。 报警上传：当电池电压过低及传感器故障时，负荷传感器会从休眠状态 进入工作状态并打开ZigBee通讯接口，然后发送报警状态信息至RTU。
电参数采集器：连续采集电机电 压电流，计算功率电能。通过串 口RS232通讯发送数据给RTU。
远程测控单元（RTU）：接收存储光杆载荷、位移数据，并通过有线/无线网络上传到 指挥中心功图服务器上。
主讲：王克华
光杆位移—载荷数据通过RTU上传到生产指挥中心，通过分析绘制载荷 功图，并根据计算软件，计算出单井产液量。
8/5/2014
主讲：王克华
3、指示与读数
运行：运行状态正常时灯亮。 故障：故障状态时灯亮。 通讯：与 RTU 通讯时灯亮。 电压：灯亮表示显示器显示的参数为电压。 电流：灯亮表示显示器显示的参数为电流。 有功：灯亮表示显示器显示的参数为有功功率。 无功：灯亮表示显示器显示的参数为无功功率。 功因：灯亮表示显示器显示的参数为功率因数。 电能：灯亮表示显示器显示的参数为电能。 ∑：灯亮表示显示器显示的参数为累加值。 尖：灯亮表示显示器显示的参数为峰值参数。 平：灯亮表示显示器显示的参数为平时参数。 峰：灯亮表示显示器显示的参数为峰时段参数。 谷：灯亮表示显示器显示的参数为谷时段参数。
两个凸出受力点与悬绳中心冲齐，防止偏载。 ⑥传感器向上安装。为防止悬绳器偏载挤飞伤人，将保险链挂在悬绳上。 ⑦检查RTU与载荷传感器的通讯情况（ZigBee通讯指示灯闪烁） ⑧ 按规范拆装，严禁硬砸拆卸，严禁摔碰，轻拿轻放，保护后端塑料天线护盖。 ⑨请确保传感器安装前后悬绳器-光杆相对位置不变，保持油井防冲距。 ⑩现场修井作业时必须由维修人员现场监督。
8/5/2014
主讲：王克华
5、RTU维护保养
①检查RTU机柜外观是否完好。 ②检查RTU机柜门是否锁紧。 ③检查RTU各指示灯知识是否正常。 ④根据维保计划进行现场维护，用“皮老虎”吹扫灰尘，紧固各接线端子。
⑤有问题时配合指挥中心检查RTU工作是否正常。
主讲：王克华
六、抽油机电参数采集
1、组成
5、维护保养
①必须按规定定期标定（规定每6个月标定一次），并做好标定记录和检定合格资料。
②根据维保计划定期维护，清理油污，紧固锁销，紧固各插销螺栓（建议每3月一次）。 ③校正传感器的安装位置，保证受力均衡。 ④根据工作时间累积和系统提示电池电压，更换电池（维修人员）。
⑤油井作业时，派专人拆卸、清洗传感器，登记、封装收存，专井专用，不能互换。
主讲：王克华
3、安装与更换
①检查所安装载荷传感器型号规格与该井要求的规格型号是否一致。
②将抽油机停在下死点稍偏上一点位置，拉上手刹。
③将专用光杆方卡子固定在光杆的下部、井口盘根盒上，防止光杆下滑。 ④继续使驴头向下慢慢下移，卸掉载荷，拉上手刹。
主讲：王克华
⑤将载荷传感器填进悬绳器与光杆方卡子之间，光杆必须处于传感器U型口中央，
人工开停井 远程自动启停井
井远程启停、调冲次，
降低职工劳动强度。
2. 通过载荷功图实现单井 产液量计量。舍弃计量 站，实现单井流程串联 集输。
2
人工分离器量油
示功图计量
主讲：王克华
3. 通过对油井温度、压力
3
人工测温度压力
远程数据录取
连续自动监测，实现油
井集输工艺状况监控。 4. 实时检测油井电机电压、 电流、电功率、功率因 数及电能电量。实现电 流平衡自动分析，自动 计量。 5. 通过现场高清视频，实 现电子巡井，闯入报警、 井场状态监控、关键设 备监控。大大降低用工、 提高监控效果。 5
人工定时巡井 电子巡检
4
人工测电流平衡
远程电参采集
主讲：王克华
6. 通过自动稳流配水装置
自动测量、控制单井注
水流量，实现连续自动 稳流注水。 7. 通过对井场加热炉撬块 温度、压力、套内水位 运行参数的自动测量， 实现远程温度调控，大
6
人工百度文库节水量
稳流配水
6
人工巡检点炉
熄火报警 远程点火
小火自动转换。
在抽油机上安装电参数采集模块，采集抽油 机电机三相电流、电压、功率因数、电功等 参数，用于抽油机运行状态监测，同时可以 接收上位机控制指令，实现抽油机远程启停。
主讲：王克华
2、电参数采集器（多功能电表）操作
1) 面板 2) 接线端子 3)菜单键 Menu，界面、参数组切换 4) ▲键，子界面切换，每按一次 显示 更换下一页。 5)回车键 ，执行确认修改参数 6) Rset键，故障保护后手动复位 7) 指示灯 8) 参数显示窗口
主讲：王克华
4、日常检查：
①检查仪表外观是否完好。 ②检查传感器塑料/橡胶天线护盖密封是否完好、有无老化、裂纹，及时更换。 ③检查传感器位置是否发生偏移，光杆是否处于传感器U型缺口正中央。 ④检查传感器上的两个凸出受力点与悬绳中心冲齐。 ⑤检查RTU上的ZigBee数据传输指示灯是否正常闪烁（半小时或1小时一次）。
8/5/2014
主讲：王克华
2、认识 RTU
8/5/2014
主讲：王克华
3、接线
8/5/2014
主讲：王克华
4、模式 标准RTU通用性较强，可以满足油田各种生产工艺的油井、水源井及增 压泵站的现场应用，通过RTU工作模式的配置可以使RTU具有：A-油井 RTU模式、B-水源井RTU模式、C-增压泵站RTU模式。 油井模式下RTU可以接收存储油井负荷、位移、压力、温度及电压电流 等数据，并通过无线网络上传到数据汇集点的服务器上。RTU由主控模 块、配套开关电源、接线端子、外置通讯接收天线等组成。
主讲：王克华
二、系统组成
井场——数据汇聚点——生产指挥中心之间数据的传输、通讯： 优先采用光纤通讯：桩23、春风排601-20、青东5 采用无线网桥通讯：史127、部分海上采油平台。
监控数据→RTU→网线→通讯箱→交换机→网桥天线→ →数据汇聚基站 视频数据→解码→网线→通讯箱→ →光电转换器→ 光纤→
输出在4～20mA范围内即可认为正常。
⑤ 设置（无线式）：用专用手操器组态、设置传感器井号 ID、冲程、下死点、通讯等。 ⑥注意所有连接部位的防潮、防锈，保证连接可靠、拆装方便。
主讲：王克华
五、远程测控终端 RTU
1、组成 RTU由主控模块、配套开关电源、接线端子 、外置通讯接收天线等组成。 电量数据采集器与RTU并排放置。安装在抽 油机变频控制柜内。控制柜可起到防雨、防 晒、防尘作用。
主讲：王克华
史127示范区典型标准井场
示功图采集
无线温度、压力变送器
视频监控
标准化井场
一体化多功能控制柜 数据传输
天然气分离撬块
混输泵自动控制
加热炉远程监控
8/5/2014
主讲：王克华
桩23示范区典型标准井场
分离撬、加热炉监测控制
RTU电参
温度压力
位 移
载 荷
视频监控
掺水控制
温度压力
掺水阀组监测控制