专利名称：抽油机井井上综合测控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油开采技术领域，涉及一种用于石油开采的自动化控制系统，具体地说，是涉及一种针对抽油机井设计的井上综合测控系统。
背景技术：
抽油机井是油田生产的最基本单元，其运行状态和生产效率直接关系到所在油田的整体产量和计划达标程度。目前而言，对抽油机井的生产运行状态主要依靠人工作业巡检，人均工作量大，作业覆盖面广，巡检频率低，状态反馈指导性差，由此导致最直接的结果就是油井的有效开动率低，生产效率低，费效比高。因此，针对当前油田的主力生产机型的特性，研制开发井上测控单元，代替人工巡检，通过网络按油田生产架构进行必要划分，利用上位软件对参数进行综合分析，最终形成有针对性、时效性、准确性的生产指导意见，其成功与否，是数字化油田推进的重中之重。当前油田生产经营管理的重点主要集中在以下两个方面:一是提升原油产量；二是降低能耗成本，简而言之就是增产节能。因此，井上综合测控系统的产业化发展也必须符合油田生产管理经营的总体思路。目前的井上测控系统采集方式单一化、组网建设单一化，在油田石油的开采过程中还存在着集中管理综合监控力度不足的问题，因此，在一定程度上影响着石油开采过程的整体效率及生产的安全性。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种基于全新控制策略设计的抽油机井井上综合测控系统，分体化结构设计，组件化功能划分，系统兼容性好，可靠性高。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现:一种抽油机井井上综合测控系统，包括示功仪、采油树和测控单元；所述示功仪采集油井的地面功图，生成地面功图数据传输至所述的测控单元；所述采油树采集井口的套压、油压和温度，并将采集到的数据传输至所述的测控单元；所述测控单元根据接收到的数据生成控制信号输出至间歇式抽油子系统，通过间歇式抽油子系统调节抽油机的冲次。进一步的，在所述的抽油机井井上综合测控系统中还设置有三相电参数采集单元，检测用于为抽油机井供电的三相交流电源的供电参数，并传输至所述的测控单元。为了满足远程监控的要求，在每一 口抽油机井处均配设有一套所述的示功仪、采油树和测控单元；在所述的抽油机井井上综合测控系统中还设置有远程监控中心，所述远程监控中心采用有线或者无线通讯方式分别与设置在每一口抽油机井处的测控单元交互通信。为了提高检测精度，将所述示功仪安装在抽油机的抽油杆上，且位于抽油杆的悬点位置，在所述示功仪中设置有双轴或者三轴加速度计，优选使加速度计的Y轴与地面垂直。进一步的，在所述的示功仪中还设置有陀螺仪和载荷检测仪，采集抽油机的抽油杆载荷以及位移量，进而生成所述的地面功图数据传输至测控单元。 优选的，在所述的示功仪中优选设置ZIGBEE模块，采用ZIGBEE通信方式与测控单元进行无线通信。作为所述测控单元的一种优选电路组建方式，在所述的测控单元中设置有电源管理模块、CPU以及分别连接所述CPU的实时时钟芯片、数据存储单元和通信模块；所述CPU通过通信模块与网口、串口、ZIGBEE接口、WIFI接口和GPRS接口中的至少一种连接通信，以满足测控单元与示功仪、采油树以及远程监控中心之间的数据通信要求。优选的，所述测控单元优选通过网线、GPRS无线网络、ZIGBEE无线网络或者WIFI无线网络与远程监控中心双向通信。为了保证计时的准确性，在所述的测控单元中还设置有电池，连接所述的实时时钟芯片，在测控单元断开外部供电时，为所述的实时时钟芯片提供不间断电源，以保证实时时钟芯片连续运行，为CPU提供准确时钟。再进一步的，在所述的采油树中设置有采集单元、油压传感器、套压传感器和温度传感器，通过采集单元分别接收油压传感器反馈的油压信号、套压传感器反馈的套压信号以及温度传感器反馈的温度信号，进而通过ZIGBEE网络传输至所述的测控单元，实现测控单元对井口油压、套压、温度的实时监测。与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是:本实用新型的抽油机井井上综合测控系统摒弃了传统的油田生产监控复杂化、分散化、采集单一化、组网单一化的缺点，利用示功仪采集地面功图，测控单元进行工况智能诊断，并根据实时工况指导抽油机进行合理运动，调节冲次，进而达到了节能增产的设计目的。与此同时，测控单元还可以通过ZIGBEE网络、WIFI网络、GPRS网络或以太网等多种有线或者无线通信方式将现场采集的数据以及抽油机的运行状态上传至远程监控中心，不仅方便了对油田的统一、集中化管理，而且组网多样化，传输可靠性高。结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
图1是本实用新型所提出的抽油机井井上综合测控系统的整机结构示意图；图2是图1中测控单元的一种实施例的电路原理框图；图3是图1中示功仪的一种实施例的电路原理框图；图4是示功仪的安装位置示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细地说明。实施例一，本实施例的抽油机井井上综合测控系统主要由测控单元、示功仪、采油树、三相电参数采集单元和远程监控中心等部分组成，参见图1所示。其中，示功仪用于测试油井抽油机的载荷和冲程，并计算得出代表抽油机工况的地面功图数据，提供给测控单元以进行地面功图的解算处理；采油树是位于油井最上部的用来开采石油的井口装置，主要采集油井井口的套压、油压和温度；三相电参数采集单元连接在为油井抽油机提供交流电源的供电线路中，采集供电线路中的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率和功率因数，并自动生成上下行电流；测控单元作为整个井上综合测控系统的控制核心，一方面负责三相电参数的采集判断、采油树生产信息的采集、地面示功图的解算生成；另一方面根据采集到的各项参数自动判定井下的供液状态，进而计算出抽油机的合理冲次，输出至间歇式抽油子系统，利用变频控制技术通过调节抽油机井动力电机的运转频率，以改变抽油机的冲次，实现油田采油生产成本的最大限度降低，同时针对井下供液稳定的油田达到增产的效果。为了达到远程监控的设计目的，在所述测控单元与远程监控中心之间建立起通信链路，利用测控单元将采集到的油田现场的各项参数以及抽油机的工作状况发送至远程监控中心，以提供给工作人员实现现场监控和远程化指导。图2为所述测控单元的电路组建结构图，主要包括CPU、电源管理模块、数据存储单元和通信模块四大部分。其中，CPU是整个测控单元的核心部件，内部移植了嵌入式操作系统，用于对地面功图的原始数据进行解算，进而生成地面功图数据，并上传至远程监控中心。对于CPU运行所需的时钟信号可以由实时时钟芯片产生并提供。所述实时时钟芯片优选通过I2C总线与CPU连接通信。所述电源管理模块外接三相交流电源，并转换生成系统中各功能模块工作所需的供电电源，为系统中的各功能模块提供电源供应。为了满足实时时钟芯片连续运行的工作要求，本实施例在所述电源管理模块中还设置有电池，用于为实时时钟芯片在系统断电后进行备份供电，以保证系统基准时钟的准确性。在所述数据存储单元中设置有闪存和铁电存储器，通过串行总线连接所述的CPU，用于对CPU在每个阶段的运行数据进行实时存储。为了防止CPU中运行的软件程序进入死循环，导致系统死机，本实施例在测控单元中还设计了看门狗电路，连接所述的CPU，以保证系统运行的高可靠性。此外，为了方便所述测控单元与外围设备连接通信，或者与远程监控中心组网群控，本实施例在测控单元上设计了多种类型的接口，例如串行接口 RS485、RS232，以太网接口 RJ45，GPRS接口、ZIGBEE接口、WIFI接口等，如图2所示，通过通信模块连接所述的CPU，实现CPU与外围设备之间的数据交互。当然，各类接口的配置数量可以根据实际需要具体确定，本实施例并不仅限于以上举例。在本实施例中，所述通信模块可以采用有线传输方式，也可以采用无线传输方式，比如可以配置成无线WIFI热点模式，方便与外围设备连接通信或者进行组网群控。作为本实施例的一种优选组网设计方案，所述测控单元优选采用ZIGBEE通信模式与井上综合测控系统中的示功仪和采油树交互通信，采集油井的地面功图数据和井口的套压、油压以及温度参数；通过RS485串行总线连接三相电参数采集单元和间歇式抽油子系统，实现对抽油机供电参数的采集以及对抽油机冲次的自适应控制。对于所述测控单元与远程监控中心之间可以采用GPRS、WIFI或者以太网络进行双向通信，满足远程监控要求。图3为所述示功仪的电路组建结构图，包括单片机、电源模块、数据存储单元、力口速度计、陀螺仪、载荷检测仪、模拟量采集芯片和通信模块。其中，加速度计用于采集抽油机的上下死点位置，可以选用双轴加速度计或者三轴加速度计。为了提高测量信号的精确度，在安装示功仪时，优选将示功仪2安装在抽油机的抽油杆I的悬点位置，并卡装在悬绳器3中，结合图4所示，所述悬绳器3由抽油机头部的悬绳4吊挂。由于加速度计用于采集抽油机的上下死点位置，所以加速度计的Y轴应尽量垂直于地平面，Y轴的输出变化即可以用于判断抽油机的上下死点。陀螺仪和载荷检测仪分别用来检测抽油杆I悬点的载荷值和位移量，通过电压跟随滤波电路进行处理后，经由模拟量采集芯片转换成数字信号，通过SPI总线传输至单片机，以形成地面功图的原始数据。所述单片机将生成的地面功图原始数据写入数据存储单元(可以具体包括闪存和铁电存储器等)中进行保存，并经由通信模块中的ZIGBEE模块调制成无线信号，传输至所述的测控单元。所述电源模块用于为示功仪中的各功能模块提供电源供给，优选采用内置锂电池的方式进行供电，电池自持能力大于I年。为了方便现场安装和后续的维修服务，优选在示功仪上设置GPRS、ZIGBEE、WIF1、RS232四种通讯接口，通过通信模块连接所述的单片机，以满足示功仪与不同类型的外围设备间的连接需要。在本实施例的井上综合测控系统中，采油树利用其采集单元实时采集油井现场安装的油压传感器、套压传感器和温度传感器输出的4-20mA模拟信号，并转换成油压数据、套压数据和温度数据后，将上述三个数据通过ZIGBEE网络发送至测控单元。本实施例的井上综合测控系统摒弃抽油机的传统控制方式(即以工频50HZ的转速一成不变的运转)，采用间歇式抽油智能控制策略，根据油田井下的供液状况自动控制抽油机变频运转，从而达到了节约能源的设计目的。当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种抽油机井井上综合测控系统，其特征在于:包括示功仪、采油树和测控单元；所述示功仪采集油井的地面功图，生成地面功图数据传输至所述的测控单元；所述采油树采集井口的套压、油压和温度，并将采集到的数据传输至所述的测控单元；所述测控单元根据接收到的数据生成控制信号输出至间歇式抽油子系统，通过间歇式抽油子系统调节抽油机的冲次。
2.根据权利要求1所述的抽油机井井上综合测控系统，其特征在于:在所述的抽油机井井上综合测控系统中还设置有三相电参数采集单元，检测用于为抽油机井供电的三相交流电源的供电参数，并传输至所述的测控单元。
3.根据权利要求1或2所述的抽油机井井上综合测控系统，其特征在于:在每一口抽油机井处均配设有一套所述的示功仪、采油树和测控单元；在所述的抽油机井井上综合测控系统中还设置有远程监控中心，所述远程监控中心采用有线或者无线通讯方式分别与设置在每一口抽油机井处的测控单元交互通信。
4.根据权利要求3所述的抽油机井井上综合测控系统，其特征在于:所述示功仪安装在抽油机的抽油杆上，且位于抽油杆的悬点位置，在所述示功仪中设置有双轴或者三轴加速度计，加速度计的Y轴与地面垂直。
5.根据权利要求4所述的抽油机井井上综合测控系统，其特征在于:在所述的示功仪中还设置有陀螺仪和载荷检测仪，采集抽油机的抽油杆载荷以及位移量，进而生成所述的地面功图数据传输至测控单元。
6.根据权利要求5所述的抽油机井井上综合测控系统，其特征在于:在所述的示功仪中还设置有ZIGBEE模块，采用ZIGBEE通信方式与测控单元进行无线通信。
7.根据权利要求3所述的抽油机井井上综合测控系统，其特征在于:在所述的测控单元中设置有电源管理模块、CPU以及分别连接所述CPU的实时时钟芯片、数据存储单元和通信模块；所述CPU通过通信模块与网口、串口、ZIGBEE接口、WIFI接口和GPRS接口中的至少一种连接通信。
8.根据权利要求7所述的抽油机井井上综合测控系统，其特征在于:所述测控单元通过网线、GPRS无线网络、ZIGBEE无线网络或者WIFI无线网络与远程监控中心双向通信。
9.根据权利要求7所述的抽油机井井上综合测控系统，其特征在于:在所述的测控单元中还设置有电池，连接所述的实时时钟芯片。
10.根据权利要求3所述的抽油机井井上综合测控系统，其特征在于:在所述的采油树中设置有采集单元、油压传感器、套压传感器和温度传感器，通过采集单元分别接收油压传感器反馈的油压信号、套压传感器反馈的套压信号以及温度传感器反馈的温度信号，进而通过ZIGBEE网络传输至所述的测控单元。
专利摘要本实用新型公开了一种抽油机井井上综合测控系统，包括示功仪、采油树和测控单元；所述示功仪采集油井的地面功图，生成地面功图数据传输至所述的测控单元；所述采油树采集井口的套压、油压和温度，并将采集到的数据传输至所述的测控单元；所述测控单元根据接收到的数据生成控制信号输出至间歇式抽油子系统，通过间歇式抽油子系统调节抽油机的冲次。本实用新型的抽油机井井上综合测控系统摒弃了传统的油田生产监控复杂化、分散化、采集单一化、组网单一化的缺点，利用示功仪采集地面功图，测控单元进行工况智能诊断，并根据实时工况指导抽油机进行合理运动，调节冲次，进而达到了节能增产的设计目的。
文档编号G05B23/02GK202956665SQ20122065858
公开日2013年5月29日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者王辉, 赵奎, 劳纯杰, 于浩洋, 刘洪刚, 张超, 王绘忠, 庄旭铭 申请人:青岛杰瑞自动化有限公司