基于物聯(lián)網(wǎng)技術的螺桿泵運行狀態(tài)數(shù)據(jù)遠傳系統(tǒng)*

齊鳳河 鄒佳祥 成寶芝

1大慶師范學院物理與電氣信息工程學院 2大慶油田信息技術公司

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的螺桿泵運行狀態(tài)數(shù)據(jù)遠傳系統(tǒng)*

齊鳳河1 鄒佳祥2 成寶芝1

1大慶師范學院物理與電氣信息工程學院 2大慶油田信息技術公司

以螺桿泵運行工況為研究對象，結合大慶油田的生產(chǎn)實際，以電參數(shù)診斷法為基礎，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術的螺桿泵采油數(shù)據(jù)遠傳系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用高性能的微控制器作為遠端監(jiān)測模塊的控制和通信核心，利用Zigbee技術構成無線傳感器網(wǎng)絡，再利用現(xiàn)有的油田計算機局域網(wǎng)形成遠程監(jiān)測網(wǎng)絡。系統(tǒng)能快速、準確地測出螺桿泵井運行的電參數(shù)和熱工參數(shù)，及時診斷螺桿泵災難性故障；能根據(jù)測得的電參數(shù)、流體參數(shù)自動對螺桿泵電機進行單機無功功率補償，提高采油效率。

Zigbee技術；以太網(wǎng)；螺桿泵；監(jiān)測；參數(shù)

大慶油田螺桿泵采油系統(tǒng)由于其獨特的優(yōu)勢而被廣泛應用。螺桿泵油井的故障診斷與監(jiān)控技術一直都是國內外采油工程技術和科研人員的一個重要的研究課題。電參數(shù)診斷法具有良好的螺桿泵運行參數(shù)監(jiān)測能力。因此，以螺桿泵運行工況為研究對象，結合大慶油田的生產(chǎn)實際，以電參數(shù)診斷法為基礎，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術的螺桿泵采油數(shù)據(jù)遠傳系統(tǒng)。

1 遠傳監(jiān)測系統(tǒng)

遠傳監(jiān)測系統(tǒng)是在對現(xiàn)有油田油井分布情況全面了解基礎上，充分利用已有計算機局域網(wǎng)資源的有效方案，是對現(xiàn)有螺桿泵井安全運行和維護進行改進的一種良好手段。本系統(tǒng)采用高性能的微控制器作為遠端監(jiān)測模塊的控制和通信核心，利用Zigbee技術構成無線傳感器網(wǎng)絡，再利用現(xiàn)有的油田計算機局域網(wǎng)形成遠程監(jiān)測網(wǎng)絡。

2 遠傳網(wǎng)絡中心單元

遠程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡主要由Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡和油田局域網(wǎng)構成，它們連接的節(jié)點位于油田的中轉站。因為目前在大慶油田各個中轉站都實現(xiàn)了油田計算機局域網(wǎng)的覆蓋，而中轉站所管理的螺桿泵井基本上都在5 km的范圍內，所以利用Zigee無線傳感器網(wǎng)絡是可行的。這樣通過STM32F103RBT6微控制器實現(xiàn)Zigbee網(wǎng)絡和油田計算機局域網(wǎng)間的數(shù)據(jù)交換，也就是將Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡得到的各個單井參數(shù)，通過由STM32F103RBT6微控制器為核心構成的網(wǎng)關實現(xiàn)將Zigbee數(shù)據(jù)包轉化為以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在兩個協(xié)議之間的雙向傳輸，通過建立的兩者之間的透明傳輸通道，完成Zigbee技術和以太網(wǎng)互通，從而實現(xiàn)對各單點螺桿泵井現(xiàn)場工況數(shù)據(jù)的監(jiān)測和遠程控制。

3 系統(tǒng)軟件平臺設計

管理中心軟件系統(tǒng)分成三個部分，由管理功能子系統(tǒng)、參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)和故障診斷子系統(tǒng)組成，主要用VC＋＋6.0和SQLServer2000數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)。VisualC++是Microsoft公司推出的一種功能強大的可視化應用程序開發(fā)工具，是計算機界公認的最優(yōu)秀的應用開發(fā)工具之一。

螺桿泵井運行參數(shù)監(jiān)控管理中心監(jiān)控管理系統(tǒng)的工作是以數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和工況診斷為核心的。首先對油井運行參數(shù)進行采集，再根據(jù)對運行數(shù)據(jù)的分析，對可能發(fā)生的故障進行診斷，編制數(shù)據(jù)庫，對油井的工作參數(shù)進行增加、修改、保存。將每次測試數(shù)據(jù)及診斷出的故障保存在數(shù)據(jù)庫中。建立現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，研究開發(fā)螺桿泵智能分析系統(tǒng)。分析采集數(shù)據(jù)，總結已有模型，建立適合大慶油田的智能分析控制系統(tǒng)，對螺桿泵的運行工況進行預測和判斷，給出最優(yōu)設置參數(shù)。智能分析系統(tǒng)通過獲取連續(xù)測試數(shù)據(jù)，繪出電壓、電流、油壓、套壓、轉速和扭矩等基本曲線，利用多元統(tǒng)計方法研究各種電參數(shù)的綜合最佳圖示和友好的人機交互界面，其從根本上克服了電流法、扭矩法、蹩壓法中測試時間短，故障發(fā)生后其所測電壓、電流、扭矩等參數(shù)變化不明顯，故障一時難以診斷的缺點，增加了螺桿泵工況診斷的準確性和可靠度。根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行分析建模，設計智能專家系統(tǒng)，對螺桿泵可能出現(xiàn)的運行故障進行預測和判斷，及時進行參數(shù)調整和報警，在故障萌芽狀態(tài)將其解決；并結合區(qū)塊地質數(shù)據(jù)，在多井數(shù)據(jù)綜合基礎上給區(qū)塊規(guī)劃提供參考建議。

4 結語

相關分析表明，該系統(tǒng)運行不影響生產(chǎn)，能快速準、確地測出螺桿泵井運行的電參數(shù)和熱工參數(shù)，及時診斷螺桿泵災難性故障，在斷電停機的同時通過無線通信裝置發(fā)出報警信息；同時，系統(tǒng)能根據(jù)測得的電參數(shù)、流體參數(shù)自動對螺桿泵電機進行單機無功功率補償，提高電機的工作效率，提高采油效能。

（0459）5510107、daqing909@163.com

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.039

齊鳳河：副教授，畢業(yè)于大連理工大學軟件工程專業(yè)，現(xiàn)任大慶師范學院物理與電氣信息工程學院工程實訓中心主任，從事檢測技術及自動化裝置方向研究。

基金論文：大慶師范學院自然科學基金（11ZR15）。

（欄目主持 關梅君）