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抽油机RTU数据采集方案

发布时间：

2020-03-31

抽油机是游梁式抽油机-深井泵采油装置的简称，通常被称为“磕头机”（因其工作时驴头不断上下摆动，形似磕头）。它是石油工业中最经典、应用最广泛的地面采油设备之一。

在我国油井数据采集长期依赖人工方式，采油工需要到现场采集示功图、平衡度、油套压、油温及产液量等生产数据，劳动强度大，且数据的准确性和可靠性受人员责任心影响较大。同时，天气和交通条件也常常导致生产参数无法及时获取，严重制约了油井的自动化管理进程。

傲拓科技为该油田采油片区提供的NARTU产品，实现了对油井电流、电压、井口温度、压力、示功图、电流图、功率图等参数的实时在线监测，可对抽油机运行故障进行实时诊断和报警，支持远程启停控制和运行参数查询，并完成数据的远程传输。

井口RTU工作原理

井口RTU是井口监控系统的核心单元，外接电机变频器、智能电表、无线载荷位移传感器、温度及压力传感器等设备。

RTU通过变频器控制电机的启停与运行频率，从而调节抽油机冲次。智能电表用于采集用电量、电压、电流、有功与无功功率、功率因数等参数。无线一体化示功仪用于获取抽油机悬点载荷随位移变化的规律，形成反映抽油机一个抽吸周期内工况的封闭曲线——示功图，以诊断抽油机工作状态。压力与温度传感器则实时监测输出管道内的油压和油温。

RTU提供以太网和串口等通信接口。在井口密集区域，通常采用无线网桥组建局域网进行通信；在井口分散区域，则可采用DTU接入GPRS网络实现数据传输。

RTU监控系统的实现

井口RTU监控系统的实现除了要解决一般在监控系统中常见的采集及数据传输的问题外，还必须解决如下几个突出问题：

1.NARTU平台选择

从井口RTU的工作原理上，可知RTU内部软件功能相对复杂，软件模块多，需采用多线程方式，SCADA系统通讯的IEC-104协议线程，zigbee外围设备通讯线程，变频器通讯线程，智能电表通讯线程，模拟量输入采集线程，主线程(系统配置，子线程建立，故障分析，历史数据存储)，终端调试配置线程。

所以NARTU的硬件平台采用基于ARM9为核心，可以支持Linux多任务多线程的操作系统。平台外部接口需要集成：Zigbee接口，以太网接口，1路RS232接口，3路RS485接口，DI输入，DI输出，AI输入，VI输入等。

2.示功图的采集同步问题

NARTU支持3种示功图采集模式：无线载荷位移一体化模式、无线载荷+无线角位移模式、无线载荷+冲次开关模式。示功图采集过程中，除可以采集示示功图曲线，还会需要采集电量曲线，比如电流曲线，功率曲线。这就需要解决示功图采集与电参采集的同步。首先需要电量模块具有采集冲程周期内曲线的能力。然后由RTU协调同步采集。

当RTU接收到一体化载荷传感器的常规数据后，向传感器和电量模块发送功图和电量图采集命令，命令中包括同步时间、采集点数、冲程周期等信息。仪表接收到功图或电量图采集命令后，开始倒计时。倒计时结束后，采集功图或电量图，由此实现功图、电量图采集的同步。

传感器功图采集结束后，立即将功图数据块分组传送到RTU。在功图数据传送过程中，RTU对每组数据产生应答。若无应答，仪表将对该组数据进行重传处理，重传次数为3次。功图数据传送结束后，RTU发送电量图数据读取命令，进入与功图类似的电量图数据传送过程。

3.应用环境适应能力

在考虑油田的环境因素时,主要考虑井场的温度、湿度、粉尘和腐蚀等条件,对油井监控系统硬件的影响。如在我国西北部沙漠油田,夏季温度特别高、昼夜温差非常大、空气中粉尘含量高、地下水含盐含碱量高,因此, 要实现工作站点无人职守的工作状态，在RTU设计时,要具有耐高温、耐低温、抗腐蚀、防粉尘等环境适应能力。RTU的硬件平台所采用的电子芯片必须是工业级(-40℃～85℃)，同时RTU设计生产过程中必须完成相关环境测试实验。

NARTU在油田井口的应用

青东5块新区地理位置位于东营市东营区莱州湾西部极浅海海域，由城东防潮大堤到人工岛的8.48公里进海路和一座人工岛组成，构造位于青东凹陷西部斜坡带南部。人工岛上全部采用皮带式抽油机，每个井口安装一台RTU控制机柜，井口的示功图采集方案采用无线载荷+冲次开关模式。RTU通过变频器控制电机，现场冲次在0.5次/分左右，冲程6米左右。　

在油井远程计量系统项目工程中,由于采用了集散控制系统及RTU技术,使得该统的抽油机井实现了无人职守的监控自动化。特别是应用了RTU技术后,生产及管理实现了自动化,从而很好地通过采集到的抽油机井各个参数行计算分析,得出用户需要的数据,提高了整个计量系统的安全性和自动化水平,减轻了工人巡查的劳动强度,延长了设备运行周期。

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数字化油田自动化整体解决方案

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