CN102478849A - 一种抽油机节能采油自动控制系统 - Google Patents

Abstract

一种抽油机节能采油自动控制系统，包括GPRS服务网络，采集终端，量油终端参数采集模块，加热炉终端参数采集模块，无线视频模块，无线远程模块，无线位移载荷一体化传感器，无线动液面传感器，无线温度传感器，无线压力传感器，无线电参数据采集模块，无线数据采集终端，抽油机动平衡检测，用户网络终端机，互联网接入装置，终端机，服务器；无线位移载荷一体化传感器、无线压力模块和无线电参数采集模块分别通过无线信号与采集终端通讯；服务器通过无线信号与GPRS服务网络通讯。本发明的优点：有利于节省大量的电力资源和人力资源，并能及时发现油井的工作状态，减少了环境污染和气体排放。给国家和企业带来了带来了巨大的经济效益。

Description

一种抽油机节能采油自动控制系统

技术领域

本发明涉及油田信号采集处理设备领域，特别提供了一种抽油机节能采油自动控制系统。

背景技术

随着油田二次、三次采油期的来临，抽油机井的抽空现象越来越严重。这不仅严重的浪费了电能，也极大地增加了吨油成本。为了有效地解决这个问题，国内外许多公司都在积极的探索，也提出了一些较好的方案。比如，用超声波、次声波监控油井动液面等。但这些方案有一个共同的特点，那就是探测液面精度较低，千米误差大都在8%左右，难以达到精确采油及远程精确控制的目的。

发明内容

本发明的目的是为了实现精确采油，及远程控制，特提供了一种抽油机节能采油自动控制系统。

本发明提供了一种抽油机节能采油自动控制系统，其特征在于：所述的抽油机节能采油自动控制系统包括GPRS服务网络1，采集终端一2，采集终端二3，采集终端三4，动液面终端参数采集模块5，加热炉终端参数采集模块6，抽油机无线视频模块7，抽油机无线动平衡模块8，抽油机无线位移载荷一体化传感器9，抽油机无线温度模块10，抽油机无线压力模块11，抽油机无线电参数采集模块12，用户网络终端机13，互联网接入装置14，终端机15，服务器16；

其中：采集终端一2、采集终端二3和采集终端三4分别通过无线传输与GPRS服务网络1通讯，量油（动液面）终端参数采集模块5与采集终端三4集成在一起，加热炉终端参数采集模块6与采集终端二3集成在一起；

抽油机无线视频模块7、抽油机无线动平衡模块8、抽油机无线位移载荷一体化传感器9、抽油机无线温度模块10、抽油机无线压力模块11和抽油机无线电参数采集模块12分别通过无线信号与采集终端一2通讯；

用户网络终端机13分别通过互联网接入装置14与终端机15和服务器16连接，服务器16通过无线信号与GPRS服务网络1通讯。

所述的抽油机无线电参数采集模块12内部包括电压、电流、功率、功率因数、有功功率、无功功率的采集模块。

所述的无线位移载荷一体化传感器9是针对游梁式抽油机功图测量应用而设计的数字化传感器产品，应用无线数字通讯、力敏、低功耗单片机技术，对光杆载荷在线测量；信号通过无线传送，内置高能电池供电，电池电压远程监测，低功耗设计，睡眠、事件触发唤醒自动切换，设置参数定时采集功图，功图测试完全实现不停抽自动定时测试；

具体性能指标： 

1 、量程：0-100KN-150KN-200KN 用户可选择精度：1％F.S； 

2 、防护等级  IP65 ；工作环境温度：－40～＋85℃ ； 

3 、无线通信距离：1000 米 ；

4、无线数字化传感器网络通讯，有效通讯距离≥200m；ISM                                       工作频段载波，无需申请频点；GFSK窄带调制，同时采用了高效前向纠错信道编解码技术，提高低功耗情况下数据通讯可靠性；

5、 供电：内置  3.6V/19Ah高能电池；采用休眠与间歇工作机制，      按照30 分钟采集一幅常规功图，冲次>1.5的使用频率，能工作 12 个月； 

6、无线角位移传感器实现全无线功图采集； 

7 、适合于直径小于40mm光杆的抽油机井动态载荷测量。

所述的采集终端一2能以无线通信的方式能够数据，并通过 modbus 通信协议输出给用户；通信频段：430MHz~450MHz；无线通信距离：200 米； 供电：9~30VDC, 2W；工作环境温度：－40～＋85℃；通信接口：RS232 或 RS485，用户可定制，出厂默认为 RS485接口，波特率可配置，默认为9600bps；通信协议：MODBUS 协议，默认地址号为 1。 

所述的抽油机无线电参数采集模块12是一智能型三相电参数数据综合采集模块； 三表法准确测量三相三线制或三相四线制交流电路中的三相电流、三相电压真有效值、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度等电参数；其输入为三相电压0～500V、三相电流0～1000A；输出为RS-485 或 RS-232 接口的数字信号，支持的通讯规约有 3 种：ASCII 码协议、十六进制 LC-01 协议、MODBUS-RTU 协议，3 种协议可同时识使用，无需配置；广泛应用于各种工业控制与测量系统及各种集散式/分布式电力监控系统，能替代过去的电流、电压、功率、 功率因数、电量等一系列变送器及测量这些变送器标准输出信号的模入模块，可大大降低系统成本, 方便现场布线，提高系统的可靠性。其可与其他厂家的控制模块挂在同一 485 总线上，且便于计算机编程，使你轻松地构建自己的测控系统；采用电磁隔离和光电隔离技术，电压输入、电流输入及输出三方完全隔离；

其主要的功能与技术指标如下：

输入信号：三相交流 50/60Hz电压、电流。输入频率：45～75Hz；电压量程相电压：60V、100V、250V、300V、400V、500V 可选；电流量程： 1A、2A、5A、20A、50A、100A、200A、500A、1000A可选；信号处理： 16 位 A/D 转换，6 通道，每通道均以 4KHz 速率同步交流采样，真有效值测量；数据更新：模块实时数据的更新周期可设置40mS～1000mS，每步为 10mS；MODBUS-RTU 协议中的配置界面进行配置；更新周期默认为250ms；过载能力：1.4 倍量程输入可正确测量；小于10 周波时，瞬间电流为 5倍，电压 3 倍量程不损坏；通讯输出数据：三相相电压 Ua、Ub、Uc；三相电流 Ia、Ib、Ic；有功功率P、无功功率Q、功率因数PF、各相有功功率Pa、Pb、Pc；正反向有功电度等电参数；输出接口：RS-485  二线制  ±15KV ESD 保护、 或RS-232三线制 ±2KV ESD 保护；通讯速率Bps：1200、2400、4800、9600、19.2K；通讯协议： ASCII 码格式协议、十六进制 LC-01 协议、MODBUS-RTU 协议，3 种协议可同时识别使用，无需配置；测量精度：电流、电压：0.2 级 ； 其它电量：0.5 级；参数设定：模块地址、通讯速率可通过通讯接口设定；有功电量底数可通过通讯接口清0；模块供电电源： +5V±5%、+8～30V、AC220或 AC 100V选其一；功耗：小于0.5W；+5V 供电，消耗电流小于 70mA，输入纹波小于 100mV，输入电压5V±5%；+8～30V供电，消耗电流小于70mA，最高输入电压不得超过+32V；交流供电50HZ，输入电压为AC85～265V ； 

隔离电压：输入-输出：1000VDC；电流输入、电压输入、AC 电源输入和通讯接口输出之间均相互隔离。

根据原油液面的深度实现自动采油，如原油液面达到1500米以上，系统自动启动工作。同时；油井停止工作时带有语音提示功能，以保证油井周围工作人员的安全。原油液面低于800米时，系统自动停止工作。做到无人看管和采油机不做无用功，给企业和国家节省大量的电能和人工。

系统难点在于：

1．次声波的发射、接收，来实现油液面深度的探测。2．无线重力加速度的测量。可作为液面深度的二次准确测量。3．通信的扰频和串频问题。4．晶振在低温下的温漂问题。5．传感材料在低温中存在漂移及特性变化。6．工业电源的大浪涌电流及强共模干扰对精密测量代器的影响。7．大量数据的无线TCP／IP数据链路及软件处理。本系统通过一年多的研究及现场实验，对上述难点已经攻克和解决了。在原材料中使用了低温漂和抗静电高新材料。使用高精度、高倍放大信号放大电路及复合滤波电路对信号进行处理达到了预期的目标。

主要技术指标：

1．可使用的环境温度：-40~85摄氏度。

2、远程传输：距离不限（指在有手机网络信号的前提下，产品可做成有线和无线或远程控制型。）

3、最大位移：100米

4、载荷测量范围：0~150KN  精度1%

5、压力量程：0~35Mp  精度1%

6、测温范围：0~400  0℃  精度1%

7、液面测量深度：20~3000米  误差〈0.5%。

本发明的优点：

本发明所述的抽油机节能采油自动控制系统，适用于油田有杆泵采油作业。当井下油液面达到抽油泵泵腔的95%时，系统通过载荷、位移、功图的综合技术参数分析，能精确有效的测出油井液面的深度，根据液面的深度启动抽油机进行抽油作业。油液深度达到一定深度时，系统自动给出启动信号。油机开始采油。油液深度达不（油液深度设定可根据用户要求指定深度进行调节）到指定深度时，采油机自动停止采油。抽油机处于停止状态。油机停止采油时系统设定有提醒报警功能，防止电机启动时发生意外事故，油井再次启动时也设定有启动提示功能，以保作业的安全性。

本系统有利于节省大量的电力资源和人力资源，并能及时发现油井的工作状态及故障，从而提高了产油的效率和产量。油多时自动工作，油少时自动停止工作，避免大量的无效耗能。减少了环境污染和气体排放。给国家和企业带来了优厚的经济效益。特别是边远山区和海上油井，带来了巨大的经济效益。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为 抽油机节能采油自动控制系统原理结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明提供了一种抽油机节能采油自动控制系统，其特征在于：所述的抽油机节能采油自动控制系统包括GPRS服务网络1，采集终端一2，采集终端二3，采集终端三4，量油（动液面）终端参数采集模块5，加热炉终端参数采集模块6，抽油机无线视频模块7，抽油机无线红外模块8，抽油机无线位移载荷一体化传感器9，抽油机无线温度模块10，抽油机无线压力模块11，抽油机无线电参数采集模块12，用户网络终端机13，互联网接入装置14，终端机15，服务器16；

其中：采集终端一2、采集终端二3和采集终端三4分别通过无线传输与GPRS服务网络1通讯，量油（动液面）终端参数采集模块5与采集终端三4集成在一起，加热炉终端参数采集模块6与采集终端二3集成在一起；

抽油机无线视频模块7、抽油机无线红外模块8、抽油机无线位移载荷一体化传感器9、抽油机无线温度模块10、抽油机无线压力模块11和抽油机无线电参数采集模块12分别通过无线信号与采集终端一2通讯；

用户网络终端机13分别通过互联网接入装置14与终端机15和服务器16连接，服务器16通过无线信号与GPRS服务网络1通讯。

所述的抽油机无线电参数采集模块12内部包括电压、电流、功率、功率因数、有功功率、无功功率的采集模块。

所述的无线位移载荷一体化传感器9是针对游梁式抽油机功图测量应用而设计的数字化传感器产品，应用无线数字通讯、力敏、低功耗单片机技术，对光杆载荷在线测量；信号通过无线传送，内置高能电池供电，电池电压远程监测，低功耗设计，睡眠、事件触发唤醒自动切换，设置参数定时采集功图，功图测试完全实现不停抽自动定时测试；

具体性能指标： 

1 量程：0-100KN-150KN-200KN 用户可选择精度：1％F.S； 

2 防护等级  IP65 ；工作环境温度：－40～＋85℃ ； 

3 无线通信距离：200 米 ；

4无线数字化传感器网络通讯，有效通讯距离≥200m；ISM                                       工作频段载波，无需申请频点；GFSK窄带调制，同时采用了高效前向纠错信道编解码技术，提高低功耗情况下数据通讯可靠性；

5 供电：内置  3.6V/19Ah高能电池；采用休眠与间歇工作机制，      按照30 分钟采集一幅常规功图，冲次>1.5的使用频率，能工作 12 个月； 

6无线角位移传感器实现全无线功图采集； 

7 适合于直径小于40mm光杆的抽油机井动态载荷测量。

所述的采集终端一2能以无线通信的方式能够数据，并通过 modbus 通信协议输出给用户；通信频段：430MHz~450MHz；无线通信距离：200 米； 供电：9~30VDC, 2W；工作环境温度：－40～＋85℃；通信接口：RS232 或 RS485，用户可定制，出厂默认为 RS485接口，波特率可配置，默认为9600bps；通信协议：MODBUS 协议，默认地址号为 1。 

所述的抽油机无线电参数采集模块12是一智能型三相电参数数据综合采集模块； 三表法准确测量三相三线制或三相四线制交流电路中的三相电流、三相电压真有效值、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度等电参数；其输入为三相电压0～500V、三相电流0～1000A；输出为RS-485 或 RS-232 接口的数字信号，支持的通讯规约有 3 种：ASCII 码协议、十六进制 LC-01 协议、MODBUS-RTU 协议，3 种协议可同时识使用，无需配置；广泛应用于各种工业控制与测量系统及各种集散式/分布式电力监控系统，能替代过去的电流、电压、功率、 功率因数、电量等一系列变送器及测量这些变送器标准输出信号的模入模块，可大大降低系统成本, 方便现场布线，提高系统的可靠性。其可与其他厂家的控制模块挂在同一 485 总线上，且便于计算机编程，使你轻松地构建自己的测控系统；采用电磁隔离和光电隔离技术，电压输入、电流输入及输出三方完全隔离；

其主要的功能与技术指标如下：

输入信号：三相交流 50/60Hz电压、电流。输入频率：45～75Hz；电压量程相电压：60V、100V、250V、300V、400V、500V 可选；电流量程： 1A、2A、5A、20A、50A、100A、200A、500A、1000A可选；信号处理： 16 位 A/D 转换，6 通道，每通道均以 4KHz 速率同步交流采样，真有效值测量；数据更新：模块实时数据的更新周期可设置40mS～1000mS，每步为 10mS；MODBUS-RTU 协议中的配置界面进行配置；更新周期默认为250ms；过载能力：1.4 倍量程输入可正确测量；小于10 周波时，瞬间电流为 5倍，电压 3 倍量程不损坏；通讯输出数据：三相相电压 Ua、Ub、Uc；三相电流 Ia、Ib、Ic；有功功率P、无功功率Q、功率因数PF、各相有功功率Pa、Pb、Pc；正反向有功电度等电参数；输出接口：RS-485  二线制  ±15KV ESD 保护、 或RS-232三线制 ±2KV ESD 保护；通讯速率Bps：1200、2400、4800、9600、19.2K；通讯协议： ASCII 码格式协议、十六进制 LC-01 协议、MODBUS-RTU 协议，3 种协议可同时识别使用，无需配置；测量精度：电流、电压：0.2 级 ； 其它电量：0.5 级；参数设定：模块地址、通讯速率可通过通讯接口设定；有功电量底数可通过通讯接口清0；模块供电电源： +5V±5%、+8～30V、AC220或 AC 100V选其一；功耗：小于0.5W；+5V 供电，消耗电流小于 70mA，输入纹波小于 100mV，输入电压5V±5%；+8～30V供电，消耗电流小于70mA，最高输入电压不得超过+32V；交流供电50HZ，输入电压为AC85～265V ； 

隔离电压：输入-输出：1000VDC；电流输入、电压输入、AC 电源输入和通讯接口输出之间均相互隔离。

根据原油液面的深度实现自动采油，如原油液面达到1500米以上，系统自动启动工作。同时；油井停止工作时带有语音提示功能，以保证油井周围工作人员的安全。原油液面低于800米时，系统自动停止工作。做到无人看管和采油机不做无用功，给企业和国家节省大量的电能和人工。

系统难点在于：1．次声波的发射、接收，来实现油液面深度的探测。2．无线重力加速度的测量。可作为液面深度的二次准确测量。3．通信的扰频和串频问题。4．晶振在低温下的温漂问题。5．传感材料在低温中存在漂移及特性变化。6．工业电源的大浪涌电流及强共模干扰对精密测量代器的影响。7．大量数据的无线TCP／IP数据链路及软件处理。本系统通过一年多的研究及现场实验，对上述难点已经攻克和解决了。在原材料中使用了低温漂和抗静电高新材料。使用高精度、高倍放大信号放大电路及复合滤波电路对信号进行处理达到了预期的目标。

主要技术指标：

1．可使用的环境温度：-40~85摄氏度。

2、远程传输：距离不限（指在有手机网络信号的前提下，产品可做成有线和无线或远程控制型。）

3、最大位移：100米

4、载荷测量范围：0~150KN  精度1%

5、压力量程：0~35Mp  精度1%

6、测温范围：0~400  0℃  精度1%

7、液面测量深度：20~3000米  误差〈0.5%。

Claims (5)

1.一种抽油机节能采油自动控制系统，其特征在于：所述的抽油机节能采油自动控制系统包括GPRS服务网络（1），采集终端一（2），采集终端二（3），采集终端三（4），动液面终端参数采集模块（5），加热炉终端参数采集模块（6），抽油机无线视频模块（7），抽油机无线动平衡模块（8），抽油机无线位移载荷一体化传感器（9），抽油机无线温度模块（10），抽油机无线压力模块（11），抽油机无线电参数采集模块（12），用户网络终端机（13），互联网接入装置（14），终端机（15），服务器（16）；

其中：采集终端一（2）、采集终端二（3）和采集终端三（4）分别通过无线传输与GPRS服务网络（1）通讯，量油（动液面）终端参数采集模块（5）与采集终端三（4）集成在一起，加热炉终端参数采集模块（6）与采集终端二（3）集成在一起；

抽油机无线视频模块（7）、抽油机无线动平衡模块（8）、抽油机无线位移载荷一体化传感器（9）、抽油机无线温度模块（10）、抽油机无线压力模块（11）和抽油机无线电参数采集模块（12）分别通过无线信号与采集终端一（2）通讯；

用户网络终端机（13）分别通过互联网接入装置（14）与终端机（15）和服务器（16）连接，服务器（16）通过无线信号与GPRS服务网络（1）通讯。

2.按照权利要求1所述的抽油机节能采油自动控制系统，其特征在于：所述的抽油机无线电参数采集模块（12）内部包括电压、电流、功率、功率因数、有功功率、无功功率的采集模块。

3.按照权利要求1所述的抽油机节能采油自动控制系统，其特征在于：所述的无线位移载荷一体化传感器（9）是针对游梁式抽油机功图测量应用而设计的数字化传感器产品，应用无线数字通讯、力敏、低功耗单片机技术，对光杆载荷在线测量；信号通过无线传送，内置高能电池供电，电池电压远程监测，低功耗设计，睡眠、事件触发唤醒自动切换，设置参数定时采集功图，功图测试完全实现不停抽自动定时测试；

具体性能指标： 

（1） 量程：0-100KN-150KN-200KN ，用户可选择，精度：1％F.S； 

（2 ）防护等级  IP65 ；工作环境温度：－40～＋85℃ ； 

（3） 无线通信距离：1000 米 ；

（4）无线数字化传感器网络通讯，有效通讯距离≥200m；ISM                                       工作频段载波，无需申请频点；GFSK窄带调制，同时采用了高效前向纠错信道编解码技术，提高低功耗情况下数据通讯可靠性；

（5） 供电：内置  3.6V/19Ah高能电池；采用休眠与间歇工作机制，      按照30 分钟采集一幅常规功图，冲次>1.5的使用频率，能工作 12 个月； 

（6）无线角位移传感器实现全无线功图采集； 

（7） 适合于直径小于40mm光杆的抽油机井动态载荷测量。

4.按照权利要求1所述的抽油机节能采油自动控制系统，其特征在于：所述的采集终端一（2）能以无线通信的方式能够数据，并通过 modbus 通信协议输出给用户；通信频段：430MHz~450MHz；无线通信距离：1000 米； 供电：9~30VDC, 2W；工作环境温度：－40～＋85℃；通信接口：RS232 或 RS485，用户可定制，出厂默认为 RS485接口，波特率可配置，默认为9600bps；通信协议：MODBUS 协议，默认地址号为 1。

5.按照权利要求1所述的抽油机节能采油自动控制系统，其特征在于：所述的抽油机无线电参数采集模块（12）是一智能型三相电参数数据综合采集模块； 三表法准确测量三相三线制或三相四线制交流电路中的三相电流、三相电压（真有效值）、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度等电参数；其输入为三相电压（0～500V）、三相电流（0～1000A）；输出为RS-485 或 RS-232 接口的数字信号，支持的通讯规约有 3 种：ASCII 码协议、十六进制 LC-01 协议、MODBUS-RTU 协议，3 种协议可同时识使用，无需配置；广泛应用于各种工业控制与测量系统及各种集散式/分布式电力监控系统，能替代过去的电流、电压、功率、 功率因数、电量等一系列变送器及测量这些变送器标准输出信号的模入模块，可大大降低系统成本, 方便现场布线，提高系统的可靠性，其可与其他厂家的控制模块挂在同一 485 总线上，且便于计算机编程，使你轻松地构建自己的测控系统；采用电磁隔离和光电隔离技术，电压输入、电流输入及输出三方完全隔离；

其主要的功能与技术指标如下：

输入信号：三相交流 50/60Hz电压、电流；

 输入频率：45～75Hz；电压量程（相电压）：60V、100V、250V、300V、400V、500V 可选；电流量程： 1A、2A、5A、20A、50A、100A、200A、500A、1000A可选；信号处理： 16 位 A/D 转换，6 通道，每通道均以 4KHz 速率同步交流采样，真有效值测量；数据更新：模块实时数据的更新周期可设置40mS～1000mS，每步为 10mS；MODBUS-RTU 协议中的配置界面进行配置；更新周期默认为250ms；过载能力：1.4 倍量程输入可正确测量；小于10 周波时，瞬间电流为 5倍，电压 3 倍量程不损坏；通讯输出数据：三相相电压 Ua、Ub、Uc；三相电流 Ia、Ib、Ic；有功功率P、无功功率Q、功率因数PF、各相有功功率Pa、Pb、Pc；正反向有功电度等电参数；输出接口：RS-485  二线制  ±15KV ESD 保护、 或RS-232三线制 ±2KV ESD 保护；通讯速率（Bps）：1200、2400、4800、9600、19.2K；通讯协议： ASCII 码格式协议、十六进制 LC-01 协议、MODBUS-RTU 协议，3 种协议可同时识别使用，无需配置；测量精度：电流、电压：0.2 级 ； 其它电量：0.5 级；参数设定：模块地址、通讯速率可通过通讯接口设定；有功电量底数可通过通讯接口清0；模块供电电源： +5V±5%、+8～30V、AC220或 AC 100V选其一；功耗：小于0.5W；+5V 供电，消耗电流小于 70mA，输入纹波小于 100mV，输入电压5V±5%；+8～30V供电，消耗电流小于70mA，最高输入电压不得超过+32V；交流供电（50HZ），输入电压为AC85～265V ； 

隔离电压：输入-输出：1000VDC；电流输入、电压输入、AC 电源输入和通讯接口输出之间均相互隔离。