远程油井监测系统的设计与实现

远程油井监测系统的设计与实现古延辉姚竹亭（中北大学机械工程及自动化学院，山西太原030051）摘要：油井自动监测与计量技术是集计算机、传感器、网络通讯等技术于一体的智能化监控体系,能够实现抽油井工况连续监测、异常工况及时报警、参数管理数据库化及网络化。现场实验表明该系统智能化控制程度高、提高了抽油井开井时率与工况正常率、稳定可靠、减少了员工数量、节省了生产费用、初步形成了信息化、科学化的油井管理模式。关键词:数据采集;油井监测系统；计量；传感器中图分类号：TP31文献标示码：BThedesignofdistributedoilwellmonitorsystemGuYan-huiYaoZhu-ting(Dept.ofMechanicalEngineeringandAutomaticControl,NorthUniversityofChina,Taiyuan,Shanxi030051)Abstract:Supportedbycomputertechnology,sensortechnologyandcommuciationnetwork,thetechniqueofautomaticmonitoringandmeasuringsystemforpumpingunitshavebeenusedinoilfield.Usingthesystem,theconditionofpumpingwellonthebeamcanbecontinuouslyobserved,abnormityconditioncanbereportedontime,andparametermanagementwillbecomeadatasystemandanetworksystem.Theexperimentshowsthatthissystemcanmeettheneedsofproductionandisreliableinperformance,highinintelligence.Itcomesintobeingthecommunicationandscientificmodeoftheproductionwell’smanagement.Keyword:datacollection;oilwellmonitorsystem;measuring;sensor0前言：在我国油田大多数采用抽油机采油，一个采油厂有多个采油站，一个采油站又由多台采油机组成，采油机采出的原油集中到采油站，在采油站经加温加压送往输油管道。抽油机分散在采油站周围，距离较远，少则几千米，多则几十千米，工人巡井就存在着事故状态无法及时报警和控制,突发事件不能及时处理、数据采集不及时等问题。针对上述情况，与油田合作研究了一计算机系统，对采油站每口井的油温及断流情况进行监测，当出现故障时尽早发现并做出处理，使管理人员不必深入现场就可以随时准确地获得所需的数据,并进行统计分析,提高生产效益和管理水平。1工作原理：系统通过数据采集器,获取安装在油井抽油机上载荷和位移传感器等数据,将其传送到数据处理点(中心控制室)。数据处理点对采集点传送的数据,通过监测和油井计量分析系统软件,实时显示监测功图、分析油井工况、计算出油井产液量。2系统功能：该监测系统可对32口油井输油管道原油流动状况进行自动检测，主要功能如下：1）对32口油井油温自动监测，并可巡回显示或定格显示各路状态；2）可定时或手动打印出全部油井油温；3）当某一输油管道断流150S以上时，确认该油井断流，记录下该井号与断流时间，发出报警；4）当确认某一输油管道又恢复正常后，自动打印该井号和恢复时间；5）巡回显示故障井号，无故障时显示工作正常指示灯；6）具有年、月、日、时、分、秒实时日历，并可进行校准；7）根据油井断流累计时间，可间接估算产油量。3系统的硬件组成：该监测系统以AT89C52CPU为主机，采用CMOS集成电路，降低了功耗，提高了系统的抗干扰能力，增强稳定性。硬件组成以AT89C52CPU为核心，主要由译码器、总线驱动器、程序存储器、数据存储器、键盘组成，如图1所示。其中，S1-S8分别为日/秒、月/分、年/时、选择、消音、改写、定格、打印共八个触摸按键，PS1-PS4为口地址译码。PS1为数据采集模拟通道切换口地址及键盘读取地址，PS2为开关量口地址，PS3为打印口地址，PS4为实时日历时钟DS12887口地址。74HC245用于双向数据总线驱动，以提高驱动及抗干扰能力，数据存储器采用62256，存储容量为32K。油井断流与否由传感器检测，当油井断流时，传感器输出一常开接点信号，当油井工作正常时，传感器输出一常闭接点信号，该信号为无压接点，通过数据选择器74HC253读取接点开关状态，并由计算机判断油井是否断流。系统采用Cu50热电阻温度传感器测量油温，把32个温度传感器串联起来，采用恒流源测量方法。在测量温度时，从第1温度点到第32温度点逐点测量。从Cu50传感器上取得的电压只有零点几伏，在送至A/D转换器之前，还要进行线性放大处理，变成0-5VDC信号，由于测量精度要求不高，这里采用12位A/D转换器ADS7822进行数据采集。P27-P20P07-P00ALE/EA/RD/WRXTAL1XTAL2P17RSTGAL16V8PS1（0000H）PS2（0800H）PS3（1000H）PS4（1800H）DQG74HC373A14-A0D7-D0/CE/OE/WEA7-A0AD7-AD0622568000H-FFFFH/RD/WR22pF12MHz22pFABDIRD7-D0AD7-AD0/RD/WRWDTRESETMAX813L1A1B2A2B3A3B4A4B5A5B6A6B7A7B8A8B/GDIRD7D6D5D4D3D2D1D0PS1S1S2S3S4S5S6S7S810KΩ*8+5V图1.系统基本配置电路为避免定时器中断频繁干扰CPU工作，且一旦掉电，时钟立即停止计时，采用Dallas公司生产的实时日历时钟芯片DS12887，该芯片不仅提供14B时钟和控制单元及114B用户RAM，而且一经校准便自动计时，停电时由3节Ni-Cd充电电池供电。此时钟芯片具有μP接口，可作为CPU的一个外设，片选为PS4。4软件设计软件设计流程图如图2所示。为完成对油井工况的监测，须编制相应的软件，具体模块如下：1）系统初始化程序：完成对CPU、标志单元、时钟日历等的初始化；2）键盘扫描及处理程序：完成对八个功能键S1-S8的扫描处理；3）开关量检测程序：通过对开关量K0-K31的检测，判断油井工作状况，并做出相应指示；上电设置栈指针SP，初始化标志寄存器、计数器及日历时钟，初始化89C52采样时间到？有键按下？采样时间计数器清零，调用油温数据采集子程序，工程量转换并存储有断流？首次断流？断流时间到150S？累计断流时间确认油井已断，打印井号、断流时间，发出报警清以确认油井断流标志调用显示子程序调用油温打印子程序键值处理YNYNNYYNNY记录首次断流时间Y存储油井断流累计时间，打印恢复正常工作的油井井号和时间图2.软件设计流程图4）数据采集程序：定时对32路油井管道温度进行检测，将温度对应的电压信号变成000H-3FFH之间的数字信号；5）故障报警程序：当出现断流故障，实现声光报警，按下消除键，声音解除；6）显示程序：根据现行显示标志的状态，将显示缓冲区的内容送LED显示，同时点亮状态指示灯。7）打印程序：根据不同的情况，完成不同的打印操作。数据送往打印机之前，先接通打印机电源，延时5S，最后一个数据送往打印机之后，延时5S断开打印机电源，确保打印机正常完成打印；8）日历时钟校准程序：通过功能键实现对日历时钟的校准，初始化时钟单元5结论该系统已用于胜利油田某一油厂，经过实际运行，表明系统设计合理，性能可靠。油井自动监测系统施工期短、投资低、操作方便、自动化程度高，可真正实现足不出户就可随时监控每口油井的生产情况。系统采用自动数据采集,首先保证了资料的客观性和准确性;其次可以实现连续测试,提高计量精度。该技术的应用,实现了油井计量方式的简化与变革,为油田生产自动化和信息化管理开辟了一条新的途径。参考文献[1]袁业启,耿丽萍，崔新兰等.抽油机井功图试井技术在文留油田的应用[J].油气井测试.2002，11（4）：56-57[2]刘世平，文健.抽油井生产时率监测报警系统的应用[J].江汉石油职工大学学报,2006，07（4）：44-46.[3]迟钦河,赵仲生.89C51单片机在多通道数据采集系统中的应用[J].自动化仪表,2000(6):33-35.[4]王仪，何先俊，孙思平等.抽油井工况自动远程监测在吐哈温米油田应用分析[J].油气井测试.2003，06（3）：63-66.[5]何立民，单片机与嵌入式系统应用［M］．北京航空航天出版社，2003作者简介：古延辉，男，1980年出生，现中北大学在读硕士研究生，山西省太原市中北大学1027信箱，邮编030051主要从事控制系统的建模与仿真，单片机等的开发与研究工作。联系电话：[phone]Email:[e-mail]