間抽井井況診斷與計(jì)量在RTU中的實(shí)現(xiàn)

大慶油田通信公司 王俊

抽油井采油是石油工業(yè)傳統(tǒng)的采油方式之一，也是迄今為止在采油工程中一直占主導(dǎo)地位的采油方式。隨著油田開發(fā)的深入，一部分抽油井因油層壓力降低、供液能力變差等原因，致使油井產(chǎn)液量逐年遞減，成為低產(chǎn)低能井，也就是間抽井。由于油井供液不足，致使深井泵工作效率低，油井生產(chǎn)極其不穩(wěn)定，設(shè)備大部分時(shí)間處于無功消耗狀態(tài)下，使得管理難度加大，在正常的工作制度下，很難對此類油井進(jìn)行合理高效的管理，而且油井在長時(shí)間無功狀態(tài)下運(yùn)行造成設(shè)備的無謂磨損，對安全生產(chǎn)也造成了一定的影響。

1 背景介紹

傳統(tǒng)的抽油井巡檢方式是人工巡檢，巡檢周期長、準(zhǔn)確性不高，不能及時(shí)反饋現(xiàn)場抽油機(jī)井況，影響正常生產(chǎn)。針對人工巡檢的缺點(diǎn)，大部分油田開始采用自動(dòng)化設(shè)備對井況參數(shù)進(jìn)行采集，目前大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集設(shè)備只是將現(xiàn)場的工藝參數(shù)（示功圖、油壓、套壓、油溫、啟停狀態(tài)等）傳輸?shù)街行目刂剖?，在中心控制室進(jìn)行后臺(tái)分析處理。此類設(shè)備主要以數(shù)據(jù)采集為主，定期形成報(bào)表（日報(bào)表、月報(bào)表等），無法對間抽井井況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線診斷，也就無法對間抽井的產(chǎn)液量進(jìn)行有效的計(jì)量，不能使自動(dòng)化設(shè)備更好的服務(wù)于數(shù)字化油田管理。

近幾年隨著高性能RTU技術(shù)、抽油機(jī)井況診斷技術(shù)、功圖量油技術(shù)的發(fā)展，在技術(shù)上可以將油井診斷與計(jì)量在RTU中完成，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井的實(shí)時(shí)診斷與計(jì)量，及時(shí)掌握抽油機(jī)井的生產(chǎn)情況，下面介紹這幾種技術(shù)。

1.1 高性能RTU技術(shù)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，RTU核心芯片從單片機(jī)發(fā)展到了多核處理器，從8位微處理器發(fā)展到32位微處理器，從匯編語言發(fā)展到嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，從幾KB內(nèi)存發(fā)展到幾十MB內(nèi)存，從幾MHZ主頻發(fā)展到幾百M(fèi)HZ主頻，從單一的RS232串行通信發(fā)展成RS232、RS485、CAN接口、網(wǎng)絡(luò)接口、USB接口等多種通信方式。這些發(fā)展使RTU在處理速度、處理能力、通信方式上得到極大的提高，也提高了RTU解決問題的能力。

1.2 抽油機(jī)井況診斷技術(shù)

抽油機(jī)井況診斷技術(shù)的研究，一直是國內(nèi)外采油工程技術(shù)人員的課題，及時(shí)、準(zhǔn)確地了解抽油系統(tǒng)的工作狀況，對提高抽油效率、降低機(jī)械采油成本和提高油井產(chǎn)量都具有非常重要的意義。抽油井井況診斷技術(shù)始于上世紀(jì)20年代，經(jīng)過90余年的發(fā)展，目前已走向成熟，主要通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用模式識(shí)別技術(shù)，對采集到的示功圖進(jìn)行分析，提取關(guān)鍵特征，實(shí)現(xiàn)對抽油井的井況診斷。

1.3 功圖量油技術(shù)

“功圖量油”油井計(jì)量技術(shù)是依據(jù)游梁機(jī)—深井泵工作狀態(tài)與油井產(chǎn)液量變化關(guān)系，即把有桿泵抽油系統(tǒng)視為一個(gè)復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在一定的邊界條件和一定的初始條件（如周期條件）下，對外部激勵(lì)（地面功圖）產(chǎn)生響應(yīng)（泵功圖）。然后對此泵功圖進(jìn)行分析，確定泵的有效沖程、泵漏失、充滿程度、氣影響等，計(jì)算井下泵排量，進(jìn)而求出地面折算有效排量。

2 設(shè)計(jì)方案

整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要方案為通過設(shè)計(jì)高性能RTU，將抽油機(jī)井況診斷算法、功圖量油算法嵌入到RTU中，通過對采集的抽油井示功圖等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到抽油機(jī)井的井況和產(chǎn)液量。系統(tǒng)分為三部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，下面按各部分設(shè)計(jì)分別介紹。

2.1 RTU設(shè)計(jì)

RTU按照工業(yè)級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，內(nèi)嵌Linux操作系統(tǒng)、IEC61131-3開發(fā)環(huán)境、C語言開發(fā)環(huán)境，可以對系統(tǒng)進(jìn)行在線升級(jí)。硬件按照EMC 3級(jí)及UL標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗干擾及安全設(shè)計(jì)，提高整個(gè)產(chǎn)品的可靠性。外圍有豐富的I/O接口、通訊接口（8AI 8DI4DO 2AO 1RS232 1RS485 1RS232/RS485 1RJ45），滿足抽油機(jī)井況診斷與計(jì)量的需要。RTU設(shè)計(jì)分為硬件和底層軟件兩部分。

2.1.1 RTU硬件設(shè)計(jì)

RTU硬件設(shè)計(jì)采用核心板+外圍I/O電路的模式，核心板模式適合開發(fā)不同I/O點(diǎn)的RTU，使得RTU性能更可靠，兼容性更強(qiáng)。

（1）核心板設(shè)計(jì)

核心板采用Atmel的SAM9處理器作為核心處理器，該處理器技術(shù)指標(biāo)如下，核心板的原理圖如圖1所示。

? 處理器速度最大達(dá)240MHz，內(nèi)存最大64Mbytes，并行FLASH最大達(dá)4Gbytes；

? SAM9處理器采用的是ARM926EJ-S核，ARM926EJ-S內(nèi)核擁有ARM7核基本功能外，還擴(kuò)展了定點(diǎn)DSP指令和JAVA指令支持；

? SAM9處理器采用的是5級(jí)流水線，在原來ARM7基礎(chǔ)上增加了指令高速緩存和寫緩沖技術(shù)，大大增加了指令處理速度，降低了指令處理復(fù)雜度；

? SAM9處理器支持虛擬內(nèi)存管理(MMU)，可以運(yùn)行LINUX、WINCE這樣的大操作系統(tǒng)；

? SAM9處理器多達(dá)217個(gè)管腳，外圍接口種類多、數(shù)量多，支持更多的應(yīng)用。

圖1 核心板原理圖

SAM9核心板硬件包括幾個(gè)方面：

? 主CPU單元：主控制器是ATMEL公司生產(chǎn)的SAM9系列控制器AT91SAM9RL64，主頻240MHz主頻。包括各種外圍接口，方便擴(kuò)展，簡化應(yīng)用；

? 電源單元：核心板需要5V電壓源，然后由核心板上的電源轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為3.3V、1.2V，供核心板使用；

? 存儲(chǔ)器單元：存儲(chǔ)器單元包括兩部分，一部分是內(nèi)存部分，另一部分是閃存部分，AT91SAM9RL64控制器已經(jīng)有SDRAM內(nèi)存接口和閃存硬件接口，本核心板內(nèi)存為32Mbytes，閃存為256Mbytes；

? 外擴(kuò)鐵電FRAM可用于掉電時(shí)數(shù)據(jù)的保護(hù)；

? 日歷時(shí)鐘單元：RTC單元是控制器自帶的，但是必須外接電池供電，否則斷電后RTC時(shí)間設(shè)置丟失。本控制已經(jīng)留有電池供電接口；

? 溫度檢測單元：本核心板帶有溫度檢測，檢測核心板環(huán)境溫度；

? 調(diào)試接口單元：核心板上自帶簡易JTAG調(diào)試接口，方便程序調(diào)試；

? 通信接口單元：核心板上包括串口通信和USB通信接口，供程序下載與調(diào)試實(shí)用。

（2）外圍電路設(shè)計(jì)

RTU外圍I/O電路采用隔離設(shè)計(jì)，AI、DI、AO、DO、RS232、RS485、Ethernet等接口經(jīng)過隔離后接入到核心板。RTU按照EMC3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，提高RTU的可靠性。外圍電路原理圖如圖2所示。

圖2 外圍電路原理圖

外圍電路包含如下幾個(gè)方面：

? 提供3個(gè)串行通信接口電路，其中兩個(gè)為RS485，一個(gè)為RS232或RS485可選則接口，每個(gè)串行接口電路都為隔離接口，并有抗瞬變干擾設(shè)計(jì)；

? 提供1個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信接口電路，接口電路為隔離接口，并有抗瞬變干擾設(shè)計(jì)；

? 提供8路4～20mA模擬輸入（AI）接口，AI信號(hào)經(jīng)輸入接口電路到AD轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)數(shù)字隔離到主控芯片。AD選用16位AD芯片。AI入口電路具有抗干擾設(shè)計(jì)，如可恢復(fù)保險(xiǎn)、瞬變管、壓敏電阻保護(hù)等；

? 提供8路數(shù)字輸入（DI）接口，DI信號(hào)經(jīng)入口電路后，再經(jīng)隔離到主控芯片，DI入口電路具有抗干擾設(shè)計(jì)，如瞬變管、壓敏電阻保護(hù)等；

? 提供4路數(shù)字輸出（DO）接口，主控芯片DO經(jīng)隔離后驅(qū)動(dòng)輸出FET管，可外接繼電器控制各類設(shè)備。選用具有高耐壓、大電流FET管作為輸出管；

? 提供2路4～20mA模擬輸出（AO）接口，AO信號(hào)經(jīng)隔離后到達(dá)AO輸出電路，經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換后輸出。輸出管選用高耐壓、大電流的FET管。

2.1.2 RTU運(yùn)行程序設(shè)計(jì)

RTU運(yùn)行程序由Linux操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序、IEC61131-3編程環(huán)境、功圖采集、診斷、量油、第三方應(yīng)用程序等組成。第三方應(yīng)用程序開發(fā)既支持IEC61131-3開發(fā)環(huán)境，又支持C語言開發(fā)環(huán)境，并且可以進(jìn)行在線升級(jí)。

Linux操作系統(tǒng)有很多特點(diǎn)適合作為RTU內(nèi)嵌的操作系統(tǒng)，特點(diǎn)如下。

（1）Linux是基于Posix操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，因此很多程序可以不用修改或做較少修改就很容易地移植到該系統(tǒng)下，編程接口方便、熟悉，類似于PC機(jī)的程序開發(fā)；

（2）Linux支持各種文件系統(tǒng)，而且支持各種文件格式；

（3）Linux支持如今絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，而且這些協(xié)議棧也非常穩(wěn)定，接口通用，可以滿足各種網(wǎng)絡(luò)需求；

（4）基于Linux上的應(yīng)用軟件有很多，比如說數(shù)據(jù)庫、web服務(wù)器、圖形系統(tǒng)庫、文件傳輸、系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)信息、各種分析工具等；

（5）Linux支持多種編程語言編程（C/C++、SHELL、java等），這給編程人員帶來很大方便。

RTU運(yùn)行程序由內(nèi)層到外層如圖3所示。

從內(nèi)層到外層，由啟動(dòng)程序、內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用程序、第三方程序，由嵌入式開發(fā)到應(yīng)用開發(fā)，設(shè)計(jì)人員也由專業(yè)開發(fā)人員到應(yīng)用開發(fā)人員，這樣的結(jié)構(gòu)便于推廣RTU在各行業(yè)的應(yīng)用。

圖3 系統(tǒng)程序?qū)哟螆D

（1）BootStrap程序：BootStrap程序是上電時(shí)首先需要運(yùn)行的程序，該程序主要用來初始化CPU和一些硬件，例如NAND FLASH、SDRAM等；

（2）Linux內(nèi)核程序、根文件系統(tǒng)：zImage1.00程序?yàn)長inux內(nèi)核程序，sysfs1.00.img程序?yàn)橄到y(tǒng)根文件系統(tǒng)，包含各種命令和程序，包括用戶程序；

（3）系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序：包含了AI、DI、DO、AO驅(qū)動(dòng)程序，RS232、RS485、Ethernet通信驅(qū)動(dòng)程序；Modbus RTU/ASCII、Modbus TCP/UDP/IN TCP/IN UDP、DNP3等通信協(xié)議，也包含了IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)編程環(huán)境支持程序；

（4）系統(tǒng)應(yīng)用程序：包含了功圖采集、井況診斷、功圖量油等程序，在系統(tǒng)底層程序基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)應(yīng)用程序可以進(jìn)行在線升級(jí)；

（5）第三方應(yīng)用程序：為了適應(yīng)不同地區(qū)產(chǎn)品特殊性需要，可以由第三方根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況編寫特殊功能程序，編程環(huán)境符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，支持LD、FBD、IL、ST、SFC五種程序語言。

2.2 抽油機(jī)井況診斷與計(jì)量設(shè)計(jì)

2.2.1 井況診斷設(shè)計(jì)

抽油機(jī)井況診斷是以模式識(shí)別為基礎(chǔ)的人工智能診斷法，主要以泵功圖為診斷依據(jù)，著重在提取泵功圖的特征，包括幾何、形狀、力學(xué)等方面的特征，并經(jīng)歐氏距離、絕對差距離、費(fèi)歇分類器、模糊綜合評判等分類器進(jìn)行分類判別，實(shí)現(xiàn)抽油系統(tǒng)的井況診斷。建立包括泵正常工作、固定凡爾漏失、供液不足、氣體影響、抽噴、雙凡爾漏失、泵基本不工作、抽油桿斷脫等十余種抽油系統(tǒng)工況的診斷知識(shí)庫。

井況診斷流程圖如圖4所示。

圖4 井況診斷流程框圖

（1）示功圖采集

通過安裝在懸繩上的負(fù)荷傳感器采集油井的動(dòng)態(tài)負(fù)荷，通過安裝在游梁上的角位移采集游梁運(yùn)行的角度進(jìn)而計(jì)算出懸點(diǎn)位移的變化，位移與負(fù)荷的二維圖形就是示功圖，示功圖也可以采用無線示功圖方式進(jìn)行采集。

（2）泵功圖轉(zhuǎn)換

計(jì)算各級(jí)桿端功圖采用傅氏矩陣遞推的形式，推導(dǎo)簡便，表達(dá)簡捷，三角級(jí)數(shù)求和計(jì)算全部采用快速遞推求和法，將三角函數(shù)的調(diào)用次數(shù)降到最低，大大降低了運(yùn)算速度，通過用泵功圖計(jì)算產(chǎn)液量可以消除抽油桿柱的變形、桿柱的粘滯阻力、振動(dòng)和慣性等的影響。

（3）特征值提取

通過灰度矩陣獲取示功圖的特征值，泵功圖的灰度矩陣是在其網(wǎng)格矩陣的基礎(chǔ)上形成的，其形成過程分為四步：

? 功圖標(biāo)準(zhǔn)化，為了便于比較油井各類工礦相除泵功圖量綱對數(shù)據(jù)的影響，首先將泵功圖進(jìn)行無量綱處理，形成標(biāo)準(zhǔn)化功圖；

? 將長方形分為網(wǎng)格，通常采用1個(gè)網(wǎng)格，將此網(wǎng)格初始化為“0”；

? 令示功圖邊界穿越的網(wǎng)眼灰度均賦“1”；

? 邊界內(nèi)部每遠(yuǎn)離邊界一格其灰度值增加一級(jí)，外部按等高線的方式賦值，只是每遠(yuǎn)離邊界一格其灰度值減少一級(jí)，搜索邊界的方式是按列進(jìn)行，最終獲得功圖網(wǎng)格矩陣。

灰度統(tǒng)計(jì)特征，依據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，取灰度矩陣的6個(gè)統(tǒng)計(jì)特征，分別是灰度的均值、方差、偏度、峰度、能量、熵。

（4）專家會(huì)診模塊

泵功圖的實(shí)際工況與專家?guī)熘袇⒖脊收媳霉D的統(tǒng)計(jì)特征量之間進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)分析，關(guān)聯(lián)度越大，實(shí)際井況與相應(yīng)的參考故障越接近，從而建立抽油井故障診斷模型。根據(jù)與專家?guī)爝M(jìn)行灰關(guān)聯(lián)分析，可以診斷出泵正常工作、固定凡爾漏失、供液不足、氣體影響、抽噴、雙凡爾漏失、泵基本不工作、抽油桿斷脫等十余種抽油系統(tǒng)工況。

（5）診斷結(jié)果輸出

通過診斷不僅能得到抽油機(jī)井的工況，也可以得到抽油機(jī)運(yùn)行的一些數(shù)據(jù)，如抽油機(jī)曲柄扭矩曲線、抽油桿受力分析、泵效分析、采油參數(shù)分析等。

? 扭矩曲線

根據(jù)抽汲同期內(nèi)等時(shí)間間隔的測試時(shí)間序列計(jì)算相應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角的扭矩因素，由相應(yīng)各點(diǎn)的懸點(diǎn)測試載荷值計(jì)算各點(diǎn)的載荷扭矩Mp，計(jì)算各點(diǎn)曲柄平衡扭矩Mc，求出各點(diǎn)凈扭矩M，以橫坐標(biāo)為曲柄轉(zhuǎn)角，縱坐標(biāo)為扭矩，繪制出扭矩曲線。

? 受力分析

計(jì)算各級(jí)桿柱頂部的最大與最小應(yīng)力，根據(jù)各級(jí)桿柱頂部示功圖可得出各級(jí)桿柱承受的最大載荷和最小載荷，算出各級(jí)桿的最大與最小應(yīng)力。

? 泵效分析

通過計(jì)算電機(jī)輸入功率、井下泵功率（有效功率）、光桿功率，可以得到抽油機(jī)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率（有效功率/電機(jī)輸入功率）、地面系統(tǒng)效率（光桿功率/電機(jī)輸入功率）、井下系統(tǒng)效率（有效功率/光桿功率）。

? 采油參數(shù)分析

通過對油井工況的診斷，可以判斷油井的供液能力（泵的充滿度），也就可以依據(jù)參數(shù)對沖次進(jìn)行相應(yīng)的控制，通過自動(dòng)控制抽油機(jī)的沖次（利用變頻器實(shí)現(xiàn)），來實(shí)現(xiàn)油井供液能力與理論設(shè)計(jì)排量匹配的問題，并且考慮抽空的極限情況，實(shí)現(xiàn)停機(jī)關(guān)井，間歇抽油。這樣既節(jié)約電能又可避免過度抽汲的破壞作用(液擊和磨損)。

2.2.2 功圖法量油

通過采集每個(gè)沖程的示功圖數(shù)據(jù)，根據(jù)示功圖數(shù)據(jù)的變化，分布每個(gè)沖程泵內(nèi)液體的充滿程度，把泵筒作為計(jì)量容器，計(jì)算出每個(gè)沖程的抽汲量，經(jīng)過累加，計(jì)算出單井的產(chǎn)液量。

功圖量油流程圖如圖5所示。

圖5 功圖量油流程框圖

（1）凡爾開閉點(diǎn)及有效沖程獲取

各種泵況其功圖的幾何特征都突出表現(xiàn)在閥開啟的位置變化，所以閥開啟點(diǎn)和關(guān)閉點(diǎn)的位置確定，以及對閥開啟滯后和關(guān)閉超前產(chǎn)生的無效沖程造成的排量損失的計(jì)算都很重要。凡爾開閉點(diǎn)的確定主要通過泵功圖各點(diǎn)的曲線斜率的變化極值。

泵功圖中游動(dòng)凡爾開閉點(diǎn)之間的水平距離即柱塞的有效沖程。

（2）壓力梯度計(jì)算

計(jì)算抽油井油管內(nèi)的壓力分布和密度分布，對于掌握抽油機(jī)井油管內(nèi)氣液兩相流的流動(dòng)型態(tài)、計(jì)算抽油泵的效率及抽油機(jī)井的產(chǎn)液量極為重要。

（3）計(jì)算漏失系數(shù)

取壓縮氣體的過程為多變過程，依據(jù)上述計(jì)算出的抽油機(jī)井內(nèi)的壓力分布，計(jì)算泵的吸入口壓力和排出口壓力后，便可以計(jì)算出泵的吸入因數(shù)、排出因數(shù)和充滿因數(shù)。再根據(jù)對吸入過程和排出過程漏失因數(shù)的公式，最后求出泵的產(chǎn)液量。

（4）產(chǎn)液量計(jì)算

通過以上步驟獲得有效沖程和漏失系數(shù)后，通過下面公式既可得到抽油機(jī)井的產(chǎn)液量。功圖量油計(jì)算公式如下。

2.2.3 井況診斷和功圖量油參數(shù)維護(hù)

井況實(shí)時(shí)診斷與功圖量油運(yùn)算中需要抽油井的基礎(chǔ)信息。這些信息可通過上位機(jī)軟件或者現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)置。整個(gè)系統(tǒng)采用參數(shù)同步技術(shù)使上位機(jī)數(shù)據(jù)庫中參數(shù)與現(xiàn)場控制器參數(shù)保持同步。這些參數(shù)包括油井的沖程、沖次、桿長、桿徑、桿級(jí)數(shù)、泵徑、油管內(nèi)徑、油氣比、地面原油密度、脫氣原油密度、泵掛深度、動(dòng)液面深度、油管內(nèi)徑和抽油機(jī)基礎(chǔ)信息等。

參數(shù)如表1所示。

表1

3 RTU實(shí)現(xiàn)功能

內(nèi)嵌抽油機(jī)井況診斷、功圖量油的RTU，可以實(shí)現(xiàn)下面功能。

（1）動(dòng)態(tài)圖形采集功能

可按隨意設(shè)定時(shí)間間隔，采集一個(gè)沖程內(nèi)的負(fù)荷變化、位移變化、電流變化、有功功率變化，形成示功圖、電流圖、功率圖，作為井況診斷分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)采控功能

監(jiān)視抽油機(jī)生產(chǎn)工況，采集油壓、套壓、油溫、啟停狀態(tài)、手自動(dòng)狀態(tài)等現(xiàn)場參數(shù)，遠(yuǎn)程智能控制抽油機(jī)啟停。

（3）節(jié)能控制功能

通過外接變頻器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖次，具有空抽控制、間抽控制和連噴帶抽控制功能，可使抽油井、抽油機(jī)運(yùn)行在最佳工作狀態(tài)，起到節(jié)能增產(chǎn)的作用。

（4）診斷、安全功能

通過抽油機(jī)實(shí)時(shí)在線診斷技術(shù)，可判斷當(dāng)前油井的實(shí)際井況如出沙、結(jié)蠟、供液不足、漏失、碰桿、脫桿等工況。對油桿卡桿、斷桿、盤根漏油、油管漏失、電機(jī)過流、斷相等進(jìn)行停機(jī)安全保護(hù)與報(bào)警。

（5）抽油井產(chǎn)液量計(jì)算功能

通過功圖量油技術(shù)，實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井產(chǎn)液量的計(jì)算，計(jì)算出瞬時(shí)產(chǎn)液量、累計(jì)產(chǎn)液量。

（6）通訊功能

可對數(shù)據(jù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場、遠(yuǎn)程監(jiān)視和設(shè)定，兼容性好，采用標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，可以連接無線數(shù)傳電臺(tái)、GPRS、CDMA等串口無線設(shè)備，也可以連接3G路由器、無線網(wǎng)橋、WIFI等網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備。

（7）大數(shù)量存儲(chǔ)功能

每口井可以存儲(chǔ)一個(gè)月功圖數(shù)據(jù)（每天144幅功圖）、產(chǎn)量數(shù)據(jù)，通過無線方式現(xiàn)場取數(shù)或中控室讀?。幻靠诰梢源鎯?chǔ)4320條功圖數(shù)據(jù)。功圖存儲(chǔ)間隔10分鐘～2小時(shí)任意設(shè)置。如果中控室通訊中斷，通訊恢復(fù)后也可以通過中控室把通訊中斷期間的功圖數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)庫中。

（8）電參數(shù)采集功能

可實(shí)現(xiàn)電機(jī)電力參數(shù)的采集，包括三相電壓、電流、有功功率、無功功率，功率因數(shù)，有功電能、無功電能，根據(jù)產(chǎn)液量和耗電量得出噸油耗電量，為核算采油成本提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（9）錯(cuò)誤判斷功能

自動(dòng)判斷抽油機(jī)工作是否正常，給出報(bào)警信息，同時(shí)根據(jù)預(yù)先的設(shè)定采取不同的控制動(dòng)作。

4 優(yōu)點(diǎn)分析

采用實(shí)時(shí)井況診斷技術(shù)、功圖量油技術(shù)，結(jié)合高性能RTU技術(shù)，開發(fā)抽油機(jī)井口用RTU，對抽油機(jī)井進(jìn)行實(shí)時(shí)的井況診斷、智能控制，使抽油機(jī)運(yùn)行在最優(yōu)的工作狀態(tài)。其顯著的優(yōu)點(diǎn)有：

（1）實(shí)時(shí)性強(qiáng)

對井況進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷分析，及時(shí)響應(yīng)現(xiàn)場井況的變化，實(shí)時(shí)進(jìn)行詳細(xì)而準(zhǔn)確的井下分析，例如：油泵充滿狀況、出砂、氣鎖、液面、產(chǎn)量等。

間抽井實(shí)時(shí)采集示功圖，對每幅示功圖采用功圖量油技術(shù)，得到抽油機(jī)井的瞬時(shí)產(chǎn)液量、累計(jì)產(chǎn)液量，實(shí)現(xiàn)連續(xù)計(jì)量?？梢杂行У慕鉀Q間抽井出液無規(guī)律，不易計(jì)量的問題。

（2）控制智能化

通過分析，它可以自動(dòng)確定最佳的生產(chǎn)時(shí)間，自動(dòng)啟動(dòng)或停止抽油設(shè)備（間抽、連噴帶抽等控制），自動(dòng)保持最合理的液面，并對抽油設(shè)備進(jìn)行良好的保護(hù)。使抽油設(shè)備在最優(yōu)化的狀態(tài)下運(yùn)行，降低綜合能耗。

（3）運(yùn)行模式靈活

RTU既可以納入SCADA系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，也可以獨(dú)立運(yùn)行，不依賴于中心控制室對它的控制，單獨(dú)完成所有功能。

5 結(jié)語

在RTU內(nèi)實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井井況診斷與計(jì)量，很好的解決了間抽井管理上的難題，能有效的對間抽井的井況、產(chǎn)液量進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析，為數(shù)字化油田生產(chǎn)管理提供一種有效的手段。

[1]彭勇.模式識(shí)別及其在石油工業(yè)中的應(yīng)用[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社,1998.

[2]余國安,彭勇.應(yīng)用模式識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)井下故障的自動(dòng)診斷[J],西安石油學(xué)院學(xué)報(bào),1990,5(1).

[3]彭勇,余國安.泵功圖的一類新的統(tǒng)計(jì)特征[J].西安石油學(xué)院學(xué)報(bào),1991,6(4).[4]彭勇,余國安.識(shí)別泵工礦的分類器設(shè)計(jì)[J].西安石油學(xué)院學(xué)報(bào),1995,10(3).[5]ATMEL公司AT91SAM9R64/RL64產(chǎn)品資料[Z].