賀麗

摘要：數(shù)字化智能抽油機是結(jié)合數(shù)字化油田的發(fā)展理念，適應(yīng)抽油機發(fā)展趨勢而形成的一種高效節(jié)能抽油機，本文介紹了數(shù)字化抽油機的結(jié)構(gòu)與控制技術(shù)，并提出故障診斷技術(shù)。數(shù)字化抽油機具有數(shù)據(jù)采集和遠程控制功能，真正達到無人值守、自動調(diào)節(jié)、高效節(jié)能。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化抽油機；故障診斷；油田數(shù)字化抽油機是指具備數(shù)據(jù)采集和遠程控制功能的抽油機，是針對目前數(shù)字化建設(shè)現(xiàn)場施工中安裝工作量大、野外施工難度大、油田現(xiàn)場動火、動電危險性高，設(shè)備集成度低、各施工單位安裝方式不統(tǒng)一等問題而研制的新產(chǎn)品。新一代數(shù)字化抽油機能節(jié)能降耗提效，為數(shù)字化油田提供了新的發(fā)展方向。本文在介紹數(shù)字化抽油機組成和控制技術(shù)基礎(chǔ)上，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行故障診斷研究，充分體現(xiàn)了數(shù)字化抽油機的高效性。

1數(shù)字化抽油機的結(jié)構(gòu)組成及原理

1.1 數(shù)字化抽油機的結(jié)構(gòu)組成

⑴抽油機：游梁平衡的無基礎(chǔ)彎梁變距抽油機。

⑵數(shù)字化抽油機智能控制柜。

數(shù)據(jù)采集傳輸模塊：實現(xiàn)本機與上位機的數(shù)據(jù)傳輸，并實現(xiàn)本機的邏輯運算與智能控制。

數(shù)據(jù)顯示模塊：實時顯示抽油機的沖次和平衡度

工頻：包含了原有工頻控制柜的功能，具有工頻啟動、停止、過流、過載、缺相等保護的功能。

變頻：可通過變頻器的變頻，調(diào)整抽油機沖次。并實現(xiàn)電機的軟啟動及多項保護功能。

工頻變頻相互切換：當(dāng)變頻器發(fā)生故障時，系統(tǒng)可自動切換到工頻狀態(tài)。

⑶一體化荷載懸繩器。

將荷載傳感器嵌入到特質(zhì)懸繩器中，對傳感器有效保護。

⑷傳感器：實現(xiàn)載荷與位移與電參數(shù)的實時采集與傳輸。

⑸平衡調(diào)節(jié)裝置：包括控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)，具有手動和自動兩個功能，根據(jù)平衡度的大小，調(diào)節(jié)平衡重的力矩，實現(xiàn)抽油機平衡狀態(tài)的無極調(diào)節(jié)。

1.2 數(shù)字化抽油機的控制原理

數(shù)字化抽油機是在原有游梁式抽油機基礎(chǔ)上，通過RTU設(shè)備應(yīng)用實現(xiàn)的。在抽油機上加裝遠程終端單元（井口 RTU），將抽油機載荷和位移數(shù)據(jù)通過油井功圖測量技術(shù)，轉(zhuǎn)換為示功圖，同時采集電參、運行狀態(tài)及井口壓力等信號，通過有線或無線方式將各井口RTU采集的信號傳送致遠程終端單元（井場 RTU），井場RTU將接收的信號通過壓縮轉(zhuǎn)換處理，使之成為網(wǎng)絡(luò)信號，從而通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，到達相應(yīng)的控制平臺，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)測，遠程控制則是將控制平臺下達的指令通過主RTU進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，再將數(shù)據(jù)傳送至井口 RTU，通過控制電路執(zhí)行操作。

2數(shù)字化抽油機的控制技術(shù)

數(shù)字化抽油機的智能控制由井口RTU控制和增壓站控制組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

⑴通過載荷傳感器，位移傳感器，電流互感器等實現(xiàn)載荷、位移以及電參數(shù)的實時采集與傳輸；通過變頻器改變電流頻率，調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，達到調(diào)節(jié)抽油機沖次目的，實現(xiàn)電機的軟啟動及多項保護功能；由平衡塊、絲杠、電機和平衡臂組成的平衡電機，根據(jù)RTU的指令，調(diào)節(jié)平衡塊的力臂來自動調(diào)節(jié)抽油機平衡，起?？刂颇K通過接收站控系統(tǒng)指令，實現(xiàn)抽油機遠程啟停。

⑵井口RTU接收傳感器送來的載荷、位移、電參及抽油機啟停狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過控制軟件實現(xiàn)沖次與平衡的邏輯運算與智能控制，并通過無線通訊模將井口數(shù)據(jù)上傳，實現(xiàn)本機與站控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

⑶井場電桿上安裝一個井場無線模塊及一個串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器,其中井場無線模塊負責(zé)與井場內(nèi)的井口RTU建立通訊連接,串口聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器把井場無線模塊的串口信號變成TCP/IP格式連接到無線網(wǎng)橋,通過無線網(wǎng)橋建立井場和增壓站站控系統(tǒng)的通訊連接。

⑷增壓站內(nèi)工控機的站控系統(tǒng)軟件完成對單井的信息采集和控制命令發(fā)送，并對功圖進行分析,得出功圖分析結(jié)果和產(chǎn)液量，提供操作界面。

3故障診斷技術(shù)

油井智能工況與故障診斷采用人工智能（BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行模式識別，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)培養(yǎng)計算能力、自學(xué)能力及聯(lián)想能力，根據(jù)泵示功圖確定油井故障。用泵示功圖來識別油井工況的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是區(qū)分不同工況對應(yīng)的泵示功圖幾何差異的特征。找出泵示功圖幾何差異的步驟是首先對泵示功圖預(yù)處理，將經(jīng)過預(yù)處理的泵示功圖進行特征提取與選擇，從而取出冗余特征，然后用分類器對圖像特征進行識別，判斷出泵的一個或多個故障。

4結(jié)論

數(shù)字化抽油機具備強大的智能化控制和數(shù)字化傳輸功能，能實時優(yōu)化并調(diào)節(jié)抽油機運行參數(shù)，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像識別能力，數(shù)字化抽油機具備準(zhǔn)確的故障診斷能力，是數(shù)字化油田的智能裝備。滿足油田數(shù)字化建設(shè)和油田生產(chǎn)運行的需要，具有良好的推廣價值。