【应用】傲拓科技RTU助力油井数据采集工作，实现监控自动化，延长设备运行周期

时间： 2023-02-04 来源：傲拓科技官网

技术问答

之前，在我国油井的数据采集基本上靠人工完成，采油工都必须到现场采集油井示功图、平衡度、油套压、油温及产液量等井口生产数据，工人劳动强度大，且数据的准确可靠性完全依赖于采油工人的工作责任心。采油井的生产参数也经常受到天气变化和交通工具的影响无法正常获得，严重影响了油井的自动化管理。

南大傲拓科技为某油田采油片区提供的NARTU产品，能够实时在线监测油井参数电流、电压、井口温度、压力、示功图、电流图、功率图等，可以对抽油机的各种故障进行实时诊断，及时发现故障并报警。能远程控制抽油机的启停。随时查询油井运行参数，并实现远程数据传输。

井口RTU工作原理

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

RTU通过变频器可以控制井口电机的启停，运行频率，从而调节井口的冲次。智能电表采集现场的用电量、电压、电流、有功(无功)功率，功率因数等数据。无线一体化示功仪是采集反映抽油机悬点载荷随其位移变化规律的示功图。示功图是示功仪在抽油机一个抽吸周期内测取的封闭曲线。根据示功图可以分析当前抽油机工况的情况。压力温度传感器检测进入输出管道里的油压和油温。

RTU的通讯输出接口有以太网，串口。在井口相对密集的区域多采用无线网桥局域网通讯方式，而在井口分散的区域，可以采用DTU方式，组成GPRS网络。

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。

图1 RTU机柜图

图2 功图采集图

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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