(转到第10期)安控数字化油田擂台第七期-游梁式抽油机井数据采集、控制的硬件配置？ 点击：8248 | 回复：56
要求：1.不能采用抽油机采集的成套产品；
2.采用流行的RTU/PLC，必须带有可编程特性
3．通讯方式采用无线网桥。
要求：最好结合自己实际工作。
参与方式：采取跟帖的方式参与。
评奖规则：由活动组织者评奖，并进行公开公布告示。
活动结贴：每周为1期，由安控数字化论坛擂台版主选定议题，半个月后（隔一期）擂台版主从所有参与讨论的网友中选出6个优胜者。
奖项设置：每期选出6个优胜者，其中：
一等奖1名：奖200MP（相当于200人民币），
二等奖5名，奖工控精美礼物一个（工控点点、工控T恤、工控徽章、工控工具四者任选一个，相当于65人民币）。
活动发奖：MP评奖后一周内发放，精美礼物每月发放一次，统一在月初寄送。
北京安控科技股份有限公司（简称“安控科技”），是专业从事工业级RTU产品研发、生产、销售和系统集成业务的高新技术企业。基于RTU技术在油气、环境在线监测行业开发出多款专业化经典产品，产品广泛应用于石油天然气的开采、处理、管输、储配等各个环节以及环境在线监测、城市燃气、供水供热等管网监控领域，并已远销美国、加拿大、墨西哥、土耳其、哈萨克斯坦、土库曼斯坦、伊拉克、伊朗、韩国、泰国、马来西亚等国家。安控科技严格执行ISO9000质量管理体系、建立了先进的生产和检测平台，并获得了多项国际认证（如UL 、CE、EMC四级认证等），产品品质达到国际先进水平。
安控科技是行业领先的工业级RTU产品供应商和系统集成服务商，拥有完善的远程控制终端（RTU）产品链，拥有完善的油气田自动化和环保在线监测专用产品。提供工业自动化产品的OEM/ODM服务，提供SCADA和DCS等自动化系统和企业管理信息系统的集成服务。
本着“卓越品质，源于更高要求”的核心理念，“勤奋、严谨、协作、卓越”的企业精神，安控人必将以更可靠的工业RTU产品、更先进的自动化解决方案和更完善的服务答谢用户、回报社会，为振兴民族自动化事业、创建民族自动化品牌而努力奋斗。
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2、抽油泵：机械能转化为流体压能的设备
主要组成:工作筒(外筒和衬套)、柱塞及游动阀(排出阀)和固定阀(吸入阀)
分 类: 按照抽油泵在油管中的固定方式可分为：管式泵和杆式泵
管式泵：外筒和衬套在地面组装好接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后再把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内。
特点：结构简单、成本低，排量大。但检泵时必须起出油管，修井工作量大，故适用于下泵深度不很大，产量较高的油井。
杆式泵：整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的下端整体通过油管下入井内，由预先装在油管预定深度(下泵深度)上的卡簧固定在油管上，检泵时不需要起油管。
特点：结构复杂，制造成本高，排量小，修井工作量小。杆式泵适用于下泵深度大、产量较小的油井。
① 上冲程
抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管内液柱压力而关闭。
泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开。
泵吸入的条件：
泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。
② 下冲程
柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。
泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。
柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。泵排出的条件：
泵内压力(排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程内完成进油与排油的过程。
光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离。
抽油机日常检查与技术管理
1、检查井口
看流程是否正确，各连接部位有无渗漏，仪表显示是否正常，是否在有效期内，各闸门是否灵活好用，摸光杆有无发烫，闻盘根盒处有无异味，用启子放到盘根盒处听有无碰泵及上挂现象。
2、检查抽油机的运行情况
① 检查方卡子的紧固情况，毛辫子有无断股、打纽，驴头销子有无脱出现象，驴头有无裂缝、变形、摆动现象；
② 检查水泥基础有无裂缝、变形，与抽油机底座接触是否良好，缝隙是否均匀，螺丝是否紧固；
③ 检查支架各连接螺丝的紧固情况，有无裂缝变形现象；
④ 看游梁有无变形，中轴承四个顶丝是否到位，各连接部位螺丝紧固无松动，听有无异响；
⑤ 尾轴承各固定螺丝紧固无松动，听有无异响；
⑥ 看横梁连杆销子有无脱出，开口销螺丝紧固无松动，横梁连杆机构有无摆动现象；皮带轮护罩是否牢固可靠，皮带是否有甩摆、打滑现象；
⑦ 看曲柄的开口拉紧螺丝紧固无松动，听无异常响声；
⑧ 检查减速箱各连接部位螺丝是否紧固，各连接部分有无渗漏现象，听减速内有无异响。
3、检查电器设备
① 检查电机接地线是否牢固可靠；
② 嗅电机和开关箱在运转中有无异味，用试电笔试电机有无带电，看电机有无跳动现象，电机温度是否在规定范围，电机运转声音有无异常，各固定螺丝有无松动，滑轨固定螺丝紧固情况，滑轨水平垫铁是否水平垫实；
③ 用试电笔试配电柜有无带电，闻有无异味，看线头有无裸露，虚接打火现象。
④ 用钳形电流表测抽油机上下电流峰值，计算其是否在平衡情况下运转。
一、游梁式抽油机基本种类
（1）传统型 传统的曲柄配重型 被广泛的接受和认可，是久经考验的油田 “战士”。支点前面是负载，后面是配重。
（2）前置配重型 由于其独特的几何结构和配重特征，低转矩峰值和低动力需求。运行特点是是快速的下冲程，慢速的上冲程。减小重型负载上冲程的加速载荷。降低峰值转矩延长油杆寿命。
（3）结构紧凑型 紧凑结构的设计防便用于经常移动的工作方式或者城区的应用，很多部件在工厂已经完成安装。
（4）气压配重型 应用压缩气体替代沉重的铸铁配重块并且可以更精确得控制配重。大大的减轻了系统地重量，运输和安装费用明显降低。气压配重独特的优点在于更大的增大冲程，而对于铸铁配重结构来说将是非常庞大难于实现。
（5）游梁配重型 配重块安装在游梁的另一端，是一种适合浅井应用的经济型。
游梁式抽油机彩图（从左到右依次为（1）~（5））
二、游梁式抽油机的工作原理
游梁式抽油机是有杆抽油系统的地面驱动装置，它由动力机、减速器、机架和连杆机构等部分组成。减速器将动力机的高速旋转运动变为曲柄轴的低速旋转运动;曲柄轴的低速旋转圆周运动由连杆机构变为驴头悬绳器的上下往复直线运动，从而带动抽油泵进行抽油工作。游梁式抽油机是机械采油设备中问世最早的抽油机机种，基本结构如图1所示：
常规游梁式抽油机基本机构图
1—刹车装置2一电动机3一减速器皮带轮4一减速器5一动力输入轴6一中间轴7一输出轴8一曲柄9一曲柄销10一支架11一曲柄平衡块12一连杆13一横梁轴14一横梁15一游梁平衡块16一游梁17一支架轴18一驴头19一悬绳器20一底座
常规游梁式抽油机型号和主要技术参数：
1、所有技术参数完全符合美国石油学会(API)标准11E中的规定。
2、整机结构合理、工作平稳、噪音小、操作维修方便。
3、游梁选用箱式结构或宽翼缘工字钢结构，强度高、刚性好、承载能力大。
4、减速器采用人字型渐开线或双圆弧齿轮，加工精度高，承受能力强，使用寿命长。
5、中央轴承座和横梁轴承座其轴承选用中宽系列滚子轴承，密封性好、承受能力强；横梁轴承及 曲柄销轴承采用调心轴承结构，以降低安装造成的误差和抽油机运转时的振动。
6、驴头可选用侧转式、吊挂式、上翻式或自让位结构形式。
7、机架采用塔式结构，稳定性好，便于现场安装，大型机机架则采用活动收缩式结构，便于包装运输。
8、曲柄平衡重采用齿轮齿条传动，调整轻便、准确。
9、刹车采用内涨式或外抱式结构并配有保险装置，操作灵活、制动迅速、安全可靠。
10、底座固定备有压板式和地脚螺栓式，可供用户选用。
11、吊绳可选用不旋转钢丝绳，避免吊绳打扭现象。
12、胶带可选用普通V带或联组窄V带。
三、常规游梁式抽油机
在石油采油过程中对常规游梁式抽油机的应用已有上百年的历史，由于其结构简单，平衡性、稳定性突出等特点而被延用至今。我国生产的抽油机按照抽油机承受的悬点额定载荷主要分为2、3、5、8、10、12、14、16等型，每种型式的抽油机又按照不同冲程、曲柄轴额定扭矩分为多种规格的机型。近几年随着计算机应用技术的不断提高，优化设计方法也被广泛应用于抽油机的设计中，使得抽油机设计周期大大缩短，设计精度大大提高，抽油机的规格和类型也更加多样化。
目前，国内油田广泛使用、有代表性的常规游梁式抽油机主要是CYJIO系列机型，为了满足系统设计要求（电动机驱动功率37KW~45KW，转速950~980传/分钟的设计要求），在此我们选用CYJIO-3-53HB型抽油机，该型机主要由兰石厂和大庆总机械厂生产，主要技术指标如表所示：
由公式Pmax= Tmax来确定电动机转速，其中Pmax为驱动功率， 为角速度，Tmax代表减速器额定扭矩。
常规游梁式抽油机性能分析
游梁式抽油机结构简单、维护方便、工作可靠，这些优点使其成为普及最广的一种抽油机，但这类抽油机存在大量的不足，其缺点归纳如下:
(l)由于连接是刚性的，所以动载荷大而引起冲击导致能量发生损失，运动平衡性差;
(2)游梁式抽油机是惯性较大的设备，且起动时采用带载直接起动方式，这样的起动方式要求起动力矩较大;
(3)游梁式抽油机是一个机、杆、泵系统，抽油杆在运动过程中的弹性变形对系统效率的影响是不能忽视的。过长的抽油杆在运动过程中弹性变形己经很明显，尤其是在换向加速度大时，抽油杆变形更大。这种变形使杆与泵内的活塞运动规律产生很大差异。在大多数情况下，抽油杆的弹性变形减少了活塞的实际行程，即降低了抽油泵的充满系数，从而影响泵的抽满率，降低泵效，使游梁式抽油机系统效率降低。油越粘稠抽油杆的弹性变化越大，冲次较高的抽油杆的弹性变形越大，对提高泵效越不利;
(4)游梁式抽油机在运行中传动角波动较大，无法保证各位置的传动角波动较大，无法保证各个位置的传动角接近900，故曲柄受力大且不均匀，造成悬点的扭矩大，峰值波动剧烈。游梁式抽油机在运行过程中，曲柄转角是时刻变化的，其平衡效果也是不同的;
(5)游梁式抽油机承受一种带有冲击性的周期交变负荷，起动转矩大，在一个周期内负荷波动很大。悬点载荷造成的曲柄轴上扭矩峰值大，且为非正弦规律，而曲柄平衡重力矩是正弦规律，它与悬点扭矩差一相位，故二者无法相抵，造成曲柄上净矩峰值大，波动剧烈，甚至出现负扭矩。其扭矩曲线如下图所示:
图常规游梁式抽油机扭矩特性曲线示意图
这些特性不仅造成了抽油机的效率低下，而且对电机运行效率造成了较大的影响：
(a)带载直接起动方式使得电机选型时要求拖动电机的选择必须能满足抽油机的起动要求；
(b)从装机功率来说，扭矩峰值大为了保证抽油机的正常运转，且具有足够的过载能力，势必要选择较大功率的电机及大扭矩的减速器。这种大电机，大峰值电流的配套方案必然导致电机自身损耗和电路损耗的增大，电机负荷极不匹配，这也就是俗称的“大马拉小车”现象，这使得电机在运行过程中，大多数情况下，都处于轻载状态，负荷率很低，电动机的运行效率和功率因数也很低，不仅能量消耗大，且造成电网供电质量变坏；
(c)扭矩波动剧烈，甚至出现负扭矩的情况，使得电机在一个冲次内存在两端发电状态，电动机电流不断变化，电机交替运行于一段较长的电动状态和一段较短的发电状态下，且发电情况与平衡有关，平衡效果较差，发电阶段约长，平衡效果较好时发电阶段越短，从电动机原理上看，在电动和发电状态之间频繁转换使电机处于运行效率较低的阶段；
这便是抽油机电机效率普遍偏低的原因，对电机改造一个有效途径是寻找一种性能优于传统异步电机的电机，将其用在抽油机上，取代传统异步机作为抽油机的动力源。
抽油机要求电机的启动转矩大，抽油机都是带载启动，每次启动时抽油机都要从冲程的死点，即最大负荷扭矩处开始启动，加之抽油机系统惯性大，启动时间长为了电机的顺利启动，客观上要求电机启动性能好。
人们在选择电机时考虑各种意外情况又人为地加大了裕量，“大马拉小车”这个问题更加突出；为了防止井下异常工况如砂卡、蜡卡等造成停车，修井以后油井负荷一般大副增加而尽量不更换电机，油井供电变压器容量小，启动时线路压降大另外电力网电压随季节等因素波动，电压低时经常启动困难，为了减少停井时间希望抽油机启动顺利，又人为的增加了电机功率定额。
一、基本概述：
根据油井分布的地域特点与无线通讯技术发展的水平，油井游梁式抽油机井数据采集远程监控系统考虑用CDMA/GPRS 或者数传电台通讯模式，系统主要由传感器、井口控制器SU、CDMA/GPRS （数传电台）通讯模块DTU、采油厂通讯机、实时数据库服务器、WEB 服务器、监控浏览终端等组成。油井工作状态传感器主要有温度传感器，压力传感器，电机电流、电压传感器抽油机载荷、位移传感器、变压器一次侧电流传感器，它们将油井的工作状态变换成对应的电压或电流值送至井口控制器SU。然后经CDMA/GPRS 网或数传电台，接入采油厂通讯机，数据通讯机采用轮询方式收集井口控制器数据，数据经过分析经处理后，进采油厂实时数据库。厂矿小队的计算机可根据不同的权限，采用C/S 或B/S模式对实时数据库进行访问。
二、 系统组成
1、一般来说系统主要由以下几部分组成：
监控中心：（计算机、油井监控系统软件）
通信网络:（基于移动或者电信的通信网络平台）
GPRS/CDMA RTU：（采集现场仪器仪表信号，通过GPRS/CDMA网络传输到监控中心）
测量仪表：（无线示功仪、无线温度传感器、无线压力传感器、无线开关报警单元）
2、系统结构图：
三、 硬件系统的一般组成介绍：
1、GPRS/CDMA RTU：
RTU的作用是将无线传感器、无线模块发来的数据接收后在本地显示或者数据打包后发送到监控中心，也可以从监控中心对现场设备进行启停等控制。一个RTU相对应路数的无线传感器或传感器模块（这里我们着重推荐安控的个系列的RTU 如：安控Super32-L 系列RTU），可以接示功仪、电参数、模拟量、开关量等多种形式的数据。RTU有市电供电和太阳能电池供电两种。
2、短距离一体化示功终端：
示功终端是用来测量油田抽油机示功图的，采用加速度传感器测量位移，采集到数据后通过GPRS/CDMA发送到监控中心或者发送到本地监控器，抽油机启停时报警，电池或太阳能供电，电池容量按照使用2年设计
3、短距离无线压力、温度传感器：
采集的压力和温度，通过433M发送到RTU，RTU对数据处理后，现场显示或发送到监控中心。传输距离室外最多100米，电池使用寿命也应有相当的使用寿命！
四、软件系统的一般组成说明
软件系统一般应具有具有示功图、电流图（或功率图）、电流、电压、温度、压力等参数的实时趋势、历史趋势监视功能，可方便地了解长时间的参数变化情况，方便快速分析。具备编制这些功能的相应组态软件都可（可以是安控的相应的软件系统）
自动记录抽油机工作过程，开机时间和停机时间累计，保存历史信息
具有静态数据浏览和编辑等功能：包括抽油机型号、配置电机型号、油井井号、冲程、线路名称、量程、报警上、下限、油井井况等方面的数据，并能添加新开油井、删除停产油井、修改作业井的基本数据。
对抽油机井停机、参数越限、抽油杆断脱、抽油杆卡死等异常状况给出报警信息。
具有数据掉电保护功能，可长期保存设定参数及历史数据。远程实现对抽油机的负荷超限停机控制，定时启动控制。
远程实现对监控终端的参数配置和超限值的设定
引入GIS地理信息管理系统，能非常直观形象的反映整个油区油井的工作状况
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