摘要：华北油田部分抽油机井地处偏远，分布分散，出现临时停电、故障停机、皮带烧毁等问题不易发现，造成处理不及时，严重影响了开井时率，降低了原油采收率。为实现员工有效监控抽油机运行工况，开发了手机远程监控系统。该系统由远程控制模块、供电模块、无线传输模块、手机终端等组成，能够方便一线员工快速监控油井运行参数，及时发现抽油机故障，减少安全隐患，为绿色矿山建设提供了有力的技术支持。
关键词：油井工况；手机远程监控系统；抽油机；模块；报警
油田生产原油的主力设备为抽油机，抽油机正常运行时经常会发生异常停电、故障停机、皮带烧毁等各种故障而导致停井。由于油井地处偏远，分布分散，靠人工巡井发现故障停井普遍存在滞后问题。部分油井与值班室供电线路不一致，时常出现“站内有电，站外无电”现象，导致油井停电不能及时发现；对于“出工不出力、出力成本高”的低效井，通常采取间开的方式。为实现精细管理，降低用电成本，部分间开井在谷电时段开井，峰电时段关井。一线员工需要在凌晨关井，但该时段值班员工精神疲倦，易发生安全事故，同时还存在停井延时现象，延长了无效开井时间，增加了电能消耗。上述问题严重影响了开井时率，降低了原油采收率，因此，为了方便一线员工操作，减少巡井次数，及时有效地监控油井工况，提高现场管理水平，研制开发了手机远程监控系统[1]。
1系统组成
油井工况手机远程监控系统由远程控制集成模块、供电模块、继电器模块和手机终端四部分组成，能够及时发现油井故障停井、对间开井定时启停，并具有运行参数实时查询等功能。
1.1远程控制集成模块
通过在抽油机井安装数据采集模块、中央处理器、无线收发模块，将分散、偏远油井的运转参数实时无线远传。远程控制集成模块由霍尔传感器、接近开关、监控报警器、中央处理器四部分组成。主要用于皮带运转、执行模块和配电箱工作状态的采集。通过中央处理器和无线收发模块，可在手持控制终端实现查询功能[2]。
1.2供电模块
供电模块由不间断电源模块、稳压模块组成，实现监控供电模式、无线收发模块供电模式、间开供电模式三种模式。（1）电源变压器将交流电压变换成整流电路所需的交流电压，并传送给整流电路，副边电压的大小决定变压器变比。输入交流电压为220V±10%，频率50Hz。（2）利用二极管的单向导电性，实现整流电路的主要功能，即将正弦交流电压变换成直流脉动电压。（3）利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，滤波电路将脉动电压中的脉动纹波滤掉，使输出电压成为较为平滑的直流电压。（4）经过整流、滤波，可得到平滑稳定的直流电压。当电网电压波动和负载变化时输出电压也随之变化，稳压电路的作用就是在这两种情况下，将输出电压最终稳定在12V。
1.3继电器模块
通过安装220V继电器模块、12V继电器模块和时间继电器，实现设备定时停运、监控报警。（1）电动机运转继电器。电动机运转继电器由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片组成。线圈加上电压时就会流过电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力作用下克服弹簧的拉力吸向铁芯，带动衔铁的动触点与常开触点吸合。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁就会在弹簧的反作用下返回到原来位置，使动触点与常闭触点吸合。这样通过吸合、释放，实现电路中的导通、切断。（2）间开时间继电器。线圈得电时，延时常闭触头延时断开，延时常开触头延时闭合。线圈失电时，延时常闭触头立即恢复闭合，延时常开触头立即恢复断开。即通电开始计时，达到设定时间，触点状态切换，断电后触点状态立即恢复。也就是说通电延时，断电不延时。
1.4手机终端
通过安装GSM模块检测无线远程控制情况，实现远程查询、接收抽油机现场工作状态。GSM短信控制器是一种基于SMS服务的网络设备，能够支持用户通过手机编辑短信、发送短信信息指令远程控制电气设备进行工作[3]，从而实现无人值守场所自动化控制。主要利用无线信号控制模块中的继电器来达到远程操作要求。短信控制器作为一种无线远程控制设备，使用SMS服务，使得其能够无局域限制，通俗地讲，只要有手机信号的地方，短信控制器即能实现通信并工作。油井工况远程监控系统工作原理：当配电箱通断电、配电箱内部电子器件发生故障、皮带烧毁时，数据采集模块会将相应的报警信息传到终端进行报警，也可通过手机终端进行抽油现场工作状态查询。在终端接收到皮带烧毁报警时，中央处理器控制抽油机电动机在10s后自动停止。若抽油机电动机运转时间达到间开时间设定时限，则间开时间继电器的触点会自动断开，抽油机电动机停转，或者可通过手机终端经中央处理器直接控制电动机停止运行，也可通过远程关闭供电模块停止供电，进而使间开时间继电器触点断开，抽油机电动机停转[1，4]。与此同时，霍尔传感器接收抽油机电动机停转信号后，经无线收发模块把信号传输到终端进行报警，完成抽油机现场的监控[1，4]。
2现场应用
2.1远程控制模块
霍尔传感器、接近开关传感器、监控报警器采集的皮带运转状态、执行模块工作状态、配电箱工作状态等状态数据经中央处理器和无线收发模块，实现手持终端查询。
2.2供电模块
不间断电源模块、稳压模块实现经远程模块来控制抽油机电动机的运转，可实现3种供电模式：①监控供电模式，供电模块给配电箱内电子元件供电，设备正常启动；②无线收发模块供电模式，供电模块给无线收发模块供电，无线收发模块开始工作；③间开供电模式，供电模块给间开时间继电器供电，间开时间继电器触点闭合，抽油机电动机启动。
2.3断电器模块
继电器模块可以实现抽油机电动机定时开、关控制。例如，在终端接收到皮带烧毁报警的同时，中央处理器根据内部程序控制间开时间继电器工作，抽油机电动机在几秒后自动停止运转，防止抽油机电动机空转。
2.4数据传输
由于该远程监控系统涉及互联网，而油井系统的数据和控制命令极为敏感，数据卡采取中国移动协议卡，通过短信传输数据，虽在主站软件方面采取一定安全措施，但远远不够，需要进一步加强[5-7]。
2.5数据分析
以皮带烧毁为例，当出现皮带烧毁问题时，信息通过霍尔传感器传至中央处理器，再通过无线信息模板远传至手机终端进行报警，同时继电器控制电动机停止运行，避免电动机空转[7]。
2.6手机终端
安装GSM模块后，可以通过手机接收报警信息，利用手机短信发送命令，实现电动机远程停运。抽油机工况手机远程监控报警装置分三个模式（现场具有切换开关）：（1）霍尔运行监控模式。具有抽油机来电、停电报警提示，电气故障、电缆防锯断报警提示，皮带烧断10s后电动机停转自动报警提示（时间可自设）。（2）间开井模式。适用于谷电时段运行的间开井及供液不足的间开井，根据间开井工作制度，通过设置间开时间（0~99h），可实现远程自动停启井功能，也具有人工远程启停井功能，通过手机App操作。同时具有异常情况报警功能。（3）现场模式。当远程监控系统进行检修或监控系统出理故障时，可切换成现场模式，不影响抽油机的正常运行。2017年华北油田采油二厂采用油井工况手机远程监控系统，成功实现了通过手机远程监控抽油机井运行状态，其操作简单、实用，可有效避免员工对间开井频繁现场操作，尤其可避免凌晨操作时的安全风险，降低了劳动强度。系统在现场应用效果良好，能够有效监控油井运行参数，及时发现抽油机故障，避免了环境污染，实现精细管理，提高了油井自动化管理水平。
3结束语
由于油田工况的复杂性，无法及时发现抽油机存在的实际问题[8]。把手机终端和油井工况监测结合在一起，属于智慧员工的范畴，从现场实际问题出发，以较低的成本投入，可切实解决一线员工在生产过程中遇到的困难。油井工况手机远程监控系统的投用，有效地提高了机采井主要运行参数的实时监控水平，使管理者尤其是一线员工及时有效、方便快速地掌握油井的工作状态。针对间开井进行精细化管理，通过系统远程定时停机，降低能耗，及时发现故障停机，大大提高了开井时率，增加了油井产量，避免了故障停机造成的损失，极大减轻了一线员工的劳动强度。该系统为实现真正意义上的井场无人值守，提高油井生产自动化与信息化水平，生产管理流程规范、高效，提供了有力的技术支持。
作者:宋丽梅 闻伟 刘志虎 刘鸿娜 郝存河 魏新民 单位:中国石油华北油田第二采油厂 中国石油华北油田公司经济技术研究院