采油井场智能测控系统提效技术的应用

摘要：设计并实施采油井场智能测控系统，集成电参数数据采集、悬点载荷软测量和抽油机控制等功能，采用了融合电参数和悬点载荷的油井间抽灰色控制模型，优化抽油参数，匹配井筒渗流规律，实现油井间歇抽油的自动控制，极大地提升了采油效率，符合现场生产的实际需求。

关键词：采油井场；智能测控系统；机采系统效率

前言：

面对油田开采中后期低渗透、低产量的挑战，采油井场的效率优化显得尤为重要。传统机械抽油系统因供液不足频繁空抽，不仅造成能源浪费，还加剧设备磨损，增加了采油成本。为应对这些问题，应用采油井场智能测控系统，该系统通过高效的数据处理和智能化控制，显著提升了采油效率和节能减排效果，为油田采油作业提供了新的解决方案。

1.硬件设计

在采油井场智能测控系统中，硬件设计是实现高效能控制和数据处理的关键环节。本系统的硬件部分主要由电参量采集单元、核心处理单元以及系统管理与控制模块组成，每个部分都针对性地设计以满足采油井场严苛的环境和操作需求。电参量采集单元是系统中的基础，负责从抽油机系统的驱动电动机中获取三相电流和电压的关键数据[1]。该单元采用高精度的互感器（HPT304和HCT255）进行初步信号的采集，并通过二次隔离转换，确保信号的安全和准确性。经过这一步骤后，信号被送至模拟量调理电路，此环节包括滤波、去噪和幅值变换，以优化信号质量，为后续的数字处理做准备。核心处理单元是智能测控系统的“大脑”，其中的DSP系统模块使用了先进的计量芯片ATT7002C。这款芯片特别适合处理复杂的电参量数据，集成有多路二阶Sigma-Delta ADC，确保了采样的高精度和可靠性。芯片还支持纯软件校表和SPI通信，这使得系统设计更为灵活，易于与其他系统组件进行通信和数据交换。与此同时，单片机系统模块采用的是dsPIC30FG014A芯片，这一模块不仅负责整个系统的日常管理，还处理所有的数据运算和控制任务。该芯片兼具单片机的控制功能与数字信号处理器的强大计算能力，能够高效处理来自电参量采集单元的数据。为确保系统的稳定性与可靠性，硬件设计还考虑了抗干扰能力和环境适应性。系统中的每个电子组件都经过严格测试，以保证能在各种工作环境下稳定运行，特别是在电磁干扰较强和温度波动较大的采油现场。

2.软件设计

在采油井场智能测控系统中，软件部分扮演着至关重要的角色，确保整个系统的功能得以有效执行，从而实现对抽油机操作的优化和电动机保护。主程序是系统的核心，负责初始化系统及调用其他子程序[2]。在系统启动时，主程序首先进行自检，包括检查硬件状态、加载配置参数等，然后进入正常工作模式，按照设定的工作流程调用其他子程序。这一模块确保了系统从启动到运行的各阶段都能平稳过渡，同时也处理来自用户的命令和反馈，是用户与系统交互的接口。处理程序主要负责对抽油机电动机的电参量进行实时监控和分析。该程序持续读取电动机的电流、电压和有功功率等关键参数，并进行实时计算和分析。通过对这些电参量的监控，程序不仅能评估电动机的工作状态，还能侦测系统中可能出现的任何异常情况，从而及时调整操作参数或触发警报，确保抽油机的高效和安全运行。间开控制程序则是优化抽油作业的关键。该程序利用从处理程序获取的电流和功率数据，通过分析这些数据的变化趋势，自动判断抽油机是否处于空抽状态。基于自适应算法，该程序能动态调整抽油机的开机和关机时间，以匹配井下流体的实际供给情况。这样的自适应控制不仅减少了能源浪费，也延长了设备的使用寿命。抽油机电动机保护程序提供了全面的电动机保护措施，包括启动保护、速断保护、过电流保护以及电压异常保护。这一程序确保在任何潜在的有害条件下，系统都能迅速做出反应，切断电源或调整操作参数，防止电动机和相关设备遭受损害。

3.通讯网络设计

在采油井场智能测控系统中，通讯网络的设计是实现高效数据传输和远程管理的关键环节。为确保系统的实时性与可靠性，采油井场的通讯网络被划分为井场内部局域网和井场外部局域网两大部分，各自采用不同的通信技术以满足不同的操作需求。井场内部局域网主要负责实现采油井场内部设备之间的数据通信[3]。这一网络通常采用RS485和Zigbee无线通信技术，因为这些技术具有成本低、实施简便、抗干扰能力强等优点。RS485接口以其高可靠性和长距离传输能力，在工业控制系统中得到广泛应用。同时，Zigbee技术以其低功耗特性，适合于部署在远距离且需要频繁通信的采油井场环境中。两种技术的组合，不仅保证了数据传输的稳定性和安全性，也使得系统的扩展性和灵活性大大增强。井场外部局域网则主要通过4G网络实现。4G网络提供了一种高速的数据传输方式，使得井场与远程管控平台之间的通信更为快捷和稳定。通过4G网络，远程操作员可以实时接收采油井场传回的数据，并根据数据分析结果迅速调整操作策略或进行故障诊断，极大提高了管理效率和响应速度。采用高速电力线通信（HPLC）技术作为井场内部网络的一部分，为通讯网络提供了一种创新的解决方案。HPLC技术利用现有的电力线路进行数据传输，不仅降低了新建网络的成本，还扩展了网络的覆盖范围。通过电力线路，几乎每一个需要监控和控制的点都能被覆盖，这对于分布广泛的采油井场尤为重要。

结语：

综上所述，引入采油井场智能测控系统，不仅优化了采油作业流程，而且显著提高了能源利用效率和经济效益，为传统油田带来了新的生机，该系统的成功应用充分证明了智能技术在传统工业领域的应用潜力和实际价值。随着技术的进一步发展和优化，智能测控技术将在提升石油工业的可持续发展方面发挥更加关键的作用。

参考文献：

[1]杨萍，衣军，韩尚可，等.胜利油田测井技术远程测控系统的应用实践[J].天然气技术与经济，2025，19（01）：45-49.

[2]李井慧.智能分注技术发展现状与应用[J].化学工程与装备，2021，（06）：40-41.

[3]刘香山，宋辉辉，张福涛，等.海上油田智能注采工艺技术研究与应用[J].石油工程建设，2020，46（S1）：237-241.