螺杆泵采油系统自动化监控技术的现场实践研究

引言

螺杆泵是油田开采中常用的关键采油设备，凭借结构简单、适应性强、排量均匀等优势，在高粘度、高含砂油井开采方面表现出色。但传统管理方式依赖人工巡检与经验判断，存在监测滞后、故障难以及时察觉、生产管理效率不高等弊端。在信息技术飞速发展的当下，自动化监控技术在石油开采领域的应用愈发普遍。把自动化监控技术应用于螺杆泵采油系统，可达成对系统运行状态的实时监测、故障的及时预警，还能实现生产的精细化管理，对提升采油效率、削减成本、保障安全生产意义重大。

1. 螺杆泵采油系统现状及自动化监控必要性

1.1 螺杆泵采油系统现状

目前，许多油田的螺杆泵采油系统仍采用传统的管理模式。人工巡检周期较长，无法实时掌握螺杆泵的运行参数，如转速、扭矩、压力、温度等。当螺杆泵出现故障时，往往不能及时发现，导致故障扩大，影响采油效率，甚至可能引发安全事故。此外，由于缺乏准确的生产数据支持，生产管理人员难以制定科学合理的生产计划，导致生产管理效率低下，资源浪费严重。

1.2 自动化监控的必要性

（1）提高采油效率：自动化监控技术能够实时监测螺杆泵的运行参数，及时发现运行异常情况，并通过自动调整运行参数或发出报警信号，保证螺杆泵始终处于最佳运行状态，从而提高采油效率。

（2）降低生产成本：通过对螺杆泵的实时监控和故障预警，可以提前发现故障隐患，及时进行维护和维修，避免故障扩大导致的设备损坏和生产中断，降低维修成本和生产损失。同时，自动化监控技术还可以优化螺杆泵的运行参数，降低能耗，进一步降低生产成本。

（3）保障安全生产：螺杆泵在运行过程中可能会出现过载、过热等危险情况，自动化监控技术能够实时监测这些参数，并在达到危险阈值时及时发出报警信号，采取相应的保护措施，避免安全事故的发生，保障人员和设备的安全。

2. 自动化监控技术原理与系统架构

2.1 技术原理

螺杆泵采油系统自动化监控技术主要基于传感器技术、数据采集与传输技术、计算机技术和自动化控制技术。传感器安装在螺杆泵的关键部位，实时采集运行参数，如转速传感器测量螺杆泵的转速，扭矩传感器测量螺杆泵的扭矩，压力传感器测量进出口压力，温度传感器测量轴承温度等。数据采集模块将传感器采集到的模拟信号转换为数字信号，并通过数据传输模块将数据传输到监控中心。监控中心的计算机系统对接收到的数据进行分析和处理，根据预设的算法和模型判断螺杆泵的运行状态，当出现异常情况时发出报警信号，并可以自动调整螺杆泵的运行参数或控制相关设备的启停。

2.2 系统架构

（1）现场数据采集层：包括各种传感器和数据采集模块，负责实时采集螺杆泵的运行参数，并将数据转换为数字信号。

（2）数据传输层：采用无线通信技术（如 GPRS、4G、ZigBee 等）或有线通信技术（如光纤、以太网等），将现场采集到的数据传输到监控中心。

（3）监控中心层：是系统的核心部分，包括服务器、数据库、监控软件等。服务器负责接收、存储和处理数据，数据库用于存储历史数据和系统配置信息，监控软件提供人机交互界面，实现对螺杆泵运行状态的实时监控、故障诊断与预警、数据查询与分析等功能。

（4）应用层：为用户提供操作界面，用户可以通过电脑、手机等终端设备访问监控中心，实现对螺杆泵的远程监控和管理。

3. 自动化监控技术的现场实践应用

3.1 运行参数监测

在某油田的螺杆泵采油井安装了自动化监控系统，通过安装在螺杆泵上的传感器实时采集转速、扭矩、压力、温度等运行参数，并将数据传输到监控中心。监控中心的监控软件以图表、曲线等形式直观地显示这些参数的变化情况。生产管理人员可以随时查看螺杆泵的运行状态，及时发现参数异常。例如，当螺杆泵的扭矩突然增大时，可能意味着井下出现了卡泵等故障，监控系统会及时发出报警信号，提醒管理人员采取相应的措施。

3.2 故障诊断预警

基于采集到的运行数据，监控系统建立了故障诊断模型。通过对历史数据的学习和分析，系统能够识别螺杆泵的正常运行模式和各种故障模式。当实时数据与正常模式出现偏差时，系统会自动判断可能出现的故障类型，并发出预警信号。在实际应用中，该系统成功预警了多起螺杆泵故障，如定子橡胶磨损、转子断脱等。通过及时维修，避免了故障的进一步扩大，减少了停机时间和维修成本。

3.3 生产管理优化

自动化监控系统记录和存储了大量的生产数据，通过对这些数据的分析，生产管理人员可以了解螺杆泵的运行规律和生产状况，制定科学合理的生产计划。例如，根据产液量、含水率等数据的变化，调整螺杆泵的转速和排量，实现优化生产。同时，系统还可以对不同井的采油效率进行对比分析，找出影响采油效率的因素，为油田的开采方案调整提供依据。

4. 现场实践中的问题与改进措施

4.1 存在的问题

（1）传感器可靠性问题：部分传感器在油田恶劣的环境下（如高温、高压、强腐蚀等）容易出现故障，导致数据采集不准确或中断。

（2）通信稳定性问题：无线通信信号容易受到天气、地形等因素的影响，导致数据传输不稳定，甚至出现数据丢失的情况。

（3）系统兼容性问题：自动化监控系统与油田现有的其他生产管理系统之间存在兼容性问题，数据共享和交互存在困难。

（4）人员操作技能问题：部分生产管理人员对自动化监控系统的操作和维护技能不足，影响了系统的正常运行和应用效果。

4.2 改进措施

（1）提高传感器可靠性：选用质量可靠、适应恶劣环境的传感器，并定期对传感器进行维护和校准，确保数据采集的准确性。

（2）优化通信方案：采用多种通信方式相结合的方式，如无线通信与有线通信互补，提高通信的稳定性。同时，增加通信设备的冗余设计，确保数据传输的可靠性。

（3）加强系统集成：对自动化监控系统与油田现有的其他生产管理系统进行集成，制定统一的数据标准和接口规范，实现数据的共享和交互。

（4）加强人员培训：开展针对性的培训课程，提高生产管理人员对自动化监控系统的操作和维护技能，使其能够充分发挥系统的功能。

结束语

综上所述，螺杆泵采油系统自动化监控技术的现场实践研究表明，该技术能够有效提高螺杆泵采油系统的运行效率和管理水平。通过实时监测运行参数、故障诊断预警和生产管理优化，降低了生产成本，保障了安全生产。然而，在现场实践中也暴露出一些问题，如传感器可靠性、通信稳定性、系统兼容性和人员操作技能等。针对这些问题，提出了相应的改进措施。随着技术的不断发展和完善，螺杆泵采油系统自动化监控技术将在油田开采中发挥更加重要的作用，为实现油田的智能化开采和可持续发展提供有力支持。

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