油田采油输油状态监测方法及装置

摘要

本发明提供了一种油田采油输油状态监测方法及装置，监测方法是在油井正常工作时，根据安装在输油管道上的单流阀内的球体撞击管壁的声音，记录单位时间内的撞击次数，单位时间内单流阀球体的撞击振动次数固定，则表明工作正常，单流阀球体撞击次数减少或完全静止，则表明出现故障。监测装置包括状态检测节点、传输线路和信息处理中心，状态检测节点通过传输线路与信息处理中心连接。本发明根据单流阀球体撞击管壁声音检测抽油机故障及管道泄漏，集油井和输油管道泄漏检测为一体，结构简单，使用方便，灵敏可靠，检测效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种油田采油输油状态监测方法及装置，属于油井采油输油状态监测技术领域。

背景技术

原油开采是石油行业的重要一环。随着大量长距离输油管道的铺设，管道自然腐蚀及人为破坏导致原油泄漏现象时有发生，在造成巨大经济损失的同时也给环境带来严重的破坏，为此油田每年需要投入大量的人力物力对管道进行集中监控，以保证其正常运行，但输油管道大多处于环境恶劣，交通不便的地方，人为巡检已难以满足监控要求。

各采油厂为了保证油井采油工作的顺利进行，也采取了一定的保护措施，比如在每个计量站外的输油管道上安装了单流阀(又名止回阀)，当有偷油或漏油情况发生时，保证整个计量站的原油不倒流，但从单井至计量站之间的管道安全仍不能保证。目前，国内外专家都致力于研究灵敏而可靠的管道检测方法，以求及时发现问题，进行抢修处理，从而减少事故带来的损失。但是效果都不理想。

油井正常工作时，抽油机上冲程，安装在输油管道上单流阀内的球体被管道内的压力顶开，单流阀球体向上撞击管壁，发出声响，原油由输油管道流入计量站内，抽油机下冲程时，单流阀球体回落。抽油机工作稳定时，单位时间内单流阀球体的撞击振动次数固定，抽油机发生故障时，管壁内压力下降，单流阀球体撞击次数减少或完全静止。因此，通过单流阀球体撞击管壁声音可以检测抽油机是否故障及管道是否泄漏。

发明内容

本发明针对现有油田采油输油状态监测技术存在的问题，提供一种灵敏可靠、集油井和输油管道泄漏检测为一体的油田采油输油状态监测方法及装置。

本发明的油田采油输油状态监测方法是在油井正常工作时，根据安装在输油管道上的单流阀内的球体撞击管壁的声音，记录单位时间内的撞击次数，单位时间内单流阀球体的撞击振动次数固定，则表明工作正常，单流阀球体撞击次数减少或完全静止，则表明出现故障。

本发明的油田采油输油状态监测装置采用以下技术方案：

该油田采油输油状态监测装置包括状态检测节点、传输线路和信息处理中心，状态检测节点包括声音信号采集器、信号放大电路、微处理器和数据通信电路，声音信号采集器通过信号放大电路与微处理器连接，数据通信电路与微处理器连接；信息处理中心包括微控制器、数据通信电路、键盘、液晶显示器和存储器，数据通信电路、键盘、液晶显示器和存储器都与微控制器连接；状态检测节点中的数据通信电路通过传输线路与信息处理中心的数据通信电路连接。

声音信号采集电路采用驻极体传声器。

状态检测节点安装在油田计量站管道处的单流阀顶部，通过声音信号采集电路实现对单流阀球撞击管道顶部的声音信号的拾取，经过放大滤波之后，记录有效撞击次数，在收到周期性的查询命令后将数据通过数据通信电路和传输线路传给信息处理中心。信息处理中心对状态检测点上传的数据进行分析，并将分析结果及状态信息显现到液晶显示器上。若出现油井工作故障情况，液晶模块显示故障状态，通知计量站工作人员进行巡检。

本发明根据单流阀球体撞击管壁声音检测抽油机故障及管道泄漏，并对数据进行分析并根据分析结果采取相应的措施，与输油管道单流阀配合使用，通过检测单流阀单位时间振动次数，实现对故障停井、管道泄漏和偷油等情况的检测，集油井和输油管道泄漏检测为一体，结构简单，使用方便，灵敏可靠，检测效果好。现场实验表明，该系统故障报警率达到90％，满足采油现场的监测要求。

附图说明

图1是本发明的油井状态监测装置的结构示意图。

图2是本发明中油井状态检测节点的结构原理框图。

图3是油井状态检测节点中的通信模块电路示意图。

图4是油井管理中心的硬件结构示意图。

图5是油井管理中心的程序流程示意图。

图中：1、状态检测节点，2、传输线路，3、信息处理中心。

具体实施方式

本发明通过检测单流阀振动次数检测油井工作状态，监测装置的结构如图1所示，包括状态检测节点1、传输线路2和信息处理中心3，状态检测部分1通过传输线路2与信息处理中心3连接。状态检测节点1可有多个。

状态检测节点的结构如图2所示，包括声音信号采集器、信号放大电路、微处理器和数据通信电路，声音信号采集器通过信号放大电路与微处理器连接，数据通信电路都与微处理器连接，声音信号采集电路采用驻极体传声器，实现对声音信号的拾取。由于驻极体传声器利用电容反映声音信号的变化，因此输出信号非常微弱且输出阻抗较大，必须对信号进行线性放大后再进行后端处理。首先采用运算放大器配合相应的电子电路对信号进行预处理，再后利用微处理器内AD转换器对模拟信号进行高速采样。微处理器CPU采用PIC24FJ32GA002单片机，有32K的片内Flash、8K的RAM，片内还自带兼容性的10位模数转换模块(A/D)，最多可设置118个中断向量及7个中断优先级。数据通信电路如图3所示，以EIA-485标准作为物理层，采用差分式数据传输模式，具有较强的抗干扰能力，传输介质采用屏蔽双绞线，并且在传输介质上可同时挂接多个接收器。RS485接口采用半双工模式，利用屏蔽双绞线进行差分信号传输。RS-485具有网络连接方便、抗干扰性能好、传输距离远等优点。RS-485收发器采用TI公司的SN65LBC184作为通信芯片。

信息处理中心3的结构如图4所示，包括微控制器、数据通信电路、键盘、液晶显示器和存储器，数据通信电路、键盘、液晶显示器和存储器都与微控制器连接。数据通信电路与状态检测节点的通信电路相同，都采用485通信。信息处理中心3的功能主要包括参数设定、数据通信、分析、存储与显示等。系统开销较大，使用的外围器件较多，因此需要丰富的CPU资源，以及足够的I/O引脚。采用PIC18F4520微控制器、32K片内Flash、1.5K的RAM以及256Bytes的片内EEPROM，满足信息处理中心3的通信、外设及代码需求。PIC18F4520的I/O端口包含A、B、C、D、E等。考虑到本节点的实际需求，对端口进行了功能分配。其中，端口A、B主要用作检测键盘输入，端口C主要用于串行异步通信，端口D、E主要用来实现对液晶模块的操作，其余引脚留作他用。基于系统设定参数的需要，选用16键键盘，其中包含6个功能键，10个数字键。由于按键数目较多，采用矩阵式键盘设计提高I/O端口的利用效率。其中RA0-RA3为行线，用于行信号检测；RB0-RB3为列线，用于列信号检测。判断键盘按下的方法为：首先使4条列线都输出低电平，4条行线在没有按键按下状态输入都为高电平。当与某行线相连的四个按键之一按下的话，这条行线的输入为低电平。以均匀的时间间隔在4条列线上依次分别输出为低电平，其它列线输出高电平，若某一条列线输出低电平时，恰好有按键按下行线上的电平为低，就可依此判断出哪一按键按下。液晶显示模块具有中英文与绘图模式，支持240*128点阵，内置512Kbyte的ROM字形码，可直接接收标准中文文字内码直接显示中文，带有光标、反白、闪烁功能，且光标高度与宽度可调，用于显示油井编号、设定参数、系统时间及当前状态。此外，系统扩充了24LC256作为外部数据存储器，具有32K的EEPROM，工作电压范围为2.5-5.5伏。可通过I²C总线进行读写，最高读写频率达400KHz，同时可实现最大长度为64字节的页操作功能，可重复擦写100000次。

通过驻极体传声器实现对单流阀球撞击管道顶部的声音信号的拾取，经过放大滤波之后，记录有效撞击次数，在收到周期性的查询命令后将数据通过串行异步通讯传给安装在油井计量站室内的信息处理中心。信息处理中心对状态检测节点上传的数据进行分析，并将分析结果及状态信息显现到液晶显示模块。若出现油井工作故障情况，液晶模块显示故障状态，通知计量站工作人员进行巡检。

通过软件实现油井状态检测节点1的两部分功能，一是AD采样，并对采集到的声音信号进行滤波，滤除干扰保留有用信号，并使振动次数加一；二是485数据传输，将采集的数据发给管理中心节点进行处理。油井管理中心节点实现功能较多，使用嵌入式操作系统的设计方法进行设计，实现了任务管理，任务调度，任务同步和通信以及定时器管理功能，最多可满足16个任务同时运行，根据任务的重要性对其优先级进行设定，底层循环任务不执行任何实际功能，故优先级最低，其他共5个任务，分别为液晶界面显示任务、实时时钟任务、485通讯任务、数据处理任务及更新工作状态任务，优先级由高到低。将系统进行任务划分后，程序的流程如图5所示。

(1)底层循环任务：不停判断其他任务的触发条件，然后通过发送消息方式触发其他任务。

(2)液晶界面显示任务：该任务可根据按键值进行界面切换及内容设定，包括：系统主界面、设定系统时间界面、设定系统参数界面和查询油井故障界面。

(3)实时时钟任务：定时更新系统时间，方便记录故障时间。

(4)485通讯任务：采用轮循方式，每隔100秒与各个控制器依次通信，将各个控制器的采集数据接收过来，接受完数据后，发送消息触发数据处理任务。

(5)数据处理任务：对收到的数据进行分析，判断油井工作状态，发送消息触发跟新工作状态任务。

(6)更新工作状态任务：记录油井工作状态，并更新液晶显示。