一种油井数据采集及电机保护控制系统的制作方法

1.本公开涉及油井数据采集技术领域，尤其涉及一种油井数据采集及电机保护控制系统。


背景技术：

2.目前油田的基础数据采集均采用人工方式且单项分散采集方式，如：油井的油管压力和套管压力用普通压力表进行人工单项采集；油井的油管温度和套管温度用普通温度计进行人工单项采集；油井的电参数需要安装单独的仪表进行单项采集；油井抽油机对平衡率，也需要用特殊仪表进行单独采集；油井的示功图需要配备专人及专业仪器进行采集；以上数据需要大量的人员去现场采集，再由专人汇总，之后上传到管理部门的系统中，需要花费大量人力物力，且时效性和数据准确性比较差。同时由于油井上安装的设备较多，发生故障几率较高，在故障发生时需要及时进行停机维修，而通过人工进行逐个单项采集数据分析需要一定时间，不能及时的发现故障并进行处理。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供一种油井数据采集及电机保护控制系统，以解决以往油井数据采集采用人工单项分散采集方式，需要耗费大量人力物力，且数据的时效性和准确性差，不能及时有效的发现故障并进行停机维修的问题。
4.本发明提供一种，包括：第一采集单元、第二采集单元、主控单元、手持终端及用户服务器；所述主控单元通过无线传输模块分别连接所述第一采集单元及手持终端，所述主控单元通过nb
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iot物联网模块连接用户服务器，所述主控单元通过线路连接第二采集单元，所述主控单元通过继电器连接油井电机；所述第一采集单元与第二采集单元用于采集油井数据，所述第一采集单元采集的油井数据包括：油管压力、油管温度、套管压力、套管温度、抽油机驴头位置以及抽油机载荷数据，所述第二采集单元采集的油井数据包括：油井电机电参数；所述手持终端或用户服务器用于根据用户操作向主控单元发送一个或多个采集命令，所述主控单元根据所述采集命令控制第一采集单元启动采集油井数据中与所述采集命令对应的一项或多项所述油井数据；所述主控单元用于将所述第一采集单元采集的油井数据发送给所述手持终端或用户服务器；所述手持终端或所述用户服务器还用于根据用户操作向所述主控单元发送停机命令，所述主控单元根据所述停机命令控制所述油井电机关闭；所述第二采集单元用于实时采集所述油井电机电参数；所述主控单元用于对所述第二采集单元采集的所述油井电机电参数进行处理，并判断得到的处理结果是否处于预设值范围内，若判断结果为否，则所述主控单元控制所述
油井电机关闭，同时将所述处理结果发送给用户服务器。
5.优选地，所述手持终端通过无线传输模块连接所述用户服务器；当所述手持终端接收到主控单元发送的所述油井数据时，所述手持终端根据用户操作将所述油井数据传输给所述用户服务器。
6.优选地，所述第一采集单元包括：油管压力传感器，安装在油管内部，用于检测油管内压力；油管温度传感器，安装在油管内部，用于检测油管内流体温度；套管压力传感器，安装在套管内部，用于检测套管内压力；套管温度传感器，安装在套管内部，用于检测套管内流体温度；位置传感器，安装在抽油机游梁上，用于检测抽油机驴头位置；载荷传感器，安装在抽油机吊绳与光杆之间连接器内，用于检测抽油机载荷。
7.所述油管压力传感器、油管温度传感器、套管压力传感器、套管温度传感器、位置传感器及载荷传感器分别通过无线传输模块连接所述主控单元。
8.优选地，所述第一采集单元还包括：太阳能电池；所述油管压力传感器、油管温度传感器、套管压力传感器、套管温度传感器、位置传感器及载荷传感器上分别安装有所述太阳能电池。
9.优选地，所述第二采集单元为：电流互感器；所述电流互感器安装在所述油井电机与电源之间，所述电流互感器连接所述主控单元。
10.优选地，所述主控单元包括：处理器，所述处理器通过无线传输模块分别连接所述第一采集单元及手持终端，所述处理器通过nb
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iot物联网模块连接用户服务器，所述处理器通过电流电压转换模块连接所述第二采集单元，所述处理器通过继电器连接油井电机；所述处理器用于根据所述手持终端或用户服务器发送的所述采集命令，控制所述第一采集单元启动采集油井数据中与所述采集命令对应的一项或多项所述油井数据；所述处理器还用于根据所述手持终端或用户服务器发送的停机命令控制所述油井电机关闭；所述处理器还用于对第二采集单元采集的所述油井数据进行处理，并判断得到的处理结果是否处于预设值范围内，若判断结果为否，则所述处理器控制所述油井电机关闭，同时将所述处理结果发送给用户服务器；数据存储器，连接所述处理器，用于存储所述油井数据以及所述处理结果。
11.优选地，还包括：报警模块；所述主控单元通过继电器连接所述报警模块；所述报警模块用于，当所述主控单元判断所述处理结果不处于所述预设值范围内时，所述主控单元控制所述报警模块启动报警。
12.本发明具有如下有益效果：本发明提供一种油井数据采集及电机保护控制系统，通过采用手持终端及用户服务器向主控单元发送采集命令，控制第一采集单元对油井数据进行采集，通过主控单元将第一采集单元及第二采集单元采集数据进行处理后传输至手持终端或用户服务器，实现用
户在任意时刻对油井各项数据进行监测，并通过主控单元控制油井电机启动或关闭，以解决以往油井数据采集采用人工单项分散采集方式，需要耗费大量人力物力，且数据的时效性和准确性差，不能及时有效的发现故障并进行停机维修的问题。
附图说明
13.通过以下参考附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点更为清楚，在附图中：图1是本发明实施例一种油井数据采集及电机保护控制系统的设备框图。
具体实施方式
14.以下基于实施例对本发明进行描述，但是值得说明的是，本发明并不限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。然而，对于没有详尽描述的部分，本领域技术人员也可以完全理解本发明。
15.此外，本领域普通技术人员应当理解，所提供的附图只是为了说明本发明的目的、特征和优点，附图并不是实际按照比例绘制的。
16.同时，除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包含但不限于”的含义。
17.图1是本发明实施例一种油井数据采集及电机保护控制系统的设备框图。如图1所示，一种油井数据采集及电机保护控制系统，包括：第一采集单元、第二采集单元、主控单元、手持终端及用户服务器；主控单元通过无线传输模块分别连接第一采集单元及手持终端，主控单元通过nb
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iot物联网模块连接用户服务器，主控单元通过线路连接第二采集单元，主控单元通过继电器连接油井电机。
18.其中，nb
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iot物联网为电信运营商云端中继nb
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iot物联网， nb
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iot构建于蜂窝网络，只消耗大约180khz的带宽，可直接部署于gsm网络、umts网络或lte网络，以降低部署成本、实现平滑升级。支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(lpwan)。nb
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iot支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。主控单元通过电信运营商云端中继的nb
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iot物联网连接用户服务器，实现远程的数据传输，且使用成本低。
19.其中，无线传输模块可以为蓝牙模块或无线网络模块，蓝牙模块传输距离可达到100米左右，工作人员在油井附近使用手持终端与主控单元进行数据传输时，蓝牙模块的传输距离完全可以满足传输需要。且主控单元安装在油井上，利用蓝牙模块与第一采集单元之间可以完成高效传输。
20.其中，手持终端可以为手机或其他移动设备、终端，用户服务器可以为计算机，手持终端与用户服务器内部分别包含处理器及存储器，存储器内部载有用于使处理器实现本发明的各个方面的可读程序指令。
21.在本发明中，第一采集单元与第二采集单元用于采集油井数据，第一采集单元采集的油井数据包括：油管压力、油管温度、套管压力、套管温度、抽油机驴头位置以及抽油机载荷数据，第二采集单元采集的油井数据包括：油井电机运行参数。
22.根据第二采集单元采集的油井电机运行时的电流信号，通过计算可以得到油井电
机的有功功率、无功功率、视在功率、电量等，通过对这些计算结果，结合采集到的油管压力、油管温度、套管压力、套管温度、抽油机驴头位置以及抽油机载荷数据进行分析，可以反映出抽油机的工作状态，从而及时发现异常。
23.在本发明中，手持终端或用户服务器用于根据用户操作向主控单元发送一个或多个采集命令，主控单元根据采集命令控制第一采集单元启动采集油井数据中与采集命令对应的一项或多项油井数据。
24.第一采集单元包括：油管压力传感器，安装在油管内部，用于检测油管内压力；油管温度传感器，安装在油管内部，用于检测油管内流体温度；套管压力传感器，安装在套管内部，用于检测套管内压力；套管温度传感器，安装在套管内部，用于检测套管内流体温度；位置传感器，安装在抽油机游梁上，用于检测抽油机驴头位置；载荷传感器，安装在抽油机吊绳与光杆之间连接器内，用于检测抽油机载荷。油管压力传感器、油管温度传感器、套管压力传感器、套管温度传感器、位置传感器及载荷传感器分别通过无线传输模块连接主控单元。
25.为节约电能，第一采集单元在不需要进行采集时处于关闭状态，当需要采集数据时，操作人员通过手持终端或用户服务器向主控单元发送采集命令，主控单元控制采集单元启动进行采集，在采集完毕后，采集单元立即关闭。操作人员可以随时根据需要通过主控单元控制采集单元进行任意几项油井数据采集。在采集单元采集完成数据后，将数据通过蓝牙模块传输给主控单元。
26.其中，压力传感器以及温度传感器可以采用压力与温度一体传感器。油管压力传感器以及套管压力传感器为扩散硅压力传感器；油管温度传感器以及套管温度传感器为ntc温度传感器。油管压力传感器及油管温度传感器安装在井口油管预留安装孔内，套管压力传感器及套管温度传感器安装在井口套管预留安装孔内。位置传感器为陀螺仪传感器。载荷传感器为扩散硅传感器。压力传感器、温度传感器、位置传感器及载荷传感器的内部分别具有单片机，可以对传感器采集到信号进行计算得到对应的油管、套管的温度数据、压力数据，以及抽油机驴头位置数据、载荷数据，并将上述油井数据通过其内部安装的蓝牙模块传输给主控单元。
27.在本发明实施例中，当需要进行数据采集时，用户选择需要采集的油井数据，如：油管压力、油管温度、套管压力、套管温度、抽油机驴头位置及抽油机载荷等，用户通过手持终端或用户服务器向主控单元发送对应的油管压力采集命令、油管温度采集命令、套管压力采集命令、套管温度采集命令、抽油机驴头位置采集命令及抽油机载荷采集命令，主控单元通过蓝牙模块或nb
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iot物联网模块接收到一项多项采集命令后，再通过蓝牙模块发送信号控制油管温度传感器、油管压力传感器、套管温度传感器、套管压力传感器、位置传感器及载荷传感器启动对数据进行采集，并将采集的油井数据传输回主控单元。
28.在本发明中，主控单元用于将第一采集单元采集的油井数据发送给手持终端或用户服务器。
29.在本发明实施例中，若用户通过手持终端向主控单元发送采集命令，则主控单元在接收到第一采集单元采集的油井数据时，将油井数据进行打包加密处理后，通过蓝牙模块传输给向其发送采集命令的手持终端；若用户通过用户服务器向主控单元发送采集命令，则主控单元在接收到第一采集单元采集的油井数据时，通过nb
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iot物联网模块将油井
数据发送给用户服务器。
30.在本发明中，手持终端或用户服务器还用于根据用户操作向主控单元发送停机命令，主控单元根据停机命令控制油井电机关闭。
31.在本发明实施例中，当用户通过手持终端或用户服务器接收到第一采集单元采集的油井数据后，可以对油井数据进行判断分析，若数据出现异常，则说明油井抽油机运行可能出现故障，此时用户可以通过手持终端或用户服务器向主控单元发送停机命令，主控单元将控制油井电机及时关闭，从而防止抽油机继续运行造成事故。
32.在本发明中，第二采集单元用于实时采集油井电机电参数。
33.第二采集单元为：电流互感器，电流互感器安装在油井电机与电源之间，电流互感器连接主控单元。
34.在本发明实施例中，电流互感器通过电流电压转换电路连接主控单元。油井电机电参数包括油井电机运行时的电流值及电压值。
35.在本发明中，主控单元用于对第二采集单元采集的油井电机电参数进行处理，并判断得到的处理结果是否处于预设值范围内，若判断结果为否，则主控单元控制油井电机关闭，同时将处理结果发送给用户服务器。
36.在本发明实施例中，主控单元对第二采集单元采集的油井电机运行时的电流及电压信号进行处理包括：根据电流及电压信号通过计算得出油井电机的有功功率、无功功率、视在功率、电量、平衡率及抽油机冲刺频率。主控单元对计算得到的上述处理结果进行判断其数值是否处于预先设定值范围内，若不处于预先设定值范围内，则说明油井电机运行出现问题，主控单元通过继电器控制油井电机关闭，同时将处理结果打包加密后传输给用户服务器。
37.在本发明中，手持终端通过无线传输模块连接用户服务器；当手持终端接收到主控单元发送的油井数据时，手持终端根据用户操作将油井数据传输给用户服务器。
38.在本发明实施例中，当主控单元将油井数据传输给手持终端后，手持终端可以对油井数据进行存储，当用户使用手持终端连接了不同油井的不同主控单元，并进行多个油井的油井数据采集存储后，用户可以通过手持终端将采集的多个油井的油井数据统一打包加密后发送给用户服务器，方便用户服务器进行汇总分析。
39.在本发明中，第一采集单元还包括：太阳能电池；油管压力传感器、油管温度传感器、套管压力传感器、套管温度传感器、位置传感器及载荷传感器上分别安装有太阳能电池。
40.在本发明实施例中，因油井上使用的传感器大多采用锂电池供电，使用时经常需要取出进行电池充电，通过安装太阳能电池，使得传感器使用时不需要经常更换电池，节省了人力。
41.在本发明中，主控单元包括：处理器，处理器通过无线传输模块分别连接第一采集单元及手持终端，处理器通过nb
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iot物联网模块连接用户服务器，处理器通过电流电压转换模块连接第二采集单元，处理器通过继电器连接油井电机；处理器用于根据手持终端或用户服务器发送的采集命令，控制第一采集单元启动采集油井数据中与采集命令对应的一项或多项油井数据；处理器还用于根据手持终端或用户服务器发送的停机命令控制油井电机关闭；处理器还用于对第二采集单元采集的油井数据进行处理，并判断得到的处理结果
是否处于预设值范围内，若判断结果为否，则处理器控制油井电机关闭，同时将处理结果发送给用户服务器；数据存储器，连接处理器，用于存储油井数据以及处理结果。
42.在本发明实施例中，主控单元的箱体上安装有显示屏及操作面板，主控单元的处理器内部载有系统程序，处理器通过线路连接显示屏及操作面板。用户也可以通过按下操作面板上对应的油井数据采集按键，向主控单元发送采集信号，控制主控单元通过第一采集单元进行数据采集。主控单元通过第一采集单元采集到的油井数据以及通过第二采集单元实时采集的油井数据都可以通过显示屏显示出来。用户可以通过操作面板上的停机或启动按钮向处理器发送停机或启动信号，处理器通过继电器控制油井电机启动或关闭。
43.在本发明中，还包括：报警模块；主控单元通过继电器连接报警模块；报警模块用于，当主控单元判断处理结果不处于预设值范围内时，主控单元控制报警模块启动报警。
44.在本发明实施例中，报警模块可以为声光报警器。当主控单元对第二采集单元采集油井电机电参数进行计算处理后得到的处理结果进行判断其不在预设值范围内时，说明油井电机运行出现异常，则主控单元通过继电器控制声光报警器启动进行报警。
45.在本发明实施例中，每个油井配备一个主控单元、第一采集单元及第二采集单元。当用户持手持终端靠近某个油井主控单元100米以内时，手持终端与主控单元通过蓝牙自动连接，主控单元检测到蓝牙连接到的手持终端设备时，将向连接的手持终端设备发送对应的油井抽油机编号和井号，用户确认已连接好主控单元后，通过手持终端操作向主控单元发送一个或多个采集命令，如发送油管压力采集命令、油管温度采集命令、套管压力采集命令、套管温度采集命令、抽油机驴头位置采集命令以及抽油机载荷采集命令，主控单元接收到上述采集命令后，控制第一采集单元的油管压力传感器、油管温度传感器、套管压力传感器、套管温度传感器、位置传感器及载荷传感器启动，对油管压力、油管温度、套管压力、套管温度、抽油机驴头位置以及抽油机载荷数据进行采集，第一采集单元将采集到的油井数据通过蓝牙模块传输给主控单元，主控单元将油井数据通过蓝牙模块发送给手持终端。用户还可以通过手持终端向主控单元发送油井电机电参数采集命令，主控单元将实时采集到的油井电机电流值、电压值，及计算后得到的抽油机有功功率、无功功率、视在功率、电量、平衡率及抽油机冲刺频率等数值发送给手持终端，用户可以在手持终端上观察到采集的上述油井数据。当用户通过手持终端接收到油井数据时，可以将油井数据通过无线网络发送至用户服务器上进行统一存储和分析。在用户通过手持终端观察到采集的油井数据异常时，可以通过手持终端向主控单元发送停机命令，主控单元控制油井电机关闭。
46.多个油井的主控单元可以分别通过nb
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iot物联网模块连接一个用户服务器，用户可以通过用户服务器向一个或多个油井的主控单元发送采集命令，如油管压力采集命令、油管温度采集命令、套管压力采集命令、套管温度采集命令、抽油机驴头位置采集命令、抽油机载荷采集命令和/或油井电机电参数采集命令，主控单元根据用户服务器发送的采集命令控制第一采集单元油管压力传感器、油管温度传感器、套管压力传感器、套管温度传感器、位置传感器及载荷传感器启动，对油管压力、油管温度、套管压力、套管温度、抽油机驴头位置以及抽油机载荷数据进行采集，并将采集的油井数据通过nb
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iot物联网模块发送给用户服务器。同时主控单元将第二采集单元实时采集的油井电机电参数以及计算后得到的抽油机有功功率、无功功率、视在功率、电量、平衡率及抽油机冲刺频率等数值等通过nb
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iot物联网模块发送给用户服务器。在用户通过用户服务器观察到采集的油井数据异常时，
可以通过手持终端向主控单元发送停机命令，主控单元控制油井电机关闭。
47.主控单元通过第二采集单元的电流互感器实时采集油井电机电流及电压，并通过计算得到抽油机有功功率、无功功率、视在功率、电量、平衡率及抽油机冲刺频率等数值，主控单元将判断上述计算结果是否处于预设值范围内，若不处于预设值范围内，说明抽油机运行异常，则主控单元将控制油井电机关闭，并将计算处理结果发送给用户服务器进行分析，同时控制报警模块启动报警。
48.用户除了可以通过用户服务器或手持终端在任意时刻向主控单元发送采集命令进行数据采集外，也可以通过在主控单元处理器的系统程序内设定定时采集时间（如每1小时），主控单元在设定的采集时间定时向第一采集单元发送采集信号对油井数据进行采集，并将第一采集单元采集的油井数据及第二采集单元实时采集的油井数据发送给手持终端或用户服务器。
49.本发明对油井的多项数据采集，通过手持终端或用户服务器向主控单元发送采集命令，能够在某一时间快速完成采集、上传、存储及分析，用户可以通过手持终端或用户服务器向主控单元发送停机或启动命令，从而对油井电机的启动或关闭进行控制，在出现异常时及时关闭油井电机，能够起到保护油井电机的作用，同时还具有故障报警等功能。传感器采用太阳能和锂电池组合供电，在数据采集量不频繁的情况下，传感器可以常年不用充电或更换锂电池的维护。
50.本发明解决了油田油井在数据采集中广泛存在的时效性差、数据误差大和数据造假的问题；油井数据采集和设备操作时无需操作人员与强电设备接触，防止操作人员有触电风险，大量减少了一线人员配备，同时也减少了设备投资和设备维护人员。本发明能够及时发现油井的异常情况，及时处理问题，起到减耗增效的作用。
51.以上实施例仅为表达本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、同等替换、改进等，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。