抽油机皮带智能控制系统研究

抽油机皮带智能控制系统研究

王立国1冯得辉2

(1.大庆油田第八采油厂监督管理中心 2.大庆油田第八采油厂第二作业区)

摘要：随着大庆油田数字化转型步伐的不断加快，对抽油机井工作参数自动化采集和监测必将成为油田管理的基本要求，而实现抽油机井的一些日常维护工作的智能化和自动化，在当前形势下，能够有效解决油田生产一线劳动力不足的问题，还会实现油田真正意义上的降本增效。本文就是探讨如何通过监测抽油机冲次的变化，对抽油机滑轨加装智能控制和自动调整装置，实现对抽油机井的皮带松紧度的自动调整。

关键词：皮带松紧度；冲次；传感器；智能滑轨；系统效率

0 引言

抽油机皮带自动调整最直接效果是能提高抽油机皮带的使用寿命，还保证了抽油机始终在设计冲次下工作，显著提升抽油机的系统效率。同时抽油机皮带的自动调整，有效地降低了一线岗位员工的劳动强度，消除了原有人工调整皮带来的安全风险，解决岗位员工不足的问题。第八采油厂共有游梁抽油机井6713口，抽油机皮带自动调整，虽然初期改造会投入一定的资金，但是长期来看，具有很大的应用前景。

1 抽油机皮带松紧度对冲次的影响

1.1抽油机工作原理

简单地说，抽油机就是通过减速箱、曲柄、连杆、游梁、驴头等构件把电机的高速旋转运动转变成抽油杆的上下往复运动，各部件构成了一个统一的整体，相互之间按照一定的比率做规律运动。

1.2抽油机皮带松紧度与冲次的关系

抽油机的理论冲次与减速比直接相关，当电机皮带轮与减速箱皮带轮固定时，抽油机的理论冲次固定。抽油机的实际冲次则受抽油机皮带的松紧度影响，因此皮带的松紧度也影响着抽油机的系统效率。抽油机皮带松紧度合适，抽油机的冲次在设计冲次（理论）下运行。皮带过紧，实际冲次保持在设计冲次状态下不再增加，皮带磨损增加使用寿命降低。皮带过松，会使皮带打滑，传动效率降低，出现“丢转”现象，冲次也随之下降，当皮带松到一定程度时，不足以带动整个抽油机运转，皮带松脱，即皮带被“甩掉”，抽油机停止运转。

目前判断抽油机皮带松紧度的方式是岗位员工现场人工检查，并拢三根手指按压皮带，能够按压不超过2指深度松开后能立即回弹到原位置而不发生颤动为准，或者翻转皮带不能超过皮带一半，松手后能够立即反弹回到原位置，也可通过听皮带旋动时的声音情况判断，人工判断需要岗位员工有丰富的个人经验，熟练掌握相应的技巧，还要看岗位工人的巡回检查的及时性，无法确保皮带始终处于适度的工作状态。

1.3抽油机冲次对于皮带松紧度的实际意义

通过前文的叙述，采用逆向思维，我们通过监测冲次的变化，就可以判断抽油机皮带的松紧度。当抽油机在设计冲次下工作时，此时皮带的松紧度处于合适或是过紧状态；当抽油机在低于设计冲次下工作时，此

时皮带处于松弛状态。这说明，通过监测实际冲次的变化，达到监测抽油机皮带松紧度的变化，不仅在理论上可行，在实际上也更容易实现。目前，我们监测冲次的方式是通过人工计数单位时间（1分钟）内抽油机达到上死点（下死点）的次数。拓展思维，我们也可以监测曲柄在单位时间内转动圈数来计量冲次。当然，人工监测冲次变化相对于人工直接监测皮带的松紧度，主要优势是不与抽油机任何部位发生直接接触，消除了直接检查皮带松紧度所带来的风险，而且通过智能化的手段实现监测冲次变化更容易实现，而直接监测皮带松紧度显然就困难得多，成本上可能会更高。

1.4为冲次与皮带松紧度关系建立数字模型

为了更好的分析皮带松紧度与冲次之间的关系，通过现场跟踪皮带工作状态和对一线岗位工人进行调查问卷，我们建立两者关系模型，并通过现场对模型进行修正完善。

2 抽油机皮带智能调整系统研究

2.1设计思路

工作流程图

通过冲次采集模块现场采集冲次数据，然后通过数据处理模块对冲次数据进行分析，确认每个冲次所用时间是否达到设计要求，如果不能达到设计要求，判断其所用时间是否超过允许值，如果超过允许值，则通过无线传输模块上传至数据中心，同时把信号传输到本地的皮带智能控制系统，皮带智能控制系统，给机械控制装置下达调整指令，电机智能滑轨接收指令后，调整电机整体向后移动，皮带松紧度达到合适状态后，电机的智能滑轨动作停止。本系统设置一定的学习功能，对调整的位移量进行记录，在调整后会主动接收冲次变量，使皮带的松紧度达到最佳状态，并把调整的记录上传到数据中心。以便软件工程师对软件系统做出更优化的设计。

2.2 实现方式

2.2.1冲次采集模块

应用射频识别技术，采用ID/IC卡扣和读卡器成组对曲柄的旋转周期进行计时。读卡器安装在抽油机减速箱底座侧面上，ID/IC卡扣安装在抽油机曲柄位置，ID/IC卡扣随曲柄移动到读卡器位置，读卡器每次接收到ID/IC卡扣信号，都进行计时计次，把数据存储到存储模块的同时发送给数据处理模块进行分析处理，数据处理模块与预先设定的标准值进行对比分析，可以通过每个冲次所用时间判定皮带松紧程度，也可以通过分析单位时间内的冲次数判定皮带松紧程度。当所用时间超过设定值或者单位时间内的冲次小于设定值时，向皮带智能控制装置下达指令，并把数据上传到数据中心。

2.2.2皮带智能调整装置

系统设置四台举升电机，四台顶进电机（两台前置顶进电机向后顶进，两台后置顶进电机向前顶进），设置一个智能控制箱。系统在接收冲次监控系统的数据或指令后，设置的四台举升电机把处于锁紧状态的抽油机电机举升起来进入到滑动轨道，此时后置顶进电机处于空置状态，两只前置顶进电机把抽油机电机向后顶进，使皮带的松紧度达到合适状态，然后顶升电机下降到原位，抽油机的电机归位到处于锁紧状态。当皮带达到疲劳极限而完全断裂，需要安装新皮带时，前置顶进电机回归到原位，处于空置状态，后置顶进电机处于工作状态，向前顶进抽油机电机，保证抽油机皮带能够轻松安装，此时需要人工给前置顶进电机下达向后顶进抽油机电机的指令，前置电动机进入工作状态，系统根据以往数据，判断需要顶进距离使抽油机皮带的松紧度达到合适状态。可设置人工启动抽油机，也可设置系统自动启动抽油机。抽油机启动后，冲次监控系统

进入工作状态。

2.3 数据传输

当数据要求上传至远端的数据中心进行保存时，数据传输可采用基于5G的公共网络传输，甚至可以实现手机APP端的提示提醒业务或数据实时查询业务。当涉及保密要求时，也可采用油田建设的专用网络。

当数据不要求上传至远端的数据中心，而只在本地进行智能控制时，数据可通过有线传输进行即时调整电机前后移动，达到调整抽油机皮带松紧度的目的。

当然，当今世界是大数据的时代，也是云存储、云计算的时代，油田在数据化转型过程中，更需要海量数据来支撑未来创新，对于可获取、可量化的数据，数据沉淀同样是我们应当研究的课题，完全有必要进行远端云存储、云计算。

3 应用前景展望

抽油机皮带松紧度智能调整系统表面上看是一个小系统，理论简单，实现容易，成本低廉，只有通过不断对采集的实时数据进行分析对比，才能精确的量化和核算出其巨大的效益。

3.1 降低抽油机单井的劳动定额，缓解采油班组操作员工不足

经调研，目前调整抽油机皮带松紧度依靠人工的方式，人工单井每月需要调整1次至2次的皮带松紧度，并且需要停机调整，每次调整用时10分钟。安装抽油机皮带松紧度智能能化调整系统后，不再需要人工调整。以全厂6000口抽油机井计算，每年可节约至少12000小时的工作时间，按每天8小时工作日计算，可减少125个工作日，一年可节省工作时间1500个工作日。

按照操作规程要求，更换抽油机井皮带需要2名岗位员工，而每口抽油机井更换皮带的周期在6个月至9个月不等，我们取其最大值9个月，每次更换皮带的时间10分钟。而安装抽油机皮带松紧度智能能化调整系统后，每次更换皮带2名岗位工人只需要3分钟就可以安装到位，节省工作时间14分钟,每年可减少777小时，节省97个工作日。

显然，这对于降低抽油机单井的劳动定额有很高的现实意义。在改变前线岗位员工配置的情况，能够有效地缓解采油班组操作员工不足的问题，有效降低了岗位员工的劳动强度。

3.2 可提高抽油机井的机采时率

通过上面的计算，人工调整抽油机皮带松紧度和更换抽油机皮带，6000口抽油机井每年可以减少12777小时停井。我们保守测算，由于皮带磨损造成皮带更换不及时，每年每口井因此造成的停井时间为1小时，6000口井即为6000小时，每年因此造成抽油机皮带问题影响的抽油机时率为18777小时。

3.3能够提高抽油机皮带的使用寿命

目前所采用的人工监控抽油机皮带松紧度的方式，存在严重的滞后问题，抽油机皮带打滑磨损问题无法有效监控，造成抽油机皮带使用寿命降低，通过安装抽油机皮带智能化调整系统，可有效提高抽油机的寿命，预测可提高抽油机皮带使用寿命5%以上。按照目前每口抽油机井皮带使用寿命9个月计算，6000口井每年使用8000组皮带，每年可以节省至少380组皮带。

另外，由于抽油机皮带始终处于松紧度合适的状态，保证了抽油机皮带具有好的传送效率，整个系统效率将得到提高，我们预测每口抽油机井的系统效率能够提高0.5%，节能效果显著。

4 需要攻关和解决的问题

4.1 抽油机智能滑轨系统

可自行开发研究，也可购买成熟度高的专利技术。显然，抽油机智能滑轨系统并不是一个很难攻关的技术，笔者更倾向于通过立项攻关自行开发这一举措。

4.2 进行前期数据采集

需要对现有的抽油机皮带的应用状态进行精准的数据采集，获得真实精确的数据资料，为应用抽油机皮带松紧度智能化调整系统作资料上的准备。

4.3 做好无线数据传输接口

    系统必须建立无线数据传输，因此解决接口问题，不仅是技术问题，还是一个管理问题，为大数据、云数据、云存储等做好前期准备。

5 结论

5.1抽油机皮带智能控制系统可与数字化油田同步建设并充分融合，做为数字油田和智慧油田的有效组成部分。

5.2 抽油机皮带智能控制系统可分步组织实施。由于冲次实时采集系统成本低、易实现、建设快等特点，可先期建设冲次实时采集系统，后期滚动建设电机智能调整系统。

抽油机皮带智能控制系统充分利用抽油机井工作原理，实现了工业化与信息化高度融合，在改善一线员工劳动强度，有效缓解岗位人员不足的问题具有明显作用，同时还实现了一定程度上的油田降本增效，应用前景广阔。伴随着抽油机数字化的推广应用，其功能优化、结构优化还需不断完善和推进，以便使其更好地服务油田开发。

参考文献：

［1］李 茂 李海东 樊 勇. 数字化抽油机. 石油科技论坛，2013年第4期

［2］郑飞 张会森等.抽油机数字化控制技术.仪表与自动化, 第30卷，第6期

［3］赵永伟 罗海强.加强抽油机井系统优化，提高机采系统效率.化工管理，2017年9月

作者简介：1.王立国，男，1972年生，工程师，成人本科，从事油田基本建设工作。2.冯得辉，男，1975年生，技能专家，本科，从事采油专业。