无线示功仪的应用使得油气田在线采集油梁抽油机地面功图这一需求模块化、标准化，可灵活的与其他功能设备集成；无线的连接方式简化了现场仪表的安装与维护。针对于煤层气井的特点而诞生的无线分体示功仪已取得了良好的经济与社会效益，具备行业推广价值。

我国煤层气资源丰富，居世界第三。每年在采煤的同时排放的煤层气在130亿m3以上，合理抽放的量应可达到35亿m3左右，除去现已利用部分，每年仍有30亿m3左右的剩余量，加上地面钻井开采的煤层气50亿m3，可利用的总量达80亿m3，约折合标煤1000万t。如用于发电，每年可发电近300亿kW.h。

根据国家发改委发布的煤层气开发利用“十二五”规划，到2015年中国煤层气产量要达到300亿m3，其中地面开采部分要达到160亿m3，建成沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘两大煤层气产业化基地。

当今世界各国在煤层气开发领域，无论是从开发规模还是从技术水平等手段上看，美国一直处于领先地位。到目前为止，美国已形成部分煤层气专用开采设备及工艺技术，但常用煤层气排采设备仍以有杆泵为主。有杆泵适应性强、操作简单且性能可靠，其工作深度和排量能较好的适应煤层气井需求，国内外应用最为广泛的有杆泵设备是油梁式抽油机泵装置。而示功图资料则是发现抽油机及井下泵工作异常诊断的必不可少的数据之一。

煤层气主要以吸附形式吸附在煤基质的表面，当地层压力下降至煤层的解吸压力，煤层中的甲烷才被解吸出来。煤层气的开采是一个排水降压的过程，煤层的压降是通过排采来实现的，即利用排采设备，油管排水和套管产气。随着排液的进行，环空液面在下降，从而煤层压力也在下降。一般认为降液速度太快，不利于扩大降压面积，形成大的压降漏斗，不利于井筒远出的煤层气解吸；降液速度太快，破坏煤层的原始状态，会使煤层的割理系统受到伤害，引起渗透率下降；降液速度太快，引起煤层大量出现煤粉和砂，引发煤层坍塌，使气水通道堵塞，产量下降，同时造成卡泵使排采不能正常进行。

针对于煤层气排采的特点，结合油气田井口采集器和抽油机控制器的应用经验，北京安控科技股份有限公司提出了小冲程与低冲次的无线分体示功仪应用方案。

灵活的系统结构

无线分体示功仪对外系统接口为RS485或者RJ45以太网口，通信协议为标准Modbus协议。灵活多样的通信口和通用的协议，造就了现场结构灵活的使用方式。

由图1可以看出，无线分体示功仪不仅可以通过有线或者无线网络将数据直接回传给服务器，还可以通过标准Modbus通信协议将数据传到上一级测控终端，可与不含示功仪功能的RTU轻松对接。

人性化设计且安装方便

在煤层气井口排采过程中由于抽油机冲次较小，对于安装在抽油杆上的一体化示功仪很难形成有效的闭合示功图，因此，在煤层气项目中一般选用分体式在线示功仪。而通常情况下，在抽油机上为有线仪表布设线缆施工比较繁琐，甚至需要动火焊接，编制专门的安全技术措施，并经本企业技术负责人审查批准，因此选择了无线通信方式及电池供电。

北京安控无线分体示功仪由三个部分组成：无线角位移传感器、无线载荷传感器、成图模块终端（图2）。无线角位移传感器安装在磕头机的游梁中部支点位置处，无线载荷传感器安装在悬绳器处，成图模块终端为工业级设计采用DIN导轨安装结构安装到控制箱内。

无线角位移传感器以及无线载荷传感器集信号采集、无线通信和大容量电池于一体，微功耗采集，可设置休眠时间，确保在能在满足数据实效性的前提下可以有效延长电池的供电时间。使用国际通信联盟无线电通信局为工业、科技、医疗定义的无需授权的公用2.4G频段，节省频率资源。不仅现场安装调试简单，一步到位，而且寿命长、稳定，省去了多次维护的麻烦。无线仪表使用锂电池供电，在煤层气项目使用中，可达3～5年以上。

无线角位移传感器的设备结构简单，安装在油梁支点处，配咬合型安装支架，无需焊接、钻孔，安装方便、安全、快捷，不再需要动火作业。支架和无线角位移传感器由4枚螺丝固定，支架安装在抽油机上沿。安装位置在油梁的正反两面均可，不再需要担心传感器位置安装错误而导致功图不正确。

无线载荷传感器设备结构继承了传统有线载荷传感器的特点，U型载荷头，安装无需拆卸上方卡子和防脱帽，一般只要在抽油机卸载后将“U”型口靠在其悬绳器和其防掉卡子之间的光杆上，然后拧上螺钉并固定防脱卡子，方便快捷。传感器与卡锁一起上下运动，不易被人为破坏。无线载荷传感器的安装运行稳定，使用电池供电，可消除外界电网干扰。

成图模块终端采用了先进的工业级产品作为核心和接口部件，具有功能强、可靠性高、抗干扰能力强以及应用灵活等特点，与其他两个部件的无线通信使用了先进的安控2.4G无线系统。安控2.4G无线系统是基于国际标准的IEEE802.15.4通信协议及相关技术结合油气田实际情况而专门开发的无线通信协议系统。

无线分体示功仪装在煤层气井口，通过RS232、RS485、以太网口和井口数据采集器或者上位机通信。井口数据采集器采用标准Modbus协议，可通过指令控制无线示功仪采集和读取功图；也可以由无线示功仪自行周期性采集而井口数据采集器周期读取。

由于功图数据量较大，一般对存储功图的寄存器不进行实时扫描，否则在没有采集到完整且更新的功图数据的情况下会读到大量的无效数据，既占用了信道资源，又不能有效地判断当前扫描的信息是完整功图。因此，为了更高效地利用信道和采集更可靠完整的功图数据，采用了清晰简洁的控制流程。

无线分体示功仪是做了大量的现场调研、征求了许多专家及用户的意见而设计的，并且进行了大量的现场实验，在技术上有许多独到之处。以上内容可总结为以下几个方面：结构合理、安装方便、可直接应用于工业现场；配置合理，具有很强的现场适应能力；灵活的通信方式及标准的通信协议；现场监控和远程监控兼备，为系统操作、诊断、维护和升级提供了方便；工业标准设计，能够工作于各种恶劣环境。