一种抽油机智能间抽控制装置及其控制方法与流程

本发明属于自动化采油的技术领域，尤其涉及一种抽油机智能间抽控制装置及其控制方法。

背景技术：

随着对石油的连续开采，部分油井已进入开采的中后期，地层压力不断下降，供液能力越来越弱。而抽油机选型和杆泵设计的产液量远远大于油井的供液能力，导致大量油井出现供液不足的现象。资料表明：有30％以上的供液不足井在50％～80％的运行时间内处于空抽状态。因此抽油机的节能增产研究备受各界关注。

从提高泵效和节能的角度来看，间歇抽油工作方式是一种极其有效的方式，克服了供液不足不能满足抽油设备连续工作的问题。同时可以有效的延长设备使用寿命和油井的检泵周期。

抽油机智能间抽控制装置抽油机智能间抽控制装置

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种抽油机智能间抽控制装置，其在保证产量稳定情况下，减少抽油机的工作时间，提高电机负载率，以解决油田当前存在的因油井供液不足引起的效率低下问题。

解决上述问题的技术方案是：这种抽油机智能间抽控制装置，其包括间抽控制器、电控箱、位移传感器、载荷传感器、无线天线；

位移传感器测量抽油机光杆处的位移并连接到间抽控制器；

载荷传感器测量抽油机光杆处的载荷并连接到间抽控制器；

间抽控制器连接电控箱，间抽控制器包括：电源模块、通信模块、控制模块、电量模块；电量模块采集抽油机工作过程中的电流、电压和功率，并发送给控制模块；通信模块与无线天线连接，控制模块根据抽油机光杆处的载荷和位移获得抽油机的启动停止信息并发送启停命令到电控箱；

电控箱包括供电单元和变频器，根据间抽控制器的命令实现抽油机的启停以及冲次调节。

本发明由间抽控制器、电控箱结合位移传感器、载荷传感器以及通信模块来实现智能间抽控制，因此在保证产量稳定情况下，减少抽油机的工作时间，提高电机负载率，以解决油田当前存在的因油井供液不足引起的效率低下问题。

还提供了一种抽油机智能间抽控制装置的控制方法，其包括以下步骤：

(1)分析油井当前工作状态；

(2)分析油井最佳冲次并分析油井的动液面恢复规律及油井的生产规律；

(3)通过控制停井，学习抽油机在不同冲次下的泵充满度变化规律、产液量以及动液面数据；

(4)选取最佳冲次和初步估算停机时间；

(5)确定间抽周期；

(6)间抽生产效果评价和修正。

附图说明

图1是根据本发明的抽油机智能间抽控制装置的结构示意图。

图2为根据本发明的间抽控制器的结构示意图。

图3是根据本发明的间抽控制器的控制方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，这种抽油机智能间抽控制装置，其包括间抽控制器、电控箱、位移传感器、载荷传感器、无线天线；

位移传感器测量抽油机光杆处的位移并连接到间抽控制器；

载荷传感器测量抽油机光杆处的载荷并连接到间抽控制器；

间抽控制器连接电控箱，间抽控制器包括：电源模块、通信模块、控制模块、电量模块；电量模块采集抽油机工作过程中的电流、电压和功率，并发送给控制模块；通信模块与无线天线连接，控制模块根据抽油机光杆处的载荷和位移获得抽油机的启动停止信息并发送启停命令到电控箱；

电控箱包括供电单元和变频器，根据间抽控制器的命令实现抽油机的启停以及冲次调节。

本发明由间抽控制器、电控箱结合位移传感器、载荷传感器以及通信模块来实现智能间抽控制，因此在保证产量稳定情况下，减少抽油机的工作时间，提高电机负载率，以解决油田当前存在的因油井供液不足引起的效率低下问题。

另外，如图2所示，所述间抽控制器还包括：空开、保险模块、I/O模块、接线端子、接地汇流条。

另外，所述间抽控制器还包括声音报警单元、光报警单元，二者均与控制模块连接。

如图3所示，还提供了一种抽油机智能间抽控制装置的控制方法，其包括以下步骤：

(1)分析油井当前工作状态；

(2)分析油井最佳冲次并分析油井的动液面恢复规律及油井的生产规律；

(3)通过控制停井，学习抽油机在不同冲次下的泵充满度变化规律、产液量以及动液面数据；

(4)选取最佳冲次和初步估算停机时间；

(5)确定间抽周期；

(6)间抽生产效果评价和修正。

另外，所述步骤(1)包括以下分步骤：

(1.1)通过读取油井的当前冲次N_i、功图数据、电参和抽油机的基本参数，分析油井当前生产状态；

(1.2)参数i＝0；j＝0，i代表不同冲次参数下标，j代表不同动液面下的参数下标，i＝0表示原始工作冲次状态；j＝0表示初次分析时值，计算当前油井的动液面H_i、产量Q_i、充满度η_i、电机的负载率κ_i；

(1.3)判断油井当前供液能力状态，如果η_i≥η_min不成立，则油井处于空抽状态；对于空抽油井，判断冲次与允许最小冲次关系，N_i≥N_min，若成立，则降低冲次，等待运行稳定后，返回开始，重新判断；若不成立，则油井处于空抽状态且产量处于最大值处，直接进入学习阶段，询问是否修正产量，学习间抽制度，确认降低目标产量；N_max＝N_i，N_i＝N_i-1，判断油井冲次N_i≥N_min，若成立，进入所述步骤(3)进行学习，若N_i≥N_min不成立，则N_i＝N_min，进入所述步骤(3)进行学习；若不允许修正产量，结束流程；

(1.4)若η_i≤η_max不成立，则油井在保持当前产量下不需要间抽，进一步判断油井当前冲次与最大允许冲次关系，N_i≥N_max若成立，则当前油井产量为当前设备情况下最大值，无法间抽，等待下次判断；若不成立，则当前油井尚有增产可能；

(1.5)η_i≤η_max若成立，则油井符合间抽学习要求，开始进入学习状态。另外,所述步骤(2)包括以下分步骤：

(2.1)i＝i+1,通过不断增加冲次，分析油井在同动液面水平下的供液能力以及不同冲次下的最小充满度；

(2.2)在油井当前冲次的基础上，通过控制变频器，使冲次增加N_i＝N_i-1+ΔN(当ΔN≤0.2时，ΔN＝0.2)，判断N≥N_max,若成立，则结束所述步骤(2)学习；

(2.3)若N≥N_max不成立，则发送冲次调节命令，待抽油机运行稳定后，开始进入油井数据分析阶段，分析油井在每个冲次条件下，工作进入稳定状态的充满度η_i、产量Q_i、动液面数据H_i，以及当前负载率κ_i；

(2.4)当动液面和充满度在一定周期的变化幅度小于最小限度值时，油井进入新的平衡状态，当η≥η_min不成立，则结束所述步骤(2),进入所述步骤(3)进一步学习；

(2.5)i＝i+1，再次进入所述步骤(2)，直至N≥N_max成立；

(2.6)建立动液面恢复曲线模型建立其H处于H₀以下的动液面恢复曲线。

另外,所述步骤(3)包括以下分步骤：

(3.1)按设置最大停井时间T_max停井，调节冲次，N_i-1＝N_i-ΔN，进行生产，待运行稳定后，计算当前充满度η′_i0、产量Q′_i0、动液面数据H′_i0；

(3.2)依据H′_i0确定学习数据的统计间隔，在抽油机运行过程中，从H＝H′_i0开始，动液面下降ΔH，计算当前平均充满度η′_ij、累计产液量Q′_ij、动液面数据H′_ij和时间间隔Δt_j，j＝j+1完成油井在停井后的产量、动液面、负载率以及泵效的数据的学习。

另外,所述步骤(4)包括以下分步骤：

(4.1)对比分析冲次变化过程中平均充满度η′_ij和平均负载率κ′_ij的变化，选取平均负载率是否在理想范围内平均充满度η′_ij最大值，则N_i即为最佳冲次；

(4.2)依据所述步骤(2)和所述步骤(3)学习，形成最佳冲次下动液面恢复曲线H(t)和Q(t)趋势；

(4.3)根据H(t)和Q(t)，计算当目标产量为Q₀情况下，计算在当停井到达H′_ij，停井时间和产量达到Q₀所需工作时间Tt_j和Td_j；当值最小时对应的Tt_j为初步估算的停机时间；

(4.4)在最佳冲次下让抽油机运行至油井动液面稳定状态下，令间抽周期学习次数flag1＝0,间抽周期修正次数flag2＝0。

另外,所述步骤(5)包括以下分步骤：

(5.1)按照初步计算停机时间Tt_j进行停机，当停机时间到达后，开机运行，恢复生产；

(5.2)生产Td_j时间后，判断当前产量与目标产量关系，若成立：间抽方案合理，进入所述步骤(6)；

(5.3)若不成立，判断flag1＜n,若成立带入H(t)和Q(t)重新计算间抽时间Tt_j和Td_j，flag1＝flag1+1；若不成立，结束，重新进行学习。

另外,所述步骤(6)包括以下分步骤：

(6.3)间抽周期修正flag2＝0,按照间抽时间Tt_j和Td_j进行生产，在生产中实时判断充满度与最小充满度关系，若η≥η_min不成立，则流程结束，重新开始学习。当生产完成后，判断若成立，则继续生产，间抽周期完全满足生产需求；

(6.4)若不成立，判断flag2＜3，若成立，flag2＝flag2+1，进入所述步骤(5),重新学习；flag2＜3，若不成立，结束，重新进行学习。

本发明的特点间抽控制器在自学习的基础上，通过分析抽油机示功图，确定抽油机的间抽周期，并通过分析油井的动液面、产液量和充满度来评价间抽周期。

本发明通过间抽控制器和变频器相互配合实现抽油机的安全启动和停止。

数据采集包含功图数据、冲次、冲程、油压、套压、抽油杆的杆柱组合、泵径、原油的密度、含水率，油管内径，抽油杆密度、抽油杆的杨氏模量、功率数据等参数。

数据分析包含实时充满度计算、产量计算、动液面计算等。

技术方案中设计的动液面数据可采用功图实时计算和动液面测量仪在线测量。

技术方案中的充满度计算通过泵功图分析，基于凡尔开闭点的物理意义泵功图上的凡尔开闭点，求取泵的充满度；

技术方案中泵功图采用光杆示功图，结合抽油机井系统的参数，求解建立的振动力学模型，采用傅里叶变换的形式，求得油井的仿真泵功图。

技术方案中产量计算采用功图量油技术，通过功图量油技术实时分析出油井当前产液量。

技术方案的自学过程包含两部分，油井最佳冲次计算和间抽周期选取。

最佳冲次的选择目标在于相同沉没度和不同冲次下，抽油泵的充满度、电机负载率都处于最优解范围。

本发明所采用的理论依据为在油井生产条件未发生改变情况下，功图计产、求解充满度和动液面等数据具有一定稳定性，完全能够反映油井的生产状况。

本发明在自学习的基础上，形成充满度、产量、动液面和时间的对应关系，为确定油井目标生产周期提供依据。

油井的智能控制包括：抽油机的智能启动和停止、抽油机的启动报警和停机报警。报警分为声音报警和光报警。

本发明的特点在于抽油机间抽控制制度的生产和评价方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。本领域的普通技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。