油井节能生产控制系统的制作方法

本发明涉及油田有杆泵井生产领域，特别是涉及到一种油井节能生产控制系统。

背景技术：

目前油田生产过程中，抽油机运行管理通常采用人工调参，通过人工对井况进行判断，对油井生产情况进行诊断，根据判断结果制定出油井措施。这种方法受到油井生产管理人员技术水平和管理经验的限制，不能及时发现油井工况变化、不能准确诊断并提出有效措施，导致油井处于高耗能生产状态，增加了生产成本。现有的油井节能生产控制系统通常采用预测油井液面、抽油泵容积效率或者直接测试油井液面的方法，通过地面控制装置实现油井生产参数的自动调节，不能实现对油井工况的全面诊断及优化；同时当井深大于1500m时，油套环空工况较复杂，受现有测试技术的限制，动液面测试数据误差增大，准确性大大降低，从而影响控制系统运行。为此我们发明了一种新的油井节能生产控制系统，解决了以上技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种自动采集油井生产数据，进行油井工况诊断和优化，控制油井生产参数的油井节能生产控制系统。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：油井节能生产控制系统，该油井节能生产控制系统包括上位机系统、电参数测试仪、功图测试仪和油井控制器，该电参数测试仪连接于该油井控制器，并与主电机连接，检测该主电机运行时的电压、电流数据，并传输给该油井控制器，该功图测试仪连接于该油井控制器，检测抽油机悬点载荷和移动位置，并传输给该油井控制器，该油井控制器将接收的检测数据传输给该上位机系统，该上位机系统根据接收的检测数据对油井工况进行分析诊断及优化，将优化的结果传输给该油井控制器，该油井控制器根据优化的结果控制主电机和平衡电机的工作。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

该功图测试仪安装在光杆夹持装置与悬绳器之间位置，检测抽油机悬点载荷和移动位置。

该电参数测试仪和该功图测试仪将检测数据通过rs485有线方式或者gprs无线方式，传输至该油井控制器，该油井控制器通过无线传输方式，将检测数据传输至该上位机系统。

该油井控制器包括数据采集模块和数据传输模块，该数据采集模块连接于该电参数测试仪和该功图测试仪，接收该电参数测试仪和该功图测试仪传输的检测数据，并将检测数据传输给该数据传输模块，该数据传输模块连接于该数据采集模块，通过无线传输方式，将检测数据传输至该上位机系统。

该油井控制器还包括平衡调节模块，该平衡调节模块连接于平衡电机，根据该上位机系统传输的平衡度优化结果控制平衡电机运行时间，调节平衡块移动距离。

该油井控制器还包括变频控制模块，该变频控制模块连接于主电机，根据该上位机系统传输的优化结果控制主电机电源频率，调节油井悬点运行速度。

该上位机系统包括数据远传模块和工况诊断模块，该数据远传模块与该油井控制器之间进行无线数据传输，接收检测数据，并将检测数据传输给该工况诊断模块，该工况诊断模块根据检测数据对油井工况进行分析诊断。

该上位机系统还包括冲次优化模块，该冲次优化模块根据该功图测试仪测得的功图对油井供排情况进行判断，计算抽油泵充满度,并优化冲次,该油井控制器根据冲次优化结果控制主电机转速。

该上位机系统还包括平衡优化模块，该平衡优化模块根据主电机电参数分别计算出抽油机上下行程的平均功率，从而计算平衡度，根据平衡度计算平衡块调节方向及调节距离，该油井控制器根据平衡优化结果控制平衡电机旋转方向以及运行时间。

该上位机系统还包括冲速优化模块，该冲速优化模块根据该功图测试仪以及该电参数测试仪测试的悬点载荷数据及电参数数据，判断油井状况,优化悬点速度，该油井控制器根据冲速优化结果优化主电机输入电源频率，控制主电机运行速度。

本发明中的油井节能生产控制系统，涉及油田生产用游梁式抽油机控制装置，还可适用于装有可移动平衡配重的游梁式抽油机控制需要。针对目前油井生产不能及时对油井工况进行诊断和优化，缺少可靠和高效的节能生产控制方法的问题，设计一种油井节能生产控制系统，自动采集油井生产数据，进行油井工况诊断和优化，控制油井生产参数，实现油井工况智能诊断、优化及调控，及时调整油井生产参数，使油井生产供排协调，处于节能生产状态。上位机通过数据远传获取现场测试数据，对油井工况进行自动诊断和分析，可以同时开展多口井的诊断和优化，提高了生产运行效率；根据工况诊断结果，对油井生产参数进行优化，通过油井控制器对冲次进行调控，实现油井供排协调生产，降低油井生产能耗，实现油井节能生产；采用上位机诊断优化、数据远传及现场智能调控三位一体的闭环控制方式，实现油井生产智能调控，提高了油田生产自动化程度。

附图说明

图1为本发明的油井节能生产控制系统结构图；

图2为本发明的一具体实施例中油井控制器的内部结构图；

图3为本发明的一具体实施例中上位机系统的内部结构图；

图4为本发明的一具体实施例中多井控制方式的结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

如图1所示，图1为本发明的油井节能生产控制系统的结构图。该油井节能生产控制系统由上位机系统1、油井控制器4、电参数测试仪2和功图测试仪3组成。电参数测试仪2、功图测试仪3、油井控制器4、平衡电机5、主电机6位于油井生产现场，上位机系统1安装在室内。电参数测试仪2及功图测试仪3分别与油井控制器4连接；电参数测试仪2检测主电机的电流、电压等参数，功图测试仪3检测抽油机悬点载荷和位移数据；上位机系统1与油井控制器4相连，油井控制器4通过gprs无线方式与上位机系统1进行数据交换，油井控制器4将电参数、功图参数传输给上位机系统1，上位机系统1根据数据对油井工况进行分析诊断、优化，将优化的结果传输给油井控制器4；油井控制器4分别与平衡电机5和主电机6相连，油井控制器4通过控制平衡电机5运行时间，调节平衡块移动距离，油井控制器4根据接收到得上位机系统1优化结果，控制主电机6电源频率，调节油井悬点运行速度。如图2所示，油井控制器4包括数据采集模块41、数据传输模块42、平衡调节模块43、变频控制模块44等功能模块；如图3所示，上位机系统1包括数据远传模块11、工况诊断模块12、冲次优化模块13、平衡优化模块14、冲速优化模块15等模块。

功图测试仪3安装在光杆夹持装置与悬绳器之间位置，检测抽油机悬点载荷和移动位置。

电参数测试仪2和功图测试仪3检测数据通过rs485有线方式或者gprs无线方式，传输至油井控制器4内部的数据采集模块41，该模块通过无线传输方式，传输至上位机系统1。

实施例1：单井控制方式

电参数测试仪测试主电机运行时电压、电流数据，功图测试仪测试悬点载荷和位移数据；数据通过有线或者无线传输方式，传输至油井控制器内部的数据采集模块，该模块通过无线传输方式，将数据传输至上位机系统，上位机系统通过测试数据分析对油井工况进行以下诊断及优化：

冲次优化：当发现油井供液不足时，降低冲次，使抽油泵容积效率达到设定下限值以上，如果冲次超出允许下限值，则输出间歇采油提示诊断结果，并优化出当前工况下间抽工作制度；当抽油泵容积效率超出设定上限值时，提高冲次，使得抽油泵容积效率处于设定范围内，如果冲次超出允许上限值，则输出泵升级提示及推荐泵径诊断结果。

平衡优化：根据主电机电参数分别计算出抽油机上下行程的平均功率，从而计算平衡度，根据平衡度计算平衡块调节方向及调节距离，油井节能控制器将调节及控制信号发送给平衡电机。

冲速优化：在完成冲次优化和平衡优化的基础上，针对油井特殊工况对悬点运行一个周期内的速度进行优化。针对稠油井原油粘度大导致的杆柱下行阻力大而不得不降低冲次导致产量下降的问题，通过降低下行速度降低下行阻力，同时提高上行速度，整体上维持原冲次水平，从而不降低油井产量；针对低渗油井，由于泵挂深导致载荷大、泵效低等问题，降低了油井举升系统运行效率，通过优化主电机输入电源频率，控制主电机运行速度，改变悬点运动规律，降低悬点载荷差，降低电机输入功率，提高泵效。

上位机系统将优化结果形成输出控制指令通过无线方式下发给油井节能控制器，控制主电机及平衡电机运行，达到油井节能生产的目的。

实施例2：多井控制方式(图4)

一套上位机系统可以同时控制多口油井节能生产，其结构如图4所示。上位机系统同时与多套油井控制器相连，每套油井控制器控制一口油井的数据采集、平衡电机及主电机控制；上位机系统按照设定好的顺序依次处理每套油井控制器的数据采集、工况诊断和优化，并将优化结果一次传输至相应的油井控制器。

采用多井控制方式，可以实现一个区块的多口油井集中管理，节约人力、物力，节省资源，减少生产成本。

本发明中的油井节能生产控制系统，主要应用于油田有杆泵井生产领域。目前胜利油田油井生产有杆泵举升方式占主导地位，抽油机井有2万多口，在生产管理过程中通常采用人工诊断和优化，需要大量的管理人员，且需要经常进行专业培训，才能满足油井管理要求。采用油井节能生产控制系统对油井生产进行工况诊断和优化，对生产参数进行自动调节，不仅可以提高油井管理的技术水平，还可以降低管理人员劳动强度，实现油井生产现代化管理。因此，一种油井节能生产控制系统具有广阔的应用前景。