本发明涉及一种应用于油井中的无杆举升系统控制技术，具体为一种悬挂式潜油螺杆泵无杆举升系统的智能控制方法。
背景技术
目前，国内外油田应用的采油泵大致可以分为两大类，即有杆泵和无杆泵；现有技术中的有杆泵多为往复式柱塞泵，地面上的抽油机将电机的旋转运动变成上下往复运动并通过抽油杆传递到浸没在油层中的抽油泵柱塞，使柱塞在泵筒内上下往复运动而实现抽油。由于抽油杆柱较长，泵负荷和抽油杆自重引起的抽油杆弹性变形很大，进而导致泵的冲程损失较大。而且，柱塞泵的一个往复过程一般只有上冲程出油，因此泵效较低。此外，上述往复式柱塞泵还容易产生气锁现象，即气体进入柱塞泵后，柱塞泵泵筒内无负压，无法继续吸入原油液体的现象，使泵效进一步降低。如果应用于斜井中，则会加速油管及抽油杆的磨损，加大抽油机的运行阻力，增大作业成本。
无杆泵主要有潜油直线电机往复泵和电动潜油离心泵、悬挂式潜油螺杆泵。潜油直线电机往复泵的效率偏低，因此其应用范围较小。电动潜油离心泵的转速高、排量大，但降低转速很困难，因此只能用于供液充足的油井。潜油螺杆泵在缺液条件下，容易干磨，快速损伤橡胶定子，造成泵效急剧下降直至损坏。
正是由于上述种种缺陷，使无杆泵的应用范围受到很大的限制，因此绝大多数油田的生产油井仍采用游梁式抽油机有杆泵举升采油。
技术实现要素：
针对现有技术中无杆泵的应用范围受到很大的限制等不足，本发明要解决的问题是提供一种可充分发挥无杆泵节能高效的举升性能，根据不同油井井下工况变化自动调节运行状态、具有较长运行周期，较高举升效率，较低耗能成本优势的悬挂式潜油螺杆泵无杆举升系统的智能控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种无杆油井举升系统的智能控制方法，包括以下步骤：
系统初始化后，采集无杆举升系统的液压差，计算油井液面；
启动潜油螺杆泵运行规定时间后，实时监测运行电参数和油井井口产液量；
当井口有液排量时，提高泵举升排量至设定的泵排量；
当潜油螺杆泵的运行电流没有超限时，判断油井动液面是否下降；
如果油井动液面由于泵举升排量大而下降，则降低设定潜油螺杆泵的排量参数值；
判断潜油螺杆泵的当前转速是否达到最低转速；
如果没有达到最低转速，则转至提高泵举升排量至设定的泵排量步骤。
如果潜油螺杆泵达到最低转速，则进行最低转速运行报警。
如果油井动液面没有下降，则按照设定调节增加参数量微调增加设定泵排量参数值；
根据微调参数值增加运行电压电流参数，转至提高泵举升排量至设定的泵排量步骤。
当潜油螺杆泵的运行电流超限时，转至增加运行电压电流参数步骤。
当井口称重式计量器无液排量数据时，按照设定参数增加泵启动电压参数，当启动电压参数达到上限，停机报警；
当实测电压低于最高启动电压时，转至启动潜油螺杆泵运行规定时间步骤。
当实测电压高于最高启动电压时，停机报警。
本发明还包括：
系统初始化后，根据下泵深度和电缆长度计算电机启动电压；
根据计算得到的电机启动电压由控制模块通讯变频自动调整启动电压参数，补偿不同深度油井潜油电缆的电缆电阻抗压降；
转至启动潜油螺杆泵运行规定时间步骤。
采集电机外套管与油井套管内环的油井下的温度、压力，根据套管压差△p＝ρgh计算套管动液面位置；根据测量计算的套管动液面的动态变化，监测油井沉没度动态变化，自动调参运行，防止液体抽空。
根据实时测量电流反推计算泵载荷扭矩；
当实际扭矩低于理论计算扭矩时，联合动液面监测数据，判断是否存在供液不足；
如存在供液不足，则自动将泵转速降低到最低转速，等待油井动液面回升；
当系统认定动液面恢复，再加快泵转速，并根据动液面变化达到平衡,自动确定举升液排量。
自动调整启动电压参数是在电机变频器内增加自适应升电压智能运行程序，步骤为：
系统初始化；
当电机正常启动时，按设定微增量参数提高泵举升排量至设定泵运行排量；
判断运行电流是否超限，如果没有超限，则判断是否存在供液不足；
如果存在供液不足，则电机自动降至最低转速运行；
判断电机是低于最低转速运行；
如果不低于最低转速运行，则转至按设定微增量参数提高泵举升排量至设定泵运行排量步骤。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明通过自适应电压电流抬升技术解决不同油井井深(200～3000米变化)电缆阻抗补偿匹配的问题，使井下潜油电机获得较好的电能匹配，具有较长运行周期，较高举升效率，较低耗能成本。
2、本发明通过动液面监测和井口计量器称重实测油井产液量的技术解决油井举升供采协调的问题，避免井下无液供应导致螺杆泵干磨快速损坏的问题，明显的延长了潜油泵的运行寿命和检泵周期，显著降低采油区块作业成本。
3、本发明中的自动调节泵举升排量与动液面和地面液量计量传感器构成闭环控制系统，保证举升排量稳定，使整个系统始终运行在高效节能的生产状态。潜油无杆泵的运行解决了斜井中油管及抽油杆的磨损问题，减小抽油机的运行阻力，避免气锁现象，无抽油杆运行载荷，运行能耗显著降低。
4、本发明中的动液面和地面液量计量传感器为判断油井原油渗出和举升开采量提供了实时有效的数据，为地质部门进一步开发油田提供数据基础，并可快速实施采油措施，使油田采油生产效益显著提高。
附图说明
图1为本发明控制方法流程图；
图2为本发明中无杆油井举升系统结构示意图；
图3为本发明无杆油井举升系统电气原理框图；
图4为本发明无杆油井举升系统电气控制原理图；
图5为自适应升电压智能运行程序的控制流程图。
其中，1为变压器，2为电控柜，3为电缆，4为接线盒，5为井口，6为油管柱，7为电气线，8为泄油阀，9为单向阀，10为油管扶正器，11为潜油电机，12为少齿差减速器，13保护器，14柔性轴，15为螺杆泵，16为进液口，17为油管锚，18为防脱锚，19为人工井底，20为套管，21为油井井下温压一体传感器，22为称重式油井智能计量器，23为油井套管地面压力传感器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
如图1所示，本发明一种无杆油井举升系统的智能控制方法，包括以下步骤：
系统初始化后，采集无杆举升系统的液压差，计算油井液面；
启动潜油螺杆泵运行规定时间后，实时监测运行电参数和油井井口产液量；
当井口有液排量时，提高泵举升排量至设定的泵排量；
当潜油螺杆泵的运行电流没有超限时，判断油井动液面是否下降；
如果油井动液面由于泵举升排量大而下降，则降低设定潜油螺杆泵的排量参数值；
判断潜油螺杆泵的当前转速是否达到最低转速；
如果没有达到最低转速，则转至提高泵举升排量至设定的泵排量步骤。
如果潜油螺杆泵达到最低转速，则进行最低转速运行报警；
如果油井动液面没有下降，则根据设定微调参数值按照系统设定延时时间将增加至设定泵排量参数值；
根据设定微调参数值增加运行电压电流参数，转至提高泵举升排量至设定的泵排量步骤。
当潜油螺杆泵的运行电流超限时，转至根据设定微调参数值增加运行电压电流参数步骤；
当启动运行30分钟后井口无液排量时，按照设定参数值增加泵启动电压参数；
当实测电压低于最高启动电压时，转至启动潜油螺杆泵运行规定时间步骤。
微调参数值为当前各参数测量值的0.1％～10.0％，参数测量值包括排量、电压、电流、转速等。
当实测电压高于最高启动电压时，停机报警。
本实施例中，油井动液面缓慢下降是指油井动液面由于泵举升排量大超过油井井底供液量而下降(下降速率与泵排量有关)
无杆油井举升系统结构图如图2所示，由上至下依次包括油管柱6、泄油阀8、单向阀9、油管扶正器10、潜油电机11、少齿差减速器12、保护器13、柔性轴14、螺杆泵15、进液口16、油管锚17以及防脱锚18，整体安装于一套管12中，油管锚17和防脱锚18深入人工井底，油管柱6位于井口处，连接井口装置，电气线从外部引入油管中，连接至潜油电机11，传感器的信号线也从油管中走线，电气线在地面以上接至接线盒4中，接线盒4再经电缆线3接至电控柜，电控柜2授电侧经变压器1连接至高压电。
电控柜2中设有智能控制模块(kc由控制模块带)、举升系统电参数采集电路、变频器控制电路以及接触器、空气开关、电压表、电流表、延时继电器、等电气元件，控制键盘为接插便携式或由计算机设置，其中智能控制模块中运行本发明方法执行的动态控制算法程序。
本发明无杆油井举升系统电气原理框图及电气控制原理图如图3、4所示。智能控制模块采用成熟单片机电路板实现，运行自行开发的无杆油井举升系统控制嵌入式软件。通过井下套管压力传感器、地面套管压力传感器以及井下温度传感器采集电机外套管与油井套管内环的油井下的压力、温度，根据套管压差计算套管动液面位置△p＝ρgh；根据套管动液面的动态变化，计算油井沉没度动态变化自动调参运行，防止液体抽空，造成无杆举行系统泵空运行故障。
同时，在变频器内增加自适应升电压智能运行程序，该程序可根据电流互感器，采用智能电流表监测到的运行电流，自行按照设置的微调量(通过键盘输入)调节变频器提供给潜油电机11的运行电压和电流，使举升系统根据井深情况自适应确定电机启动和正常运行电压、电流，适应油井举升采油时复杂的井底工况变化。
由于连接地面电控柜和井下潜油电机的潜油电缆长达400～3000米，电缆具有较大的电感储能消耗，存在电缆自身电压降，本发明中变压器采用包含380v至720v，30a专用潜油电机专用自耦交流变压器，可将380v交流电压自适应抬升至420v、450、550、660、720v5个档，自动补偿不同深度油井潜油电缆的电缆电阻抗压降，解决电缆具有较大的电感储能消耗，存在电缆自身电压降影响电机运行的问题。
如图5所示，自适应升电压智能运行程序的控制流程如下：
系统初始化；
当电机正常启动时，按设定微增量参数提高泵举升排量至设定泵运行排量；
判断运行电流是否超限，如果没有超限，则判断是否存在供液不足；
如果存在供液不足，则电机自动降至最低转速运行；
判断电机是低于最低转速运行；
如果不低于最低转速运行，则转至按设定微增量参数提高泵举升排量至设定泵运行排量步骤；否则向控制器报警。
如果不存在供液不足，则按设定微增量参数微增设定泵排量参数值；
按设定微增量参数微调增加运行电压电流参数；
转至按设定微增量参数提高泵举升排量至设定泵运行排量步骤。
如果运行电流超限，则按设定微增量参数微调增加运行电压电流参数，转至按设定微增量参数提高泵举升排量至设定泵运行排量步骤。
当电机不正常启动时，增加启动电机电压电流参数，转至系统初始化步骤。
在电机变频器内增加自适应升电压智能运行程序，该程序可根据智能电流表监测到的运行电流，自行按照设置的微调量调节变频提供给潜油电机的运行电压和电流，使举升系统根据井深情况自适应确定电机启动和正常运行电压、电流。
本实施例以1500米井深举升系统为例，无杆油井举升系统在运行时，根据11kw、2极潜油电机空载电流值和满载电流值空载电流值的差值(如4a)判断，泵入液口是否有液持续供给泵；如电流突然降至空载电流值6a，举升控制系统将泵转速缓慢降至最低转速30r/min，并通过数据传输设备向计算机管理终端报警。系统根据对应实时测量电流反推计算泵载荷扭矩160牛.米，低于理论计算扭矩160牛.米，联合动液面监测数据，判断是否存在供液不足，如系统确定供液不足，则按照程序设定自动将泵转速降低到最低转速30r/min，等待油井动液面回升，等系统认定动液面恢复，再加快泵转速，并根据动液面变化达到平衡，自动确定举升液排量为23t/d。