专利名称：一种螺杆泵井动液面监控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种采油设备控制装置，更具体地说，涉及一种螺杆泵井 动液面监控装置。
背景技术：
螺杆泵机采井是油田开采中的一类油井。如图1所示，在螺杆泵井开采中，
螺杆泵3在套管2中将油液经油管1抽出，油管和套管之间为动液面4。井下 供液情况改变，动液面也随之改变，抽汲量过大，动液面降低；抽汲量过小， 动液面上升。
对螺杆泵井而言，保证动液面的恒定具有重要意义。动液面过低会造成供 液不足，引起螺杆泵定转子干磨发热老化，减少寿命，甚至造成螺杆泵损坏， 而液面过高又造成采汲资源浪费，因此，根据液面情况及时调整螺杆泵转速以 保证动液面的恒定成为重要的课题。
目前，对动液面的监测是采用人工方式在井口处发射声波，根据回波时间 计算液面高度，据此决定如何调整螺杆泵转速以调整抽汲量来保持液面恒定 定。该方法存在如下缺陷
1、 由于油井数量多、分布范围广，人工巡检一次只能测一口井，不仅 劳动强度大，而且条件恶劣，有时一个月甚至更长时间才能测一次， 影响数据的实时性甚至准确性；
2、 无法做到实时在线监测，自然也无法根据动液面情况随时调节螺杆 泵转速而实现自动化采油。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种螺杆泵井动液面监控装置，实现抽油机自动在线监测，为螺杆泵井实现自动化采油创造条件。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种螺杆泵井动液 面监控装置，包括CPU控制器、连接该CPU控制器的变频器、显示装置和操 作按钮，其特征在于，还包括与所述CPU控制器连接的有功功率传感器。
在本实用新型的螺杆泵井动液面监控装置中，所述显示装置为液晶显示屏
或显示数码管与LED灯。
在本实用新型的螺杆泵井动液面监控装置中，包括控制面板，所述显示装 置和所述操作按钮设置在所述控制面板上。
在本实用新型的螺杆泵井动液面监控装置中，所述显示装置包括数值显示 部分和状态显示部分。
在本实用新型的螺杆泵井动液面监控装置中，所述操作按钮包括调节按钮 和功能按钮。
在本实用新型的螺杆泵井动液面监控装置中，包括温控装置。 实施本实用新型的螺杆泵井动液面监控装置，与现有技术比较，其有益效
果是
1. 准确发现螺杆泵电机有功功率与螺杆泵井动液面存在对应关系；
2. 通过实时获取螺杆泵电机的有功功率，根据有功功率与螺杆泵井动 液面的对应关系调整电机转速，大大提高了对螺杆泵井监控的实时 性和准确性，为实现螺杆泵井优化采油创造了条件；
3. 将油田工人从繁重低效的动液面人工监测劳动中解脱出来，大大提 高了油田设备的管理效率。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中 图1是螺杆泵井采油原理图。
图2是螺杆泵井动液面高度与螺杆泵电机功率关系图。
图3是本实用新型螺杆泵井动液面监控装置一种实施例的原理框图。
图4是本实用新型螺杆泵井动液面监控装置控制面板一种实施方式结构
4示意图。
图5是本实用新型螺杆泵井动液面监控装置闭环控制流程图。
具体实施方式
螺杆泵电机输出功率与动液面高度存在对应关系。假设动液面为600米， 螺杆泵电机输出功率为15千瓦，当动液面上升至500米时，螺杆泵举升高度 减少了100米，如没有其他因素影响，螺杆泵电机输出功率将按比例减少；动 液面下降至700米时，如没有其它因素影响，螺杆泵电机输出功率将按比例增 加。
在实际运行中，螺杆泵电机输出功率与动液面之间的关系要受到其他因素 干扰，其中影响最大的是油井结蜡和偏摩。如图2所示，结蜡和偏摩都会使螺 杆泵电机功率增加，偏离原来的线性关系，但由于油井结蜡不会瞬时发生，而 是日积月累生成，所以在相当长时间里功率和液面还是线性关系，同时，在油 田生产中清蜡剂应用越来越多，结蜡的影响也变得越来越小。偏摩通常是瞬时 发生的，不会长时间影响对应关系，而且一旦产生偏摩，油田管理者会马上采 取措施进行纠正，消除偏摩的影响。即使考虑上述影响，也可以通过修改参数 (即斜率)设置，来反映螺杆泵电机输出功率与动液面的实时对应关系。
本实用新型螺杆泵井动液面监控装置即是以螺杆泵电机输出功率作为闭 环反馈信号，实现螺杆泵闭环自动控制运行。
如图3所示，本实用新型螺杆泵井动液面监控装置包括CPU控制器40、 连接CPU控制器40的有功功率传感器10、操作按钮20、显示装置30和变频 器50。
在使用中，有功功率传感器10获取螺杆泵电机的输出功率(即有功功率)， 根据该输出功率数据，CPU控制器40控制变频器50变频调节螺杆泵电机的 转速，对动液面进行调节，保证动液面恒定。
本实用新型螺杆泵井动液面监控装置可以设置控制面板，如图4所示，操 作按钮20、显示装置30设置在控制面板60上。在本实施方式的操作面板60 上，设置有用于数值显示的显示数码管31、 33和用于状态显示的LED灯32、34、 35、用于参数调节和功能设置的调节按钮21、 23和功能按钮22。在其他 实施方式中，可以根据需要设置操作按钮20、 ^示装置30的组成结构。
LED灯32用于表示显示数码管31、 33的显示状态，当LED灯32中的 "开环"灯亮时，显示数码管31、 33分别显示开环状态螺杆泵电机的有功功 率和当前转数，当LED灯32中的"闭环"灯亮时，显示数码管31、 33分别 显示闭环状态(即反馈给定)螺杆泵电机的有功功率和当前转数。LED灯34 亮表示处于变频运行状态，LED灯35亮表示处于工频运行状态。
调节按钮21用于功率设定，调节按钮23用于转速设定，功能按钮22(Fl、 F2、 F3、 F4、 F5)用于输入参数、保存参数、修改参数等功能设置。
在本实施例中，显示装置7采用显示数码管与LED灯的组合方式。在其 他实施例中，可以采用液晶显示屏代替显示数码管和LED灯进行显示，也能 够实现本发明目的。
在其他实施例中，本实用新型螺杆泵井动液面监控装置可以包括抽油机温 度控制装置。
动液面的闭环控制须处理好如下问题由于动液面是大惯量滞后系统，频 率变动不会立刻对动液面产生影响，因此接到反馈信号需要滞后动作，但改变 也不应太大。频率变动则电机输出功率随即做出响应，但此时该变化并不代表 动液面有所改变，功率与液面尚未形成对应关系。如图5所示，本实用新型螺 杆泵井动液面监控装置动液面闭环控制流程为
一、 进入闭环控制，并在控制面板上设定当前闭环工作点；
二、 短延时T1后检测有功功率传感器值PO
三、 设定迟滞上限Pma^PO (l+迟滞系数)，迟滞下限= 她= 0 ( 1-迟滞 系数)，迟滞系数小于5%;
四、 长延时T2 (设定时间约1 2分钟)后检测功率传感器值Pl
五、 当Pl〉Pn^，输出频率降低，降低电机转速慢抽，当PKPmin，输出 频率增加，提高电机转速快抽，并重复步骤三、四、五，每次增减 频率步长为lhz或2hz;当Pmax >P1> Pmin，转下步骤；
六、 当Pl未超出Pn^、 Pmin的迟滞范围，保持原频率，不改变电机速度并重复歩骤四、五、六，实时监测电机功率改变； 七、强制退出闭环控制运行。
权利要求1、一种螺杆泵井动液面监控装置，包括CPU控制器、连接该CPU控制器的变频器、显示装置和操作按钮，其特征在于，还包括与所述CPU控制器连接的有功功率传感器。
2、 如权利要求1所述的螺杆泵井动液面监控装置，其特征在于，所述显 示装置为液晶显示屏或显示数码管与LED灯。
3、 如权利要求1所述的螺杆泵井动液面监控装置，其特征在于，包括控 制面板，所述显示装置和所述操作按钮设置在所述控制面板上。
4、 如权利要求1所述的螺杆泵井动液面监控装置，其特征在于，所述显 示装置包括数值显示部分和状态显示部分。
5、 如权利要求1所述的螺杆泵井动液面监控装置，其特征在于，所述操 作按钮包括调节按钮和功能按钮。
6、 如权利要求1至5之一所述的螺杆泵井动液面监控装置，其特征在于， 包括温控装置。
专利摘要本实用新型涉及一种螺杆泵井动液面控制装置，包括CPU控制器、连接该CPU控制器的变频器、显示装置和操作按钮和有功功率传感器。本实用新型准确设定螺杆泵电机有功功率与螺杆泵井动液面存在对应关系，以有功功率为反馈调整电机转速，为螺杆泵井实现自动运行创造了条件，大大提高了油田生产运行和设备管理的效率。
文档编号E21B44/00GK201381846SQ200920136060
公开日2010年1月13日 申请日期2009年3月24日 优先权日2009年3月24日
发明者朱立新 申请人:深圳市新爱达自动化仪表有限公司