抽油机井口智能闭环控制变频系统及方法与流程

1.本发明涉及油气田开发技术领域，更具体地，涉及一种抽油机井口智能闭环控制变频系统及方法。


背景技术：

2.目前，抽油机智能变频控制研究内容广泛，涉及抽油机自动控制、抽油机节能及自动转换技术等领域，一些技术完善了抽油机智能变频控制系统，包括主控模块和采样模块，系统可根据数据状况进行变频调速，来获得较好的节能效果。有的技术实现了动液面控制的功图法闭环智能控制，通过井口变频控制器和远程监控平台软件相结合，远程自动变频调速，使抽油泵始终在理想的沉没度范围内运行。
3.现有技术包括一种抽油机自动化平衡调整装置，结构简单，稳定性和可靠性高，丝杠和平衡块被密封于箱体内，具有防护作用，力矩调整范围大并可实现遥控操作；一种抽油机智能变频控制装置，涉及抽油机控制技术领域，能够达到对油田抽油机的控制、节能和自动转换操作的效果。并能达到智能控制，节省电能；一种抽油机智能变频控制系统，该系统能提高功率因数，同时在不影响单井产油量的情况下，可根据井下供液能力的不同实时合理的进行变频调速以调节配置抽汲速度，来获得较好的节能效果；一种抽油机智能变频控制系统，设有与抽油机相接的变频器，与变频器相接有智能控制器，设有抽油杆压力传感器、抽油杆行程传感器，抽油杆压力传感器、抽油杆行程传感器的输出与智能控制器相接，实现产量最大化，能耗最小化，有效地提高了抽油机的工作效率，降低了采油运行成本。
4.但是，上述现有技术需要与远程监控平台软件相结合才能实现井口自动变频调速，需要控制室人工判断和操控，实时性差，人为干预多，智能化程度较低，并且其调整周期长。
5.因此，有必要开发一种抽油机井口智能闭环控制变频系统及方法，进一步提高抽油机井口变频效率，充分利用变频系统节省能源，有必要研发井口的智能闭环变频系统，进一步实现抽油机变频系统持续优化。
6.公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

7.本发明提出了一种抽油机井口智能闭环控制变频系统及方法，其能够通过计算模块对抽油机井进行实时智能变频，实现实时间歇式采油，井口闭环变频调速，同时实现了油井数据的集合和高效采集回传，提高抽油机变频效率，减少单井工作量。
8.根据本发明的一方面，提出了一种抽油机井口智能闭环控制变频系统。所述系统可以包括：井口传感器，所述井口传感器用于获取井口监测数据；变频模块，所述变频模块用于基于所述井口监测数据获得变频信号；计算模块，所述计算模块用于基于所述变频信
号获得速度信号；控制模块，所述控制模块用于根据所述速度信号控制抽油机悬点的运行速度。
9.优选地，所述基于所述井口监测数据获得变频信号包括：设定基准点；基于所述井口监测数据，获得地面示功图；对所述地面示功图进行计算分析，获得泵功图；根据所述基准点与所述泵功图的范围的位置关系，确定所述变频信号。
10.优选地，根据所述基准点与所述泵功图的范围的位置关系，确定所述变频信号包括：若所述泵功图的范围包含了所述基准点，则变频信号取值不变；若所述泵功图的范围不包含所述基准点，则通过上移或下移所述泵功图，使移动后的泵功图的范围包含所述基准点，则所述泵功图上移，所述变频信号增大，所述泵功图下移，所述变频信号减小。
11.优选地，所述基准点的纵坐标在所述泵功图所对应的最大纵坐标的60％-80％的范围内。
12.优选地，所述控制模块包括：控制器，所述控制器用于接收所述速度信号，并基于所述速度信号控制电动机；所述电动机，所述电动机用于控制抽油机悬点的运行速度。
13.优选地，还包括：显示模块，所述显示模块用于显示所述井口监测数据、速度信号、变频信号和运行速度的至少其中之一。
14.优选地，还包括：通信模块，所述通信模块用于将所述井口监测数据传输至所述变频模块。
15.根据本发明的另一方面，提出了一种利用抽油机井口智能闭环控制变频系统的抽油机井口智能闭环控制变频方法，所述方法可以包括：获取井口监测数据；基于所述井口监测数据获得变频信号；基于所述变频信号获得速度信号；根据所述速度信号控制抽油机悬点的运行速度；基于所述运行速度，获得新的井口监测数据。
16.优选地，所述基于所述井口监测数据获得变频信号包括：设定基准点；基于所述井口监测数据，获得地面示功图；对所述地面示功图进行计算分析，获得泵功图；根据所述基准点与所述泵功图的范围的位置关系，确定所述变频信号。
17.优选地，根据所述基准点与所述泵功图的范围的位置关系，确定所述变频信号包括：若所述泵功图的范围包含了所述基准点，则变频信号取值不变；若所述泵功图的范围不包含所述基准点，则通过上移或下移所述泵功图，使移动后的泵功图的范围包含所述基准点，则所述泵功图上移，所述变频信号增大，所述泵功图下移，所述变频信号减小。
18.优选地，所述基准点的纵坐标在所述泵功图所对应的最大纵坐标的60％-80％的范围内。
19.其有益效果在于：通过增设计算模块，代替了中控室，可以实时结合油井工况诊断结果，对油井变频效果进行修正；增设显示模块，方便现场操作及查看，实现实时间歇式采油，井口闭环变频调速，同时实现了油井数据的集合和高效采集回传，提高了变频效率和精确度，提高了井口变频智能化，减少了人工干预的影响。
20.本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
21.通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
22.图1示出了根据本发明的抽油机井口智能闭环控制变频系统的示意图。
23.图2a和图2b分别示出了根据本发明的地面示功图与泵功图的示意图。
24.图3示出了根据本发明的抽油机井口智能闭环控制变频方法的步骤的流程图。
25.附图标记说明：
26.1、井口传感器；2、变频模块；3、计算模块；4、控制模块；401、控制器；402、电动机；5、显示模块；6、通信模块。
具体实施方式
27.下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
28.图1示出了根据本发明的抽油机井口智能闭环控制变频系统的示意图。
29.本发明提供了一种抽油机井口智能闭环控制变频系统，所述系统可以包括：井口传感器1，井口传感器1用于获取井口监测数据；变频模块2，变频模块2用于基于井口监测数据获得变频信号；计算模块3，计算模块3用于基于变频信号获得速度信号；控制模块4，控制模块4用于根据速度信号控制抽油机悬点的运行速度。
30.该实施例通过计算模块3对抽油机井进行实时智能变频，实现实时间歇式采油，井口闭环变频调速，同时实现了油井数据的集合和高效采集回传，提高抽油机变频效率，减少单井工作量。
31.在一个示例中，基于井口监测数据获得变频信号包括：设定基准点；基于井口监测数据，获得地面示功图；对地面示功图进行计算分析，获得泵功图；根据基准点与泵功图的范围的位置关系，确定变频信号。
32.在一个示例中，根据基准点与泵功图的范围的位置关系，确定变频信号包括：若泵功图的范围包含了基准点，则变频信号取值不变；若泵功图的范围不包含基准点，则通过上移或下移泵功图，使移动后的泵功图的范围包含基准点，则泵功图上移，变频信号增大，泵功图下移，变频信号减小。
33.在一个示例中，基准点的纵坐标在泵功图所对应的最大纵坐标的60％-80％的范围内。
34.在一个示例中，控制模块4包括：控制器401，控制器401用于接收速度信号，并基于速度信号控制电动机402；电动机402，电动机402用于控制抽油机悬点的运行速度。
35.在一个示例中，还包括：显示模块5，显示模块5用于显示井口监测数据、速度信号、变频信号和运行速度的至少其中之一。
36.在一个示例中，还包括：通信模块6，通信模块6用于将井口监测数据传输至变频模块2。
37.图2a和图2b分别示出了根据本发明的地面示功图与泵功图的示意图。
38.具体地，井口传感器1获取井口监测数据，井口监测数据包括示功图、电压、电流、悬点载荷、位移，通过通信模块6传输至变频模块2。
39.设定基准点，基准点的纵坐标在泵功图所对应的最大纵坐标的60％-80％的范围内。变频模块2接收井口监测数据后，对井口监测数据进行计算，获得如图2a所示的地面示功图并进行分析，获得泵功图，如图2b所示。如果泵功图包括基准点，则认为充满程度为最佳，变频信号取值不变；如果泵功图不包括基准点，则启动变频，通过上移或下移泵功图，使移动后的泵功图的范围包含基准点，则泵功图上移，变频信号增大，泵功图下移，变频信号减小，获得变频信号并传输至计算模块3；计算模块3接收变频信号，由于电机转速与驱动频率成正比，根据变频信号计算抽油杆的下行速度，使基准点包含于泵功图中，获得速度信号并传输至控制模块4，其中，控制模块4包括控制器401与电动机402，控制器401接收速度信号，并根据速度信号控制电动机402，进而使电动机402控制抽油机悬点的运行速度；显示模块5用于显示井口监测数据、速度信号、变频信号和运行速度；变化后的悬点运行速度再转化成电信号，作为新的井口监测数据，完成本系统的闭环控制。
40.本系统通过增设计算模块3，代替了中控室，可以实时结合油井工况诊断结果，对油井变频效果进行修正；增设显示模块5，方便现场操作及查看，实现实时间歇式采油，井口闭环变频调速，同时实现了油井数据的集合和高效采集回传，提高了变频效率和精确度，提高了井口变频智能化，减少了人工干预的影响。
41.本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
42.图3示出了根据本发明的抽油机井口智能闭环控制变频方法的步骤的流程图。
43.根据本发明的抽油机井口智能闭环控制变频方法可以包括：步骤101，获取井口监测数据；步骤102，基于井口监测数据获得变频信号；步骤103，基于变频信号获得速度信号；步骤104，根据速度信号控制抽油机悬点的运行速度；以及步骤105，基于运行速度，获得新的井口监测数据。
44.该实施例通过计算模块3对抽油机井进行实时智能变频，实现实时间歇式采油，井口闭环变频调速，同时实现了油井数据的集合和高效采集回传，提高抽油机变频效率，减少单井工作量。
45.下面详细说明根据本发明的抽油机井口智能闭环控制变频方法的具体步骤。
46.在一个示例中，基于井口监测数据获得变频信号包括：设定基准点；基于井口监测数据，获得地面示功图；对地面示功图进行计算分析，获得泵功图；根据基准点与泵功图的范围的位置关系，确定变频信号。
47.在一个示例中，根据基准点与泵功图的范围的位置关系，确定变频信号包括：若泵功图的范围包含了基准点，则变频信号取值不变；若泵功图的范围不包含基准点，则通过上移或下移泵功图，使移动后的泵功图的范围包含基准点，则泵功图上移，变频信号增大，泵功图下移，变频信号减小。
48.在一个示例中，基准点的纵坐标在泵功图所对应的最大纵坐标的60％-80％的范围内。
49.具体地，井口传感器1获取井口监测数据，通过通信模块6传输至变频模块2。
50.设定基准点，基准点的纵坐标在泵功图所对应的最大纵坐标的60％-80％的范围内。变频模块2接收井口监测数据后，对井口监测数据进行计算，获得如图2a所示的地面示功图并进行分析，获得泵功图，如图2b所示。如果泵功图包括基准点，则认为充满程度为最佳，变频信号取值不变；如果泵功图不包括基准点，则启动变频，通过上移或下移泵功图，使移动后的泵功图的范围包含基准点，则泵功图上移，变频信号增大，泵功图下移，变频信号减小，获得变频信号并传输至计算模块3；计算模块3接收变频信号，由于电机转速与驱动频率成正比，根据变频信号计算抽油杆的下行速度，使基准点包含于泵功图中，获得速度信号并传输至控制模块4，其中，控制模块4包括控制器401与电动机402，控制器401接收速度信号，并根据速度信号控制电动机402，进而使电动机402控制抽油机悬点的运行速度；显示模块5用于显示井口监测数据、速度信号、变频信号和运行速度；变化后的悬点运行速度再转化成电信号，作为新的井口监测数据，完成本方法的闭环控制。
51.本方法通过增设计算模块3，代替了中控室，可以实时结合油井工况诊断结果，对油井变频效果进行修正；增设显示模块5，方便现场操作及查看，实现实时间歇式采油，井口闭环变频调速，同时实现了油井数据的集合和高效采集回传，提高了变频效率和精确度，提高了井口变频智能化，减少了人工干预的影响。
52.本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
53.应用示例
54.为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
55.对某油田c45-5井进行了试验，抽油机型号cyj10-3-53hy，泵深1059.69m，冲程3m。油井在工频50hz情况下生产，示功图显示的供液不足，通过抽油机井口智能闭环控制变频系统运行，井口传感器1获取井口监测数据，通过通信模块6传输至变频模块2。
56.设定基准点，基准点的纵坐标在泵功图所对应的最大纵坐标的70％，变频模块2接收井口监测数据后，对井口监测数据进行计算，获得地面示功图并进行分析，获得泵功图，基准点不在泵功图的范围内，则启动变频，将频率降低，使移动后的泵功图的范围包含基准点，获得变频信号并传输至计算模块3；计算模块3接收变频信号，根据变频信号计算抽油杆的下行速度，使基准点包含于泵功图中，获得速度信号并传输至控制模块4，其中，控制模块4包括控制器401与电动机402，控制器401接收速度信号，并根据速度信号控制电动机402，进而使电动机402控制抽油机悬点的运行速度；显示模块5用于显示井口监测数据、速度信号、变频信号和运行速度；变化后的悬点运行速度再转化成电信号，作为新的井口监测数据，完成闭环控制。
57.根据一年半的数据统计结果，应用后提高了调频效率，单井平均1周内完成了合理调频，达到泵最佳状态，相当于以往3个月单井的工作量，平均油井综合节电率20％。
58.综上所述，本发明通过增设计算模块3，代替了中控室，可以实时结合油井工况诊断结果，对油井变频效果进行修正；增设显示模块5，方便现场操作及查看，实现实时间歇式采油，井口闭环变频调速，同时实现了油井数据的集合和高效采集回传，提高了变频效率和精确度，提高了井口变频智能化，减少了人工干预的影响。
59.本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
60.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。