输 出功率； 所述远程PC主机通过GPRS或3G数据链路与所述远程透传模块实现双向数据流传送； 其中，所述电发热体采用三相芯线结构，由所述变压器提供工作电压，由所述功率调节 模块控制输出功率；所述传感体采用光纤制成，通过光纤接入口与所述光纤测温模块连接 以实现向光纤测温模块提供井下的温度数据； 所述可编程序控制器内置有程序，可实现如下功能： 功能1，读取所述光纤测温模块采集到的温度数据到内部存储器建立数组，继而得到温 度梯度的过程量及其变化量，与其设定值相比较并计算后得到变压器的合理档位，之后输 出离散控制信号控制对应变压器档位的中间继电器接通，完成对应变压器档位的切换接触 器接通，从而实现调整所述电发热体供电电源的输出功率； 功能2，读取所述井口温度变送器采集到的温度数据到内部存储器建立数组，继而得到 温度的过程量及其变化量，与其设定值相比较并计算后得到所述功率调节模块的合理功率 输出控制电流，从而实现调整所述电发热体的负载输出功率。
2. 根据权利要求1所述的油井清蜡降粘装置，其特征在于： 所述可编程序控制器实现其功能1是按照如下步骤来完成的： 首先，PLC控制器完成初始化；包括①定时器1~2、计数器（TC)初始化；②建立相关 存数单元：错误标志位（SysERR)、报警状态位（ALM)、井筒温度数组（T[])、井口温度数组 01[])、温度梯度数组（1\[]);@装入系统设定值 ：5￥1、5￥1、5￥1^、了51、5￥"、5￥丽、5￥_;建 立相应内部变量：PVp PVTm、PWD、PVTW、PVTDW、PW z。初始化完成之后，对现场的控制系统进行 检测，检测温控系统是否正常，若发现系统异常会及时发送信号（SysERR = I ;ALM = 1)给 PC主机，当接收到PC主机发来的命令（ALM = 0)之后系统才能继续工作； 其次，根据设定的频次对温度数据进行查询和处理；读取光纤模块的温度数据到 PLC的内部存储器的数组（T[])中，第一次循环时，对数据中的数据进行从后向前相邻 的数据依次相减得到数组（dT[])，并将首位赋值为平均值；再次进行相同的循环操作 得到数组（ddT[])，这样就得到了温度梯度的过程量（PVJ及其变化量（PV m);如果 ，则需要修改电源输出功率（PWd)，按照如下步
骤修改：①按公式[2]计算出过程量与设定量的差值PVm;②按公式[3]的比例系数计算 基础系数Fk;③按公式[4]计算出整定系数PVk;④若PV 1，则比例系数设为1，并且TC 计数器加1 ;此外若PVkS 0. 2,则说明系统一直工作在较低的档位，则TC计数器也会加1 ; ⑤按公式[5]计算出变压器的档位；⑥为了消除调节滞后性影响，每次调节之后都要做一 个时间延迟（??Μ1溢出）后方能进行下一次调节； PVdtl= (PVtl+PVtdl)-(SVtl+SVtdl)..................[2] Fk= (SV tl+SVtdl)/SVdtl.................................[3] PVk= Fk+PVdtl · (SVTL+SVTDL-SVDTL)/SVdtl.........[4] PWd= INT(PVK · TSff).................................[5] PVtl........................井筒温度梯度过程量 PVtdl.....................井筒温度梯度变化过程量 SVtl........................井筒温度梯度设定值 其中：SVna.....................井筒温度梯度变化设定值 SVdtl.....................调整比例系数 TSff.....................变压器当前最高档位，上位PC主机可修改 INTO..................取整函数 最后，检测系统的功率是否处于极值状态，这一状态为非正常状态，进入这一状态后， 会一直检测处于该状态的时间，如果超过规定的时间TC计数器会溢出（TCwf= I ;ALM= 1) 会上PC主机报告，等待来自PC主机的命令（ALM = 0)后才能继续工作； 所述可编程序控制器实现其功能2是按照如下步骤来完成的： 读取一组温度变送器据到PLC的内部存储器的数组（Tw[])中，第一次循环时，对数据 中的数据进行从后向前相邻的数据依次相减得到数组（dTw[])，并将首位赋值为平均值；再 次进行相同的循环操作得到数组（ddT w[])，这样就得到了井口温度的过程量（PVtw)及其变 化量（PVtdw);
，则需要修改负载输出功 率（PWz):①按公式[10]计算出过程量与设定量的差值PVdtw;②按公式[11]的比例系数计 算基础系数Fw;③按公式[12]计算出整定系数PVw;④若PVwS 1，则比例系数设为1，并且 TC计数器加1 ;⑤按公式[13]计算出功率调节模块的驱动电流；⑥为了消除调节滞后性影 响，每次调节之后都要做一个时间延迟（??Μ2溢出）后方能进行下一次调节； PVdtw= (PV tw+PVtdw) - (SVTW+SVTDW)..................[10] Fff= (SV Tff+SVTDff)/SVdtw.................................[11] PVff=Fff+PVDTff/SVDTff....................................[12] Pffz= PVff · 20.............................................[13] PVtw........................井口温度过程量 PVtdw.....................井口温度变化过程量 其中：SVtw........................井口温度设定值 SVtdw.....................井口温度设定值 SVdtw.....................调整比例系数。
3. 根据权利要求2所述的油井清蜡降粘装置，其特征在于：所述远程PC主机具有如下 功能： 实时监测系统的几个关键的状态字，检测到系统状态字变化（ALM= 1，即来自PLC控制 器的请求）时，接管控制系统； PC主机接管后，首先要确定系统是否正常，当出现错误（SysERR= 1)报告时，系统会 等待人工介入的复位；若系统正常，则读取当先系统所处的状态包括所有的过程变量的数 值，查询请求时间窗内所有的温度梯度数值，在PC主机的内部存储器中建立数组OY[])， 对数据中的数据进行从后向前相邻的数据依次相减得到数组（d!Y[]);然后对数组（d!Y[]) 中的数据进行分析：①若数组（d!Y[])的末端不为零（即d!V[m~η]辛0)，则说明实际情 况正朝着不可预期的方向进行，因此需要发出系统错误警报，交由人工进行处理；②若数组 (d!Y[])中的数值为收敛的（即d!Y[m~η] =0)，则说明系统处于可控状态，通过修改参 数可使系统恢复，按如下步骤进行：I .数列dTji] =0,且该元素的邻域内相邻元素为异 号，则说明存在瞬时峰值，则将IY[i] =0(排除瞬时值的干扰）；11 .对数列（dIV[])中的 数值进行求和：若求和结果为正，则说明系统进入了一个较高稳态，则调整参数DTL按公式 [6]取值；若求和结果为负，则说明系统进入了一个较低的稳态，则DTL按公式[7]取值；调 整系数Tk按公式[8]计算，进而按公式[9]得到当前变压器最高档位TSW值；III.清除这 一次的报警信号，发出外部初始化命令，让PLC控制器重新接管系统的控制权； DTL = MAX(TJl).......................................[6] DTL = MIN(TJJ).......................................[7] Tk= DTL/PWF..........................................[8] TSff = INT (Tk · 10).......................................[9] MAXO........................取最大值函数 MINO........................取最小值函数 其中 PWF...........................变压器最大功率参量 INTO........................取整函数。
4. 根据权利要求1、2或3所述的油井清蜡降粘装置，其特征在于：所述电发热体的芯 线为铜基合金线，是由若干段掺杂了不同金属组分的铜基合金线顺次连接后构成，所述掺 杂不同金属组分的铜基合金线按照如下方式选取： 地层深度为L处的电发热体芯线的加热功率如公式[1]所示进行计算； 把地温梯度代入公式[1]计算对应的电加热功率梯度（例如W1, W2, W3，…Wn)，进而 得到电加热部分的芯线电阻梯度（例如R1, R2, R3，…Rn)，计算出电阻梯度的比例（例如： R1 = R2 = R3: ~Rn= n …nn)，确定边界值（例如：?= Ω，则比例因子为k = Ω/η D，计 算出其余的电阻值（例如：R2= k η 2, R3= k η 3，…Rn= k η n)成一般取值为纯铜；
其中： Wl..................深度为L处的加热功率，单位：W/m K1..................管道材料修正系数 K2..................脱气量修正系数 λρρ..................温度为^寸，环形空间导热系数，单位：W/m · K Tpf..................结蜡温度，单位：K Tgl..................深度为L处的地层温度，单位：Κ ΦΒ..................电加热部分的外径，单位 Φτ..................套管内径，单位:mm Φ〇..................油管外径，单位：mm 按照计算得出的电发热体芯线的加热功率选取掺杂不同金属组分的铜基合金线之后 顺次连接使其呈现梯度变化来拟合地温梯度变化。
【专利摘要】一种油井清蜡降粘装置。主要目的在于提供一种具有较好节能效果和清蜡降粘作用的井下电加热装置。其特征在于：由具有若干电压输出档位的变压器、电发热体、传感体、可编程序控制器、光纤测温模块、中间继电器、变压器档位切换接触器、功率调节模块、井口温度变送器、模拟量I/O扩展模块以及与所述电发热体相配合的控制电路和供电电路构成；井口温度变送器将采集到的井口温度信号输入到可编程序控制器；可编程序控制器控制变压器的输出档位和功率调节模块的输出功率；电发热体由变压器提供工作电压，由功率调节模块控制输出功率；所述传感体为光纤，通过光纤接入口与所述光纤测温模块连接以实现向光纤测温模块提供井下的温度数据。
【IPC分类】E21B36-04
【公开号】CN104863545
【申请号】CN201510260300
【发明人】顾建忠
【申请人】大庆天鸿电热器材有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月21日