潜油螺杆泵运行参数监测装置及方法与流程

本申请涉及石油天然气技术领域，特别涉及一种潜油螺杆泵运行参数监测装置及方法。

背景技术：

近年来，潜油螺杆泵采油技术的应用和发展迅速。潜油螺杆泵既适用于一般油井生产，又适用于高黏度和高含砂油井生产，无需抽油杆，可消除油管杆的偏磨问题。在采油的过程中，潜油泵通常容易出现许多不易判别的井下故障。通过潜油螺杆泵的运行参数通常可以判断其故障原因，所述运行参数可以包括温度和压力等参数。因此，如何对潜油螺杆泵的运行参数进行实时监测，以掌握潜油螺杆泵在生产过程中的井下工况并判断故障原因，是一项十分重要、紧迫的研究课题，也是挖掘油井潜力、保证设备有效工作、延长检泵周期、提高生产管理技术水平的关键。

现有技术中，申请日为2013年10月29日、公告号为CN203627257U的中国实用新型专利公开了一种具有压力监测和保护装置的潜油螺杆泵。所述螺杆泵泵体下端的泵入口连接有压力传感器，所述压力传感器的下端连接潜油螺杆泵电机。信号电缆的下端连接潜油螺杆泵的电机、上端连接地面控制柜。在采油的过程中，通过压力传感器获取潜油螺杆泵的压力值，并通过信号电缆将所述压力值传递至地面控制柜，以对潜油螺杆泵的压力值进行实时监测。

在实现本申请过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

井下环境通常比较恶劣，位于井下的电缆通常容易发生断裂等故障。上述现有技术中，需要使用单独的信号电缆对潜油螺杆泵的压力值进行传输。这样，增加了采油系统中井下电缆的数量，从而增加了采油系统发生电缆故障的风险，降低了采油系统的可靠性，所述采油系统可以为潜油螺杆泵、以及压力监测和保护装置所组成的系统。

技术实现要素：

本申请实施例的目的是提供一种潜油螺杆泵运行参数监测装置及方法，以减少采油系统中井下电缆的数量，所述采油系统包括潜油螺杆泵、以及潜油螺杆泵运行参数监测装置。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供的潜油螺杆泵运行参数监测装置及方法是这样实现的：

一种潜油螺杆泵运行参数监测装置，包括：井下发送设备和地面接收设备；

所述井下发送设备包括依次连接的传感器和载波单元，所述传感器用于获取潜油螺杆泵的运行参数信号，所述载波单元用于将所述运行参数信号载波至电源线缆上，其中，所述电源线缆为对潜油螺杆泵电机进行供电的线缆；

所述地面接收设备通过电源线缆与所述载波单元相连接，用于从电源线缆上获取载波后的运行参数信号，并基于载波后的运行参数信号计算潜油螺杆泵的运行参数。

一种潜油螺杆泵运行参数监测方法，包括：

获取潜油螺杆泵的运行参数信号；

将所述运行参数信号载波至电源线缆上；

从所述电源线缆上获取载波后的运行参数信号；

基于所述载波后的运行参数信号计算潜油螺杆泵的运行参数。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例可以采用电源线缆载波的方式，将传感器获取的运行参数信号传输至地面接收设备。与现有技术相比，本申请实施例可以将运行参数信号载波至电源线缆上，从而减小了井下电缆的数量，进而减小了采油系统发生电缆故障的风险，增加了采油系统的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例潜油螺杆泵运行参数监测装置的结构示意图；

图2为本申请实施例采油系统示意图；

图3为本申请实施例潜油螺杆泵运行参数监测方法的流程图。

部件说明：

10、传感器； 101、温度传感器； 102、压力传感器；

103、振动传感器； 11、电流电压转换电路； 12、第二滤波电路；

13、放大电路； 14、模数转换电路； 15、调频单元；

16、载波单元； 17、第一滤波电路； 18、接收单元；

19、解调单元； 20、计算单元； 21、上位机；

201、井口； 202、油管； 203、潜油螺杆泵螺杆；

204、潜油螺杆泵电机； 205、三相电源线缆。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

下面介绍本申请实施例的潜油螺杆泵运行参数监测装置。如图1所示，该装置可以包括井下发送设备1和地面接收设备2。所述井下发送设备1可以通过电源线缆与所述地面接收设备2相连接。所述井下发送设备1可以用于获取潜油螺杆泵的运行参数信号，并将所述运行参数信号载波至电源线缆上。所述地面接收设备2可以用于从电源线缆上获取载波后的运行参数信号，并基于所述载波后的运行参数信号计算潜油螺杆泵的运行参数。

所述井下发送设备1具体可以包括依次连接的传感器10、电流电压转换电路11、第二滤波电路12、放大电路13、模数转换电路(A/D转换电路)14、调频单元15、以及载波单元16。

所述传感器10可以用于获取潜油螺杆泵的运行参数信号，具体可以包括温度传感器101、压力传感器102、以及振动传感器103等。例如，所述温度传感器101可以获取潜油螺杆泵电机内的温度，所述压力传感器102可以获取潜油螺杆泵的入口压力。

所述运行参数信号通常为电流信号。所述电流电压转换电路11可以将所述传感器10输出的电流信号转换为电压信号，即，将所述运行参数信号转换为电压信号。所述电流电压转换电路11可以包括标准电阻，以便于通过所述标准电阻将电流信号转换为电压信号。

井下的环境通常较为恶劣，并且具有较多的电磁干扰。所述第二滤波电路11可以用于消除电压信号中的电磁干扰。

所述放大电路13可以对电压信号进行放大，以便于进行A/D转换。所述放大电路13可以包括运算放大器。

所述模数转换电路14可以将放大后的电压信号转换为数字信号。所述调频单元15可以对数字信号的频率进行调制，以对所述数字信号进行编码。所述调频单元15可以基于单片机实现。所述单片机还可以控制所述传感器10、所述电流电压转换电路11、所述第二滤波电路12、所述放大电路13、所述模数转换电路14、所述调频单元15、以及所述载波单元16协调工作。

所述载波单元16可以将调频后的数字信号载波至电源线缆上。这样，可以利用已有的为潜油螺杆泵进行供电的电源线缆，对所述运行参数信号进行传输，从而减小了井下电缆的数量，进而减小了采油系统发生电缆故障的风险，增加了采油系统的可靠性。

潜油螺杆泵电机的绕组通常为星形连接的绕组。所述井下发送设备中各电子元件的电源线可以与所述星形连接绕组的中性点相连接，以对所述各电子元件进行供电。例如，可以对所述中性点的电压进行滤波和电压变换处理，得到24V或5V电压，以对所述各电子元件进行供电。这样，可以使用电源线缆给潜油螺杆泵电机供电的同时，还可以使用所述电源线缆给所述井下发送设备中的各电子元件进行供电，从而简化了采油系统的供电线路，增加了采油系统的可靠性。

所述地面接收设备可以包括依次连接的第一滤波电路17、接收单元18、解调单元19、计算单元20、以及上位机21。

潜油螺杆泵的电机为通常为同步电机。一般采用方波对同步电机进行控制。因此，同步电机的电源线缆上通常具有较丰富的高次谐波。所述高次谐波会对电源线缆上编码后的数字信号产生干扰。因此，为了准确地得到运行参数信号，可以利用第一滤波电路17消除电源线缆上的谐波干扰。所述第一滤波电路17可以包括星形连接的电感器。

所述接收单元18可以获取调频并载波后的数字信号。所述解调单元19可以对调频并载波后的数字信号进行解调，得到载波后的数字信号。

所述计算单元20可以基于载波后的数字信号计算潜油螺杆泵的运行参数。具体地，所述计算单元20可以将从载波后的数字信号中恢复所述数字信号，并可以将所述数字信号转换为电流信号，可以基于所述电流信号的数值，计算潜油螺杆泵的运行参数。

所述上位机21可以对潜油螺杆泵的运行参数进行显示和监控，并可以基于所述运行参数对潜油螺杆泵进行控制，例如，调整潜油螺杆泵电机的转速。

图2为本申请实施例的采油系统示意图。所述采油系统可以包括潜油螺杆泵、以及图1所对应实施例的潜油螺杆泵运行参数监测装置。

图1所对应的实施例，可以采用电源线缆载波的方式，将传感器获取的运行参数信号传输至地面接收设备。与现有技术相比，图1所对应的实施例可以将运行参数信号载波至电源线缆上，从而减小了井下电缆的数量，进而减小了采油系统发生电缆故障的风险，增加了采油系统的可靠性。

图1所对应的实施例，可以对潜油螺杆泵的井下工况进行实时监测，及时采集生产数据，掌握生产情况，并可以基于得到的生产情况，调整潜油螺杆泵的工作参数，使采油系统处于最佳的工作状态。

另外，图1所对应的实施例，可以根据潜油螺杆泵的井下压力，计算出井下液面高度，从而可以及时调整潜油螺杆泵电机的转速和生产能力，防止液面过低而烧泵，减少了人员的参与，降低了人力成本；有利于及时发现问题，提高效益。

需要说明的是，现有技术中，申请日为2014年1月21日、公告号为CN203783562U的中国实用新型专利公开了一种用于潜油电泵的井下多参数监测装置。但是，潜油电泵通常为异步电机，潜油螺杆泵通常为同步电机。异步电机和同步电机的控制方式不同，同步电机的控制方式产生的高次谐波通常较多，干扰更强。因此，公告号为CN203783562U的中国实用新型专利所公开的技术方案，通常无法适用于潜油螺杆泵。

本申请实施例的地面接收设备设置有滤波电路，并且井下发送设备也设置有滤波电路。地面接收设备的滤波电路和井下发送设备的滤波电路相互配合，可以滤波高次谐波干扰。

基于图1所对应的实施例，本申请实施例还提供一种潜油螺杆泵运行参数监测方法。如图3所示，该方法可以包括如下的步骤。

步骤S31：获取潜油螺杆泵的运行参数信号。

所述运行参数信号可以包括温度信号、压力信号、以及振动位移信号等。

步骤S32：将所述运行参数信号载波至电源线缆上。

步骤S33：从所述电源线缆上获取载波后的运行参数信号。

具体地，可以对电源线缆上的信号进行滤波处理，以消除谐波干扰；可以基于滤波后的电源线缆上的信号，获取载波后的运行参数信号。

步骤S34：基于所述载波后的运行参数信号计算潜油螺杆泵的运行参数。

在一个实施方式中，在步骤S31之后，所述方法还包括：对所述运行参数信号进行预处理，所述预处理可以包括电流电压转换处理、滤波处理、放大处理、以及模数转换处理等。

图3所对应的实施方式，可以采用电源线缆载波的方式，对潜油螺杆泵的运行参数信号进行传输。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。