游梁式抽油机运行状态监测系统及监测方法与流程

本发明涉及一种监测系统，尤其是一种游梁式抽油机运行状态监测系统及监测方法。

背景技术：

在石油生产领域，各项排采工艺的制定是依靠石油油井的各项具体数据指标和其变化趋势而制定的。油井数据可分为井口数据和井下数据。井口数据主要有：极值电流、套压、流量与示功图。井下数据主要有：1)井底流压；2)泵填充率(充满度)；3)动液面等。

在当前的生产过程中，无论是井口数据，还是井下数据都是通过各种物理仪器、仪表直接测量而获得。而且，个别数据尚无法直接测得(如泵填充率)，而是从示功图分析获得。另外，目前抽油机数据的获得，多数情况下是以人工的现场操作为主要方式。这种以人工操作、仪器仪表直接测量的方式存在有主要问题：

1、测量密度很低，一般是一天、数天、乃至数周测量一次油井数据，数据的获得实时性较差；

2、测量工作多为户外分散作业点，测量工作的资源消耗很大、劳动强度很大；

3、当前使用的仪器仪表存在或者不能高频度使用(如超声波液位仪不适合连续测量操作)，或者使用寿命较短的问题(如井底压力计)，对抽油机井的数据的获得形成制约。特别是，对于数字化油田生产管理系统所需要的抽油机井数据的连续、密集地采样要求，现行的数据采集手段完全不能满足要求。

技术实现要素：

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种仅通过对抽油机及电机的运行数据进行连续采样所获得的运行曲线进行分析，便可给出抽油机的各项运行工况数据、以及连续数据宏的游梁式抽油机运行状态监测系统及监测方法。

为实现上述目的，本发明提供一种游梁式抽油机运行状态监测系统，包括：相连接的霍尔传感器、接近传感器、旋转编码器、采样电路组件、信号 转换装置、单片机与人机交互界面；

所述接近传感器用于识别抽油机运行中上下极限位置；

所述旋转编码器用于识别电机的旋转速度和实时角度位置；

所述霍尔传感器用于检测电机的电压和电流；

所述采样电路组件对采集到的抽油机中电机电压和电流幅值及相位、接近传感器布尔量信号和旋转编码器脉冲信号并按组加以存储，以形成抽油机运行状态的原始数据流；

所述信号转换装置用于对原始数据流中的各种原始运动状态信号进行转换；

所述单片机用于对转换后的原始信号进行数字化和数组化处理及保存、对抽油机原始数据数组进行分析、对经分析以获得的数组进行分类；

所述人机交互界面用于将抽油机运行的数据显示在人机交互界面上。

上述的游梁式抽油机运行状态监测系统，其中，所述采样电路组件包括电流、电压传感器、脉冲显示模块与相位计量编码器。

上述的游梁式抽油机运行状态监测系统，其中，所述霍尔传感器的输入端与抽油机的电机电缆相连接；接近传感器安装在抽油机游梁支点的两边；旋转编码器与抽油机电机同轴安装；霍尔传感器、接近传感器和旋转编码器的输出端与采样电路组件相连。

本发明还提供一种游梁式抽油机运出行状态监测方法，包括以下步骤：

步骤1、采集抽油机中电机电压和电流幅值及相位、接近传感器布尔量信号和旋转编码器脉冲信号并按组加以存储，形成抽油机运行状态的原始数据流；

步骤2、对所输入的原始数据流中各种原始运动状态信号进行转换，并进行传输；

步骤3、对转换后的原始信号进行数字化和数组化处理及保存、对抽油机原始数据数组进行分析、对经分析以获得的数组进行分类；

步骤4、将抽油机运行的数据显示在人机交互界面上。

上述的监测方法，其中，在步骤1中，采样电路组件每隔1毫秒采集一次由霍尔传感器输入的电机的电压和电流、旋转编码器的脉冲信号以及抽油机的接近传感器的状态数据。。

上述的监测方法，其中，在步骤3中，包括以下操作步骤：

当记满一个冲次的数据后，对连续观测获得的抽油机一个冲次的电机数据进行滤波、去除伪数据及干扰数据后，便获得一组与抽油机运行状态相对应的实效数组；

对该数据组进行分解，去除配重系统的贡献、皮带及减速机系统的效率损失、杆泵系统及摩擦损失后，对数据组的变化趋势、幅度、极性进行定向性分析计算(包括与抽油机的理论数据的对比)，便获得抽油机的极值电流、井底(泵吸入口)流压、泵填充率(充满度)、动态泵效、以及折算出动液面深度的实用数据。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明仅通过对抽油机及电机的运行数据(电压、电流)进行连续采样所获得的运行曲线进行分析，在监测过程中不需要安装任何专用的测量器具便可给出抽油机的各项运行工况数据(极值电流、井底流压、泵沉没度、泵充满度)、以及抽油机及油井性能的连续数据宏。

另外，本发明实现了完全自动化地密集采集抽油机生产所需的各项参考数据，消除了现行测量过程的复杂性，弥补了既有测量手段不能直接给出的部分数据(填充率)的缺失，大幅度减少了以往油井数据采集所消耗的资源。

本发明为抽油机运行数据的间接测量装置。这种以连续测量而获得的电机运行数据为基础、数据处理判断为手段来获得抽油机运行工况各项数据的方法具有明确的先进性和独创性，是实现油田数字化管理的重要基础。

附图说明

图1为本发明中监测系统的结构框图，标记说明如下：

1-霍尔传感器；2-采样电路组件；3-信号转换装置；4-单片机；5-人机交互界面；6-接近传感器；7-旋转编码器

图2为本发明中监测方法的流程图。

图3为本是发明中监测系统的位置结构图，说明如下：

上极限位支架1及上极限位接近传感器2、下极限位支架3及下极限位接近传感器4安装在抽油机游梁支点的两侧，旋转编码器5与电机同轴安装，主控箱体6内置有霍尔传感器、采样电路组件、信号转换装置、单片机和人机界面等。

图4为本发明固定、调整接近传感器的结构图，标记说明如下：

接近传感器1固定在横向支架3的矩形槽孔内，螺栓2用于连接横向支架3和纵向支架4，借助纵向支架的矩形槽孔和横向支架的弧形槽孔，两个支架在平面内的相对位置可以自由调整。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括相连接的霍尔传感器1、采样电路组件2、信号转换装置3、单片机4与人机交互界面5，以及接近传感器6和旋转编码器7。。

其中，霍尔传感器的输入端与抽油机的电机电缆相连接；接近传感器安装在抽油机游梁支点的两边；编码器与电机同轴安装。

采样电路组件对采集到的接近传感器的布尔量信号、旋转编码器的脉冲信号和抽油机中电机的电压与电流幅值及相位状态并按组加以存储，以形成抽油机运行状态的原始数据流。采样电路组件包括电流、电压传感器、脉冲显示模块与相位计量编码器。

信号转换装置用于对原始数据流中的各种原始运动状态信号进行转换。

单片机用于对转换后的原始信号进行数字化和数组化处理及保存、对抽油机原始数据数组进行分析、对经分析以获得的数组进行分类。其中，在对抽油机原始数据数组进行分析时，甄别真伪数据，分拣出有效数据并加以对比判别，以获得与抽油机运动状态相关的关键数据。

对经分析以获得的数组进行分类，以便得以按照生产管理规则、习惯进行显示或传输。

人机交互界面用于将抽油机运行的数据显示在人机交互界面上，另外，还可以传输到远端的管理平台上。

如图2所示，本发明还提供一种游梁式抽油机运行状态监测方法，包括以下步骤：

步骤1、采样电路组件采集抽油机中电机的电压、电流和相位状态并按组加以存储，形成抽油机运行状态的原始数据流。

其中，采样电路组件每隔1毫秒采集一次由霍尔传感器输入的电机的电压和电流、接近传感器的布尔状态量、以及旋转编码器的脉冲数据。。

采样电路组件包括电流、电压传感器、脉冲显示模块与相位计量编码器。

步骤2、信号转换装置对所输入的原始数据流中各种原始运动状态信号进行转换，并进行传输。

步骤3、单片机对转换后的原始信号进行数字化和数组化处理及保存、对抽油机原始数据数组进行分析、对经分析以获得的数组进行分类。

其中，在对抽油机原始数据数组进行分析时，甄别真伪数据，分拣出有效数据并加以对比判别，以获得与抽油机运动状态相关的关键数据。

对经分析以获得的数组进行分类，以便得以按照生产管理规则、习惯进行显示或传输。

其中，在步骤3中，包括以下操作步骤：

当记满一个冲次的数据后，对连续观测获得的抽油机一个冲次的电机数据进行滤波、去除伪数据及干扰数据后，便获得一组与抽油机运行状态相对应的实效数组；

对该数据组进行分解，去除配重系统的贡献、皮带及减速机系统的效率损失、杆泵系统及摩擦损失后，对数据组的变化趋势、幅度、极性进行定向性分析计算(包括与抽油机的理论数据的对比)，便获得抽油机的极值电流、井底(泵吸入口)流压、泵填充率(充满度)、动态泵效、以及折算出动液面深度的实用数据。

步骤4、将抽油机运行的数据显示在人机交互界面上。

其中，将抽油机运行的数据显示在人机交互界面上，另外，还可以传输到远端的管理平台上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。