对井场数据进行处理的方法和井口控制器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种对井场数据进行处理的方法和井口控制器，属于石油采集技术领域。方法包括：实时通过油井的载荷传感器和角位移传感器，获取油井的抽油机的多组载荷数据，所述多组载荷数据中的每组载荷数据包括载荷值和位移值；根据所述多组载荷数据，生成所述抽油机的地面功图；根据所述地面功图，计算所述抽油机的泵冲满度；根据所述泵冲满度，计算所述抽油机的冲次；根据所述冲次，计算所述抽油机的最佳运行频率；获取所述抽油机的当前运行频率；根据所述当前运行频率和所述最佳运行频率，调整所述抽油机的当前运行频率。井口控制器包括：第一获取模块，第一生成模块，第一计算模块，第二计算模块，第三计算模块，第二获取模块和第一调整模块。
【专利说明】
对井场数据进行处理的方法和井口控制器
技术领域
[0001] 本发明涉及石油采集技术领域，特别涉及一种对井场数据进行处理的方法和井口 控制器。
【背景技术】
[0002] 在现代油气生产井场数字化建设过程中，需要对井场的电机参数、功图数据、工业 设备的信号等井场数据进行采集，然后对井场数据进行处理，从而确定井场的抽油机的效 率，进而提尚抽油机的效率。
[0003] 井口控制器位于整个油田生产数字化系统的最底层，是一种远端测控单元装置， 目前，由井口控制器负责对井场数据进行采集和监控，将采集到的数据上传至井场的PC (personal computer，个人计算机)终端，由井场的技术人员根据PC终端显示的井场数据进 行处理。
[0004] 现有技术至少存在以下问题：
[0005] 上述方法依赖于技术人员的经验，从而导致对井场数据进行处理的可靠性差。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种对井场数据进行处理的方法和井口 控制器。技术方案如下：
[0007] -种对井场数据进行处理的方法，所述方法应用在井口控制器中，包括：
[0008] 实时通过油井的载荷传感器和角位移传感器，获取所述油井的抽油机的多组载荷 数据，所述多组载荷数据中的每组载荷数据包括载荷值和位移值；
[0009] 根据所述多组载荷数据，生成所述抽油机的地面功图；
[0010] 根据所述地面功图，计算所述抽油机的栗冲满度；
[0011] 根据所述栗冲满度，计算所述抽油机的冲次；
[0012] 根据所述冲次，计算所述抽油机的最佳运行频率；
[0013] 获取所述抽油机的当前运行频率；
[0014] 根据所述当前运行频率和所述最佳运行频率，调整所述抽油机的当前运行频率。
[0015] 优选的，所述方法还包括：
[0016] 实时通过所述油井的电流变相器，获取所述抽油机的多个电流值；
[0017] 根据所述多个电流值，生成所述抽油机的电流图；
[0018] 根据所述电流图，计算所述抽油机的当前平衡度；
[0019] 根据所述当前平衡度和预设平衡度范围，确定所述抽油机的当前平衡状态；
[0020] 根据所述当前平衡状态，获取调整策略；
[0021] 根据所述调整策略，调整所述抽油机的配重。
[0022]优选的，所述方法还包括：
[0023]获取所述抽油机的当前电流值；
[0024] 根据所述当前电流值和预设电流值，获取所述当前电流值超过所述预设电流值的 第一时长；
[0025] 获取所述抽油机的配重被调整后持续的第二时长；
[0026] 如果所述第一时长达到第一预设时长，或者，所述第二时长达到第二预设时长，则 恢复所述抽油机的配重。
[0027] 优选的，所述根据所述当前运行频率和所述最佳运行频率，调整所述抽油机的当 前运行频率，包括：
[0028] 根据所述当前运行频率、所述最佳运行频率和频率调整步长，计算所述抽油机的 最新运行频率；
[0029] 计算所述最新运行频率和所述最佳运行频率之间的频率差的绝对值；
[0030] 如果所述频率差的绝对值不小于预设频率差，则将所述抽油机的当前运行频率设 置为所述最新运行频率。
[0031] 优选的，所述方法还包括：
[0032] 根据所述栗冲满度和所述冲次，计算所述油井的产液量；
[0033] 所述方法还包括：
[0034] 获取所述油井的电机的三相电参数；
[0035] 根据所述三相电参数，确定所述电机是否发生故障；
[0036] 如果所述电机发生故障，进行报警提示。
[0037] 一种井口控制器，井口控制器包括：
[0038] 第一获取模块，用于实时通过油井的载荷传感器和角位移传感器，获取所述油井 的抽油机的多组载荷数据，所述多组载荷数据中的每组载荷数据包括载荷值和位移值；
[0039] 第一生成模块，用于根据所述多组载荷数据，生成所述抽油机的地面功图；
[0040] 第一计算模块，用于根据所述地面功图，计算所述抽油机的栗冲满度；
[0041 ]第二计算模块，用于根据所述栗冲满度，计算所述抽油机的冲次；
[0042]第三计算模块，用于根据所述冲次，计算所述抽油机的最佳运行频率；
[0043] 第二获取模块，用于获取所述抽油机的当前运行频率；
[0044] 第一调整模块，用于根据所述当前运行频率和所述最佳运行频率，调整所述抽油 机的当前运行频率。
[0045] 优选的，所述井口控制器还包括：
[0046] 第三获取模块，用于实时通过所述油井的电流变相器，获取所述抽油机的多个电 流值；
[0047] 第二生成模块，用于根据所述多个电流值，生成所述抽油机的电流图；
[0048] 第四计算模块，用于根据所述电流图，计算所述抽油机的当前平衡度；
[0049] 第一确定模块，用于根据所述当前平衡度和预设平衡度范围，确定所述抽油机的 当前平衡状态；
[0050] 第四获取模块，用于根据所述当前平衡状态，获取调整策略；
[0051] 第二调整模块，用于根据所述调整策略，调整所述抽油机的配重。
[0052]优选的，所述井口控制器还包括：
[0053]第五获取模块，用于获取所述抽油机的当前电流值；
[0054] 第六获取模块，用于根据所述当前电流值和预设电流值，获取所述当前电流值超 过所述预设电流值的第一时长；
[0055] 第七获取模块，用于获取所述抽油机的配重被调整后持续的第二时长；
[0056] 恢复模块，用于如果所述第一时长达到第一预设时长，或者，所述第二时长达到第 二预设时长，则恢复所述抽油机的配重。
[0057] 优选的，所述第一调整模块，用于根据所述当前运行频率、所述最佳运行频率和频 率调整步长，计算所述抽油机的最新运行频率;计算所述最新运行频率和所述最佳运行频 率之间的频率差的绝对值;如果所述频率差的绝对值不小于预设频率差，则将所述抽油机 的当前运行频率设置为所述最新运行频率。
[0058]优选的，所述井口控制器还包括：
[0059] 第五计算模块，用于根据所述栗冲满度和所述冲次，计算所述油井的产液量；
[0060] 所述井口控制器还包括：
[0061] 第八获取模块，用于获取所述油井的电机的三相电参数；
[0062] 第二确定模块，用于根据所述三相电参数，确定所述电机是否发生故障；
[0063] 报警模块，用于如果所述电机发生故障，进行报警提示。
[0064] 在本发明实施例中，井口控制器实时通过油井的载荷传感器和角位移传感器，获 取油井的抽油机的多组载荷数据，多组载荷数据中的每组载荷数据包括载荷值和位移值； 根据多组载荷数据，生成抽油机的地面功图；根据地面功图，计算抽油机的栗冲满度;根据 该栗冲满度，计算抽油机的冲次;根据该冲次，计算抽油机的最佳运行频率;获取抽油机的 当前运行频率;根据当前运行频率和最佳运行频率，调整抽油机的当前运行频率，从而提高 了调整抽油机的当前运行频率的可靠性。
【附图说明】
[0065] 图1是本发明实施例1提供的一种井场数据进行处理的方法流程图；
[0066] 图2-1是本发明实施例2提供的一种井场数据进行处理的方法流程图；
[0067] 图2-2是本发明实施例2提供的一种井口控制器的软件示意图；
[0068] 图2-3是本发明实施例2提供的一种地面功图的示意图；
[0069] 图2-4是本发明实施例2提供的一种井口控制器的硬件框架图；
[0070] 图3是本发明实施例3提供的一种井口控制器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0071] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0072] 实施例1
[0073]本发明实施例提供了一种对井场数据进行处理的方法，该方法应用在井口控制器 中，参见图1，该方法包括：
[0074] 步骤101:实时通过油井的载荷传感器和角位移传感器，获取油井的抽油机的多组 载荷数据，多组载荷数据中的每组载荷数据包括载荷值和位移值。
[0075] 步骤102:根据多组载荷数据，生成抽油机的地面功图。
[0076] 步骤103:根据地面功图，计算抽油机的栗冲满度。
[0077] 步骤104:根据该栗冲满度，计算抽油机的冲次。
[0078] 步骤105:根据该冲次，计算抽油机的最佳运行频率。
[0079] 步骤106:获取抽油机的当前运行频率。
[0080] 步骤107:根据当前运行频率和最佳运行频率，调整抽油机的当前运行频率。
[0081] 在本发明实施例中，井口控制器实时通过油井的载荷传感器和角位移传感器，获 取油井的抽油机的多组载荷数据，多组载荷数据中的每组载荷数据包括载荷值和位移值； 根据多组载荷数据，生成抽油机的地面功图；根据地面功图，计算抽油机的栗冲满度;根据 该栗冲满度，计算抽油机的冲次;根据该冲次，计算抽油机的最佳运行频率;获取抽油机的 当前运行频率;根据当前运行频率和最佳运行频率，调整抽油机的当前运行频率，从而提高 了调整抽油机的当前运行频率的可靠性。
[0082] 实施例2
[0083]本发明实施例提供了一种对井场数据进行处理的方法，该方法应用在井口控制器 中，也即该方法的执行主体为井口控制器;参见图2-1，其中，该方法包括：
[0084]步骤201:实时通过油井的载荷传感器和角位移传感器，获取油井的抽油机的多组 载荷数据。
[0085] 多个载荷数据中的每组载荷数据包括载荷值和位移值，并且每组载荷数据包括的 载荷值和位移值是同一时间点采集到的数据。
[0086] 井口控制器包括数据采集模块，通过数据采集模块可以对油井生产现场的模拟量 和数字量进行采集，例如，所述通过采集油井的载荷传感器，获取油井的抽油机的载荷值， 通过采集角位移传感器，获取油井的抽油机的位移值。
[0087] 井口控制器还包括安全加密模块，则井口控制器与载荷传感器，以及，井口控制器 与角位移传感器之间进行数据传输时可以进行加密，从而提高数据传输的安全性。
[0088] 通过油井的载荷传感器获取油井的抽油机的载荷值的步骤可以为：
[0089] 载荷传感器读取抽油机的载荷值，并对抽油机的载荷值进行加密，将加密后的载 荷值传输给井口控制器;井口控制器接收载荷传感器传输的加密后的载荷值，并对加密后 的载荷值进行解密得到抽油机的载荷值。
[0090] 通过油井的角位移传感器获取油井的位移值的步骤可以为：
[0091] 角位移传感器读取抽油机的位移值，并对抽油机的位移值进行加密，将加密后的 位移值传输给井口控制器;井口控制器接收角位移传感器传输的加密后的位移值，并对加 密后的位移值进行解密得到抽油机的位移值。
[0092]进一步地，通过采集汇管压力变送器，获取油井的汇管的压力值;根据该压力值和 预设压力值，确定汇管是否安全;如果不安全，进行报警提示。
[0093]如果该压力值大于预设压力值，确定汇管不安全;如果该压力值不大于预设压力 值，确定汇管安全。
[0094] 参见图2-2,井口控制器包括应用软件层，应用软件层包括智能诊断线程，在本步 骤中，根据该压力值和预设压力值，过智能诊断线程确定汇管是否安全通。
[0095] 进一步地，井口控制器还可以确定电机是否发生故障，并在故障时进行报警提示， 具体过程可以为：
[0096]获取油井的电机的三相电参数;根据三相电参数，确定电机是否发生故障;如果电 机发生故障，进行报警提示。
[0097]应用软件层还包括三相电采集刷新线程，三相电采集刷新线程用于采集电机的三 相电参数，也即获取油井的电机的三相电参数的步骤可以为：
[0098]通过三相电采集刷新线程获取油井的电机的三相电参数。
[0099] 在本发明实施例中对报警提示的提示方式不作具体限定;报警提示的提示方式可 以为播放提示音，显示提示信息和/或发送提示信息，该提示信息至少包括该汇管的标识， 也可以包括汇管的压力值等。
[0100] 井口控制器包括AUDIO (音频)接口接喇叭，该喇叭用于播放提示音。
[0101]井口控制器中包括数据通信模块，数据通信模块包括有线数据通信模块和无线数 据通信模块，无线数据通信模块可以为Zigbee(紫蜂)模块。相应的，应用软件层包括Zigbee 线程，Zigbee线程用于解析、响应Zigbee协议数据包。
[0102] 相应的，发送提示信息的步骤可以为：
[0103] 向预设电话号码发送提示信息，或者，向预设邮箱地址发送提示信息。
[0104]预设电话号码和预设邮箱地址均可以根据需要进行设置并更改，在本发明实施例 中，对预设电话号码和预设邮箱地址不作具体限定;例如，预设电话号码为管理员的电话号 码，预设邮箱地址为公司的公共邮箱等。
[0105] 预设压力值可以根据需要进行设置并更改，在本发明实施例中，对预设压力值不 作具体限定。
[0106] 在本发明实施例中，井口控制器通过无线数据通信模块实现与现场仪表以及井场 控制器的无线数据通信功能，具体过程可以为：
[0107] 井口控制器通过无线数据通信模块接收载荷传感器发送的载荷值，通过无线数据 通信模块接收角位移传感器发送的位移值。
[0108] 进一步地，井口控制器还可以通过无线数据通信模块将抽油机的多组载荷数据传 输给井场控制器。
[0109] 由于油气生产现场的环境比较恶劣，并且油气的设备种类较多，采用无线数据通 信模块进行数据通信可以节省布线成本，便于设备的安装调试，而且还可以降低因有线而 导致发生雷击的危险。
[0110] 进一步地，井口控制器通过无线数据通信模块采集油井的现场仪表的数据，通过 无线数据通信模块将现场仪表的数据传输给井场控制器，从而对构建整个油气生产及勘探 作业管理信息系统平台起到底层数据传输的作用。
[0111] 井口控制器不仅支持自动化中常用的MODBUS RTU数据通信协议，还支持使用用户 自定义的协议进行通信，具有最大限度的灵活性，用于满足复杂多变的油气生产现场的需 求。
[0112] 应用软件层还包括Modbus地址刷新线程，Modbus地址刷新线程用于定时刷新RTC 时间、三相电电量信息、抽油机启停状态、平衡调节方式以及平衡度等信息到Modbus地址 区，供其它线程读取。
[0113] 应用软件层还包括232线程，232线程用于解析、响应Modbus协议和用户自定义协 议。
[0114] 步骤202:根据多组载荷数据，生成抽油机的地面功图。
[0115] 应用软件层还包括功图分析线程，在本步骤中，根据多组载荷数据，通过功图分析 线程生成抽油机的地面功图。
[0116]需要说明的是，地面功图的横坐标为位移值，纵坐标为载荷值。
[0117] 在本步骤中，还可以采集多幅功图数据，根据多幅功图数据，生产完整的地面功 图。
[0118] 步骤203:根据该地面功图，计算抽油机的栗冲满度。
[0119] 本步骤可以通过以下步骤(1)至(2)实现，包括：
[0120] (1):根据该地面功图，获取上冲程过程中的第一有效冲程和下冲程过程中的第二 有效冲程。
[0121] 具体地，根据该地面功图，计算出上死点载荷线的第一载荷值和下死点载荷线的 第二载荷值，根据第一载荷值，获取上冲程过程中的第一有效冲程，根据第二载荷值获取下 冲程过程中的第二有效冲程。
[0122] 例如，参见图2-3,通过最小均方根误差法近似计算出上死点载荷线的第一载荷值 为33.83kN，下死点载荷线的第二载荷值为22.82kN，通过功图数据点扫描查找可计算出第 一有效冲程 ADX= 1 · 357-0 = 1 · 357，第二有效冲程 AD = 2 · 507-0 · 253 = 2 · 254。
[0123] (2):计算第一有效冲程和第二有效冲程的比值作为抽油机的栗冲满度。
[0124] 例如，第一有效冲程为ADX，第二有效冲程为AD，则栗冲满度
[0125] 进一步地，确定该栗冲满度是否大于预设栗冲满度，如果该栗冲满度大于预设栗 冲满度，对栗冲满度进行栗冲满度冲次超限处理(例如，按栗冲满度调整步长降低该栗冲满 度等）。
[0126] 预设栗冲满度和栗冲满度步长都可以根据需要进行设置并更改，在本发明实施例 中，对预设栗冲满度和栗冲满度步长都不作具体限定。
[0127] 步骤204:根据该栗冲满度，计算抽油机的冲次。
[0128] 栗冲满度和冲次之间呈线性关系，则在本步骤中，根据该栗冲满度，按以下公式 (1)计算抽油机的冲次：
[0129] N=(b_c)/a 公式(1)
[0130] 其中，N为抽油机的冲次，b为抽油机的栗冲满度，a和c为常数，也即a和c为已知数。
[0131] 在本发明实施例中井口控制器中也可以存储栗冲满度和冲次的对应关系，相应 的，本步骤还可以为：
[0132] 根据该栗冲满度，从栗冲满度和冲次的对应关系中获取抽油机的冲次。
[0133] 进一步地，确定该冲次是否大于预设冲次，如果该冲次大于预设冲次，对该冲次进 行冲次超限处理(例如，按冲次调整步长降低该冲次等）。
[0134] 预设冲次和冲次调整步长都可以根据需要进行设置并更改，在本发明实施例中， 对预设冲次和冲次调整步长都不作具体限定。
[0135] 进一步地，在本发明实施例中井口控制器还可以根据该栗冲满度和该冲次，计算 油井的产液量，具体可以为：
[0136] 根据该栗冲满度和该冲次，通过以下公式(2)计算油井的产液量：
[0137] Q=1440*A/4*S*N*b 公式（2)
[0138] 其中，Q为油井的产液量，A为抽油机的柱塞截面积，S为有效冲程，N为冲次，b为栗 冲满度。
[0139] 如果油井确定后，1440*A/4*S是确定的，也即1440*A/4*S为一个已知的常数，则根 据该栗冲满度和该冲次，通过以下公式(3)计算油井的产液量：
[0140] Q=K*N*b 公式（3)
[0141] 其中，K = 1440*A/4*S，且K为一个已知的常数。
[0142] 应用软件层还包括冲次调节线程，冲次调节线程用于调用冲次调节散发进行冲次 调节。
[0143] 步骤205:根据该冲次，计算抽油机的最佳运行频率。
[0144] 抽油机的冲次和最佳运行频率呈线性关系，则在本步骤中，根据该冲次，按以下公 式(4)计算抽油机的最佳运行频率：
[0145] F=(N_e)/d 公式(4)
[0146] 其中，F为抽油机的最佳运行频率，e和d为常数，也即e和d为已知数。
[0147] 在本步骤中，井口控制器中还可以存储冲次和最佳运行频率的对应关系，相应的， 本步骤还可以为：
[0148] 根据该冲次，从冲次和最佳运行频率的对应关系中获取抽油机的最佳运行频率。
[0149] 步骤206:获取抽油机的当前运行频率。
[0150] 在本步骤中，井口控制器通过井口变频器，获取抽油机的当前运行频率。
[0151] 其中，井口控制器与井口变频器之间通过485总线进行连接，也即井口控制器通过 485总线接收井口变频器读取的抽油机的当前运行频率。
[0152] 应用软件层还包括485线程，相应的，在本步骤中，通过485线程获取抽油机的当前 运行频率。485线程用于对变频器的数据采集和控制。
[0153] 步骤207:根据当前运行频率和最佳运行频率，调整抽油机的当前运行频率。
[0154] 本步骤可以通过以下步骤(1)至(3)实现，包括：
[0155] (1):根据当前运行频率、最佳运行频率和频率调整步长，计算抽油机的最新运行 频率。
[0156] 具体地，根据当前运行频率、最佳运行频率和频率调整步长，按照以下公式(5)计 算抽油机的最新运行频率：
[0157] Fl=F0+KF*(Fo_F0)公式（5)
[0158] 其中，F1为抽油机的最新运行频率，F0为当前运行频率，Fo为最佳运行频率，KF为 频率调整步长。
[0159] 进一步地，确定抽油机的最新运行频率是否大于预设频率，如果最新运行频率大 于预设频率，则对最新运行频率进行频率超限处理(例如，按频率调整步长降低最新运行频 率)。
[0160] 频率调整步长可以根据需要进行设置并更改，在本发明实施例中，对频率调整步 长不作具体限定。
[0161] 在本发明实施例中，以频率调整步长调整抽油机的当前运行频率，直到最佳运行 频率与当前运行频率之间的频率差小于预设频率差，也即执行步骤(2)。
[0162] (2):计算最新运行频率和最佳运行频率之间的频率差的绝对值。
[0163] 进一步地，确定该频率差的绝对值是否小于预设频率差，如果该频率差的绝对值 小于预设频率差，执行步骤(1);如果该频率差的绝对值不小于预设频率差，执行步骤(3)。
[0164] 例如，F1为抽油机的最新运行频率，Fo为最佳运行频率，Fb为预设频率差;则在本 步骤中，频率差的绝对值=| Fl-Fo |，确定| Fl-Fo |是否小于Fb，如果| Fl-Fo |小于Fb，执行步 骤(1);如果| Fl-F〇 |不小于Fb，执行步骤(3)。
[0165] (3):如果该频率差不小于预设频率差，则将抽油机的当前运行频率设置为最新运 行频率。
[0166] 将抽油机的当前运行频率设置为最新运行频率之后，重新执行步骤(1)。
[0167] 步骤208:实时通过油井的电流变相器，获取抽油机的多个电流值。
[0168] 井口控制器的数据采集模块实时通过采集油井的电流变相器，获取抽油机的多个 电流值。
[0169] 针对油气生产现场的需求，井口控制器不仅支持模拟量输入和模拟量输出，同时 也支持数字量输入和数字量输出，集成了高精度的三相电采集模块，用于采集电机的电压 值和电流值。则应用软件层包括I〇(Input Output，输入和输出）采集线程，通过10采集线程 获取抽油机的多个电流值。
[0170] 进一步地，实时通过油井的电压变相器，获取抽油机的电压值，确定该电压值是否 大于预设电压值，如果该电压值大于预设电压值，进行报警提示。
[0171] 智能诊断线程用于诊断调平衡电机和主电机的电流，实现过流保护功能，同时实 现三相电相序检测、过流过压检测功能。
[0172] 进一步地，实时通过油井的功率变相器，获取抽油机的多个功率值。
[0173]步骤209:根据多个电流值，生成抽油机的电流图。
[0174] 根据多个电流值，通过功图分析线程生成抽油机的电流图。
[0175] 进一步地，根据多个功率值，生成抽油机的功率图，具体过程可以为：
[0176] 根据多个功率值，通过功图分析线程生成抽油机的功率图。
[0177] 步骤210:根据该电流图，计算抽油机的当前平衡度。
[0178] 根据该电流图，获取上冲程过程中的第一最大电流值和下冲程过程中的第二最大 电流值，计算第一最大电流值和第二最大电流值的比值作为抽油机的当前平衡度。
[0179] 进一步地，在本步骤中还可以根据抽油机的功率图，计算抽油机的当前平衡度，具 体过程可以为：
[0180]根据该功率图，获取上冲程过程中的第一最大功率值和下冲程过程中的第二最大 功率值，计算第一最大功率值和第二最大功率值的比值作为抽油机的当前平衡度。
[0181] 步骤211:根据当前平衡度和预设平衡度范围，确定抽油机的当前平衡状态。
[0182] 如果当前平衡度在预设平衡度范围内，确定抽油机的当前平衡状态为平衡状态； 如果当前平衡度不在预设平衡度范围内且小于预设平衡度范围的最小平衡度，确定抽油机 的当前平衡状态为欠平衡状态;如果当前平衡度不在预设平衡度范围内且大于预设平衡度 范围的最大平衡度，确定抽油机的当前平衡状态为过平衡状态。
[0183] 预设平衡度范围可以根据需要进行设置并更改，在本发明实施例中，对预设平衡 度范围不作具体限定;例如，预设平衡度范围为80%~110%之间。
[0184] 进一步地，如果抽油机的当前平衡状态为平衡状态时，结束。如果抽油机的当前平 衡状态为欠平衡状态或者过平衡状态，执行步骤212,调整抽油机的当前平衡状态。
[0185] 步骤212:根据当前平衡状态，获取调整策略，并根据所述调整策略，调整抽油机的 配重。
[0186] 应用软件层还包括平衡调节线程，则在本步骤中，根据调整策略通过平衡调节线 程调整抽油机的配重。
[0187] 井口控制器中存储平衡状态和调整策略的对应关系，相应的，根据当前平衡状态， 获取调整策略的步骤可以为：
[0188] 根据当前平衡状态，从平衡状态和调整策略的对应关系中获取当前平衡状态对应 的调整策略。
[0189] 调整策略可以为增加抽油机的配重或者减少抽油机的配重。
[0190] 例如，如果当前平衡状态为欠平衡，则调整策略为增加抽油机的配重;如果当前平 衡状态为过平衡，则调整策略为减少抽油机的配重。
[0191 ]增加抽油机的配重的步骤可以为:闭合下冲程的下行继电器。
[0192]减少抽油机的配重的步骤可以为：闭合上冲程的上行继电器。
[0193] 在本发明实施例中，调节的目标是通过平衡调节电机的正转和反转，控制调节抽 油机的平衡度，使平衡度达到一定的范围内，一般为80%~110%之间。
[0194] 进一步地，在调节过程中，井口控制器需要监视调平衡电机的电流值，若电流值超 过预设电流值一定时间(超限时间），则井口控制器控制调节继电器断开，停止调节，此种保 护方式是在限位开关失效时或平衡块卡死时使用，具体过程可以为：
[0195] 获取抽油机的当前电流值，根据当前电流值和预设电流值，获取当前电流值超过 预设电流值的第一时长;如果第一时长达到第一预设时长，恢复抽油机的配重。
[0196] 根据当前电流值和预设电流值，获取当前电流值超过预设电流值的第一时长的步 骤可以为：
[0197] 确定当前电流值是否超过预设电流值;如果当前电流值超过预设电流值，进行超 限计时，以获取当前电流值超过预设电流值的第一时长;如果当前电流值没有超过预设电 流值，清超限计时。
[0198] 当超限时间到时，恢复抽油机的配重。
[0199] 进一步地，抽油机的配重只被调整第二预设时长，当抽油机的配重被调整的时长 达到第二预设时长时，也要恢复抽油机的配重，具体过程可以为：
[0200] 获取抽油机的配重被调整后持续的第二时长，如果第二时长达到第二预设时长， 恢复抽油机的配重。
[0201] 恢复抽油机的配重的步骤可以为:断开调节继电器。
[0202]预设电流值、第一预设时长和第二预设时长都可以根据需要进行设置并更改，在 本发明实施例中，对预设电流值、第一预设时长和第二预设时长都不做具体限定。
[0203] 进一步地，井口控制器具有1个RS232口和2个RS485口，用于支持油井的设备现场 调试和有线数据通信功能。例如，在油气生产现场使用RS485接口与变频器连接，读取变频 器可提供的各类数据信息，并可通过变频器调节抽油机的冲次。
[0204] 进一步地，参见图2-4,井口控制器还包括主控模块，主控模块包括主控CPU (Central Processing Unit，中央处理器），SRAM(Static Random Access Memory，静态随 机存取存储器）和FRAM(ferromagnetic random access memory，铁电存储器）芯片，主控 CPU用于执行以上步骤201-212，SRAM和FRAM用于存储多组载荷数据和多个电流值等。
[0205] 主控CPU使用工业级高速32位ARM(处理器)芯片，外扩1MB(兆）SRAM以存放功图数 据，125KB FRAM用来存放配置参数(包括预设压力值，预设电话号码，预设邮箱地址，预设栗 冲满度，预设冲次，预设频率，预设平衡度范围，预设电流值，第一预设时长和第二预设时 长)。
[0206] 进一步地，井口控制器还包括:操作系统与硬件驱动层和协议与算法层。
[0207] 操作系统与硬件驱动层的主要作用是实现对资源的统一管理，同时为上层软件提 供友好易用的服务接口。智能井口控制器基于工业级嵌入式实时操作系统，它完成系统中 各个任务的执行和调度。底层驱动程序包含:采集驱动程序、控制输出驱动程序、串口驱动 程序、2.4G通信驱动程序等。底层驱动程序与硬件系统密切相关（如A/D采集、电量数据采 集、1/0控制、串口控制等），为软硬件之间提供了方便的接口。
[0208] 协议与算法层由以下几个子模块组成，是智能井口控制器软件部分的核心，用于 实现智能井口控制器的核心功能。算法程序为智能井口控制器的核心算法程序，如调平衡 算法、调冲次算法，功图分析算法等。
[0209] Modbus协议程序、Zigbee协议程序为通信协议的解析程序，可方便地使用这些程 序实现基于相应通信协议进行通信的数据包的生成和解析。
[0210] 在本发明实施例中，井口控制器实时通过油井的载荷传感器和角位移传感器，获 取油井的抽油机的多组载荷数据，多组载荷数据中的每组载荷数据包括载荷值和位移值； 根据多组载荷数据，生成抽油机的地面功图；根据地面功图，计算抽油机的栗冲满度;根据 该栗冲满度，计算抽油机的冲次;根据该冲次，计算抽油机的最佳运行频率;获取抽油机的 当前运行频率;根据当前运行频率和最佳运行频率，调整抽油机的当前运行频率，从而提高 了调整抽油机的当前运行频率的可靠性。
[0211]实施例3
[0212]本发明实施例提供了一种井口控制器，参见图3,包括：
[0213] 第一获取模块301，用于实时通过油井的载荷传感器和角位移传感器，获取油井的 抽油机的多组载荷数据，多组载荷数据中的每组载荷数据包括载荷值和位移值；
[0214] 第一生成模块302,用于根据多组载荷数据，生成抽油机的地面功图；
[0215] 第一计算模块303,用于根据地面功图，计算抽油机的栗冲满度；
[0216] 第二计算模块304，用于根据栗冲满度，计算抽油机的冲次；
[0217]第三计算模块305，用于根据冲次，计算抽油机的最佳运行频率；
[0218] 第二获取模块306，用于获取抽油机的当前运行频率；
[0219] 第一调整模块307,用于根据当前运行频率和最佳运行频率，调整抽油机的当前运 行频率。
[0220]优选的，井口控制器还包括：
[0221 ]第三获取模块，用于实时通过油井的电流变相器，获取抽油机的多个电流值；
[0222] 第二生成模块，用于根据多个电流值，生成抽油机的电流图；
[0223] 第四计算模块，用于根据电流图，计算抽油机的当前平衡度；
[0224] 第一确定模块，用于根据当前平衡度和预设平衡度范围，确定抽油机的当前平衡 状态；
[0225] 第四获取模块，用于根据当前平衡状态，获取调整策略；
[0226] 第二调整模块，用于根据调整策略，调整抽油机的配重。
[0227] 优选的，井口控制器还包括：
[0228] 第五获取模块，用于获取抽油机的当前电流值；
[0229] 第六获取模块，用于根据当前电流值和预设电流值，获取当前电流值超过预设电 流值的第一时长；
[0230] 第七获取模块，用于获取抽油机的配重被调整后持续的第二时长；
[0231] 恢复模块，用于如果第一时长达到第一预设时长，或者，第二时长达到第二预设时 长，则恢复抽油机的配重。
[0232] 优选的，第一调整模块，用于根据当前运行频率、最佳运行频率和频率调整步长， 计算抽油机的最新运行频率;计算最新运行频率和最佳运行频率之间的频率差的绝对值； 如果频率差的绝对值不小于预设频率差，则将抽油机的当前运行频率设置为最新运行频 率。
[0233]优选的，井口控制器还包括：
[0234] 第五计算模块，用于根据栗冲满度和冲次，计算油井的产液量；
[0235] 井口控制器还包括：
[0236] 第八获取模块，用于获取油井的电机的三相电参数；
[0237] 第二确定模块，用于根据三相电参数，确定电机是否发生故障；
[0238] 报警模块，用于如果电机发生故障，进行报警提示。
[0239] 在本发明实施例中，井口控制器实时通过油井的载荷传感器和角位移传感器，获 取油井的抽油机的多组载荷数据，多组载荷数据中的每组载荷数据包括载荷值和位移值； 根据多组载荷数据，生成抽油机的地面功图；根据地面功图，计算抽油机的栗冲满度;根据 该栗冲满度，计算抽油机的冲次;根据该冲次，计算抽油机的最佳运行频率;获取抽油机的 当前运行频率;根据当前运行频率和最佳运行频率，调整抽油机的当前运行频率，从而提高 了调整抽油机的当前运行频率的可靠性。
[0240] 需要说明的是：上述实施例提供的井口控制器在对井场数据进行处理时，仅以上 述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同 的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或 者部分功能。另外，上述实施例提供的井口控制器与对井场数据进行处理的方法实施例属 于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
[0241] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件 来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读 存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0242] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种对井场数据进行处理的方法，其特征在于，所述方法应用在井口控制器中，包 括： 实时通过油井的载荷传感器和角位移传感器，获取所述油井的抽油机的多组载荷数 据，所述多组载荷数据中的每组载荷数据包括载荷值和位移值； 根据所述多组载荷数据，生成所述抽油机的地面功图； 根据所述地面功图，计算所述抽油机的栗冲满度； 根据所述栗冲满度，计算所述抽油机的冲次； 根据所述冲次，计算所述抽油机的最佳运行频率； 获取所述抽油机的当前运行频率； 根据所述当前运行频率和所述最佳运行频率，调整所述抽油机的当前运行频率。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 实时通过所述油井的电流变相器，获取所述抽油机的多个电流值； 根据所述多个电流值，生成所述抽油机的电流图； 根据所述电流图，计算所述抽油机的当前平衡度； 根据所述当前平衡度和预设平衡度范围，确定所述抽油机的当前平衡状态； 根据所述当前平衡状态，获取调整策略； 根据所述调整策略，调整所述抽油机的配重。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 获取所述抽油机的当前电流值； 根据所述当前电流值和预设电流值，获取所述当前电流值超过所述预设电流值的第一 时长； 获取所述抽油机的配重被调整后持续的第二时长； 如果所述第一时长达到第一预设时长，或者，所述第二时长达到第二预设时长，则恢复 所述抽油机的配重。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前运行频率和所述最佳运 行频率，调整所述抽油机的当前运行频率，包括： 根据所述当前运行频率、所述最佳运行频率和频率调整步长，计算所述抽油机的最新 运行频率； 计算所述最新运行频率和所述最佳运行频率之间的频率差的绝对值； 如果所述频率差的绝对值不小于预设频率差，则将所述抽油机的当前运行频率设置为 所述最新运行频率。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 根据所述栗冲满度和所述冲次，计算所述油井的产液量； 所述方法还包括： 获取所述油井的电机的三相电参数； 根据所述三相电参数，确定所述电机是否发生故障； 如果所述电机发生故障，进行报警提示。6. -种井口控制器，其特征在于，所述井口控制器包括： 第一获取模块，用于实时通过油井的载荷传感器和角位移传感器，获取所述油井的抽 油机的多组载荷数据，所述多组载荷数据中的每组载荷数据包括载荷值和位移值； 第一生成模块，用于根据所述多组载荷数据，生成所述抽油机的地面功图； 第一计算模块，用于根据所述地面功图，计算所述抽油机的栗冲满度； 第二计算模块，用于根据所述栗冲满度，计算所述抽油机的冲次； 第三计算模块，用于根据所述冲次，计算所述抽油机的最佳运行频率； 第二获取模块，用于获取所述抽油机的当前运行频率； 第一调整模块，用于根据所述当前运行频率和所述最佳运行频率，调整所述抽油机的 当前运行频率。7. 根据权利要求6所述的井口控制器，其特征在于，所述井口控制器还包括： 第三获取模块，用于实时通过所述油井的电流变相器，获取所述抽油机的多个电流值； 第二生成模块，用于根据所述多个电流值，生成所述抽油机的电流图； 第四计算模块，用于根据所述电流图，计算所述抽油机的当前平衡度； 第一确定模块，用于根据所述当前平衡度和预设平衡度范围，确定所述抽油机的当前 平衡状态； 第四获取模块，用于根据所述当前平衡状态，获取调整策略； 第二调整模块，用于根据所述调整策略，调整所述抽油机的配重。8. 根据权利要求7所述的井口控制器，其特征在于，所述井口控制器还包括： 第五获取模块，用于获取所述抽油机的当前电流值； 第六获取模块，用于根据所述当前电流值和预设电流值，获取所述当前电流值超过所 述预设电流值的第一时长； 第七获取模块，用于获取所述抽油机的配重被调整后持续的第二时长； 恢复模块，用于如果所述第一时长达到第一预设时长，或者，所述第二时长达到第二预 设时长，则恢复所述抽油机的配重。9. 根据权利要求6所述的井口控制器，其特征在于， 所述第一调整模块，用于根据所述当前运行频率、所述最佳运行频率和频率调整步长， 计算所述抽油机的最新运行频率;计算所述最新运行频率和所述最佳运行频率之间的频率 差的绝对值;如果所述频率差的绝对值不小于预设频率差，则将所述抽油机的当前运行频 率设置为所述最新运行频率。10. 根据权利要求6所述的井口控制器，其特征在于，所述井口控制器还包括： 第五计算模块，用于根据所述栗冲满度和所述冲次，计算所述油井的产液量； 所述井口控制器还包括： 第八获取模块，用于获取所述油井的电机的三相电参数； 第二确定模块，用于根据所述三相电参数，确定所述电机是否发生故障； 报警模块，用于如果所述电机发生故障，进行报警提示。
【文档编号】G05B19/042GK106094615SQ201610422954
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月14日 公开号201610422954.0, CN 106094615 A, CN 106094615A, CN 201610422954, CN-A-106094615, CN106094615 A, CN106094615A, CN201610422954, CN201610422954.0
【发明人】刘星, 卫乾, 伍儒彬, 朱润平
【申请人】北京中油瑞飞信息技术有限责任公司, 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司