本發(fā)明屬于自動化采油的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種抽油機智能間抽控制裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

隨著對石油的連續(xù)開采，部分油井已進入開采的中后期，地層壓力不斷下降，供液能力越來越弱。而抽油機選型和桿泵設(shè)計的產(chǎn)液量遠遠大于油井的供液能力，導(dǎo)致大量油井出現(xiàn)供液不足的現(xiàn)象。資料表明：有30％以上的供液不足井在50％～80％的運行時間內(nèi)處于空抽狀態(tài)。因此抽油機的節(jié)能增產(chǎn)研究備受各界關(guān)注。

從提高泵效和節(jié)能的角度來看，間歇抽油工作方式是一種極其有效的方式，克服了供液不足不能滿足抽油設(shè)備連續(xù)工作的問題。同時可以有效的延長設(shè)備使用壽命和油井的檢泵周期。

抽油機智能間抽控制裝置抽油機智能間抽控制裝置

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種抽油機智能間抽控制裝置，其在保證產(chǎn)量穩(wěn)定情況下，減少抽油機的工作時間，提高電機負(fù)載率，以解決油田當(dāng)前存在的因油井供液不足引起的效率低下問題。

解決上述問題的技術(shù)方案是：這種抽油機智能間抽控制裝置，其包括間抽控制器、電控箱、位移傳感器、載荷傳感器、無線天線；

位移傳感器測量抽油機光桿處的位移并連接到間抽控制器；

載荷傳感器測量抽油機光桿處的載荷并連接到間抽控制器；

間抽控制器連接電控箱，間抽控制器包括：電源模塊、通信模塊、控制模塊、電量模塊；電量模塊采集抽油機工作過程中的電流、電壓和功率，并發(fā)送給控制模塊；通信模塊與無線天線連接，控制模塊根據(jù)抽油機光桿處的載荷和位移獲得抽油機的啟動停止信息并發(fā)送啟停命令到電控箱；

電控箱包括供電單元和變頻器，根據(jù)間抽控制器的命令實現(xiàn)抽油機的啟停以及沖次調(diào)節(jié)。

本發(fā)明由間抽控制器、電控箱結(jié)合位移傳感器、載荷傳感器以及通信模塊來實現(xiàn)智能間抽控制，因此在保證產(chǎn)量穩(wěn)定情況下，減少抽油機的工作時間，提高電機負(fù)載率，以解決油田當(dāng)前存在的因油井供液不足引起的效率低下問題。

還提供了一種抽油機智能間抽控制裝置的控制方法，其包括以下步驟：

(1)分析油井當(dāng)前工作狀態(tài)；

(2)分析油井最佳沖次并分析油井的動液面恢復(fù)規(guī)律及油井的生產(chǎn)規(guī)律；

(3)通過控制停井，學(xué)習(xí)抽油機在不同沖次下的泵充滿度變化規(guī)律、產(chǎn)液量以及動液面數(shù)據(jù)；

(4)選取最佳沖次和初步估算停機時間；

(5)確定間抽周期；

(6)間抽生產(chǎn)效果評價和修正。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的抽油機智能間抽控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的間抽控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的間抽控制器的控制方法的流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，這種抽油機智能間抽控制裝置，其包括間抽控制器、電控箱、位移傳感器、載荷傳感器、無線天線；

位移傳感器測量抽油機光桿處的位移并連接到間抽控制器；

載荷傳感器測量抽油機光桿處的載荷并連接到間抽控制器；

間抽控制器連接電控箱，間抽控制器包括：電源模塊、通信模塊、控制模塊、電量模塊；電量模塊采集抽油機工作過程中的電流、電壓和功率，并發(fā)送給控制模塊；通信模塊與無線天線連接，控制模塊根據(jù)抽油機光桿處的載荷和位移獲得抽油機的啟動停止信息并發(fā)送啟停命令到電控箱；

電控箱包括供電單元和變頻器，根據(jù)間抽控制器的命令實現(xiàn)抽油機的啟停以及沖次調(diào)節(jié)。

本發(fā)明由間抽控制器、電控箱結(jié)合位移傳感器、載荷傳感器以及通信模塊來實現(xiàn)智能間抽控制，因此在保證產(chǎn)量穩(wěn)定情況下，減少抽油機的工作時間，提高電機負(fù)載率，以解決油田當(dāng)前存在的因油井供液不足引起的效率低下問題。

另外，如圖2所示，所述間抽控制器還包括：空開、保險模塊、I/O模塊、接線端子、接地匯流條。

另外，所述間抽控制器還包括聲音報警單元、光報警單元，二者均與控制模塊連接。

如圖3所示，還提供了一種抽油機智能間抽控制裝置的控制方法，其包括以下步驟：

(1)分析油井當(dāng)前工作狀態(tài)；

(2)分析油井最佳沖次并分析油井的動液面恢復(fù)規(guī)律及油井的生產(chǎn)規(guī)律；

(3)通過控制停井，學(xué)習(xí)抽油機在不同沖次下的泵充滿度變化規(guī)律、產(chǎn)液量以及動液面數(shù)據(jù)；

(4)選取最佳沖次和初步估算停機時間；

(5)確定間抽周期；

(6)間抽生產(chǎn)效果評價和修正。

另外，所述步驟(1)包括以下分步驟：

(1.1)通過讀取油井的當(dāng)前沖次N_i、功圖數(shù)據(jù)、電參和抽油機的基本參數(shù)，分析油井當(dāng)前生產(chǎn)狀態(tài)；

(1.2)參數(shù)i＝0；j＝0，i代表不同沖次參數(shù)下標(biāo)，j代表不同動液面下的參數(shù)下標(biāo)，i＝0表示原始工作沖次狀態(tài)；j＝0表示初次分析時值，計算當(dāng)前油井的動液面H_i、產(chǎn)量Q_i、充滿度η_i、電機的負(fù)載率κ_i；

(1.3)判斷油井當(dāng)前供液能力狀態(tài)，如果η_i≥η_min不成立，則油井處于空抽狀態(tài)；對于空抽油井，判斷沖次與允許最小沖次關(guān)系，N_i≥N_min，若成立，則降低沖次，等待運行穩(wěn)定后，返回開始，重新判斷；若不成立，則油井處于空抽狀態(tài)且產(chǎn)量處于最大值處，直接進入學(xué)習(xí)階段，詢問是否修正產(chǎn)量，學(xué)習(xí)間抽制度，確認(rèn)降低目標(biāo)產(chǎn)量；N_max＝N_i，N_i＝N_i-1，判斷油井沖次N_i≥N_min，若成立，進入所述步驟(3)進行學(xué)習(xí)，若N_i≥N_min不成立，則N_i＝N_min，進入所述步驟(3)進行學(xué)習(xí)；若不允許修正產(chǎn)量，結(jié)束流程；

(1.4)若η_i≤η_max不成立，則油井在保持當(dāng)前產(chǎn)量下不需要間抽，進一步判斷油井當(dāng)前沖次與最大允許沖次關(guān)系，N_i≥N_max若成立，則當(dāng)前油井產(chǎn)量為當(dāng)前設(shè)備情況下最大值，無法間抽，等待下次判斷；若不成立，則當(dāng)前油井尚有增產(chǎn)可能；

(1.5)η_i≤η_max若成立，則油井符合間抽學(xué)習(xí)要求，開始進入學(xué)習(xí)狀態(tài)。另外,所述步驟(2)包括以下分步驟：

(2.1)i＝i+1,通過不斷增加沖次，分析油井在同動液面水平下的供液能力以及不同沖次下的最小充滿度；

(2.2)在油井當(dāng)前沖次的基礎(chǔ)上，通過控制變頻器，使沖次增加N_i＝N_i-1+ΔN(當(dāng)ΔN≤0.2時，ΔN＝0.2)，判斷N≥N_max,若成立，則結(jié)束所述步驟(2)學(xué)習(xí)；

(2.3)若N≥N_max不成立，則發(fā)送沖次調(diào)節(jié)命令，待抽油機運行穩(wěn)定后，開始進入油井?dāng)?shù)據(jù)分析階段，分析油井在每個沖次條件下，工作進入穩(wěn)定狀態(tài)的充滿度η_i、產(chǎn)量Q_i、動液面數(shù)據(jù)H_i，以及當(dāng)前負(fù)載率κ_i；

(2.4)當(dāng)動液面和充滿度在一定周期的變化幅度小于最小限度值時，油井進入新的平衡狀態(tài)，當(dāng)η≥η_min不成立，則結(jié)束所述步驟(2),進入所述步驟(3)進一步學(xué)習(xí)；

(2.5)i＝i+1，再次進入所述步驟(2)，直至N≥N_max成立；

(2.6)建立動液面恢復(fù)曲線模型建立其H處于H₀以下的動液面恢復(fù)曲線。

另外,所述步驟(3)包括以下分步驟：

(3.1)按設(shè)置最大停井時間T_max停井，調(diào)節(jié)沖次，N_i-1＝N_i-ΔN，進行生產(chǎn)，待運行穩(wěn)定后，計算當(dāng)前充滿度η′_i0、產(chǎn)量Q′_i0、動液面數(shù)據(jù)H′_i0；

(3.2)依據(jù)H′_i0確定學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計間隔，在抽油機運行過程中，從H＝H′_i0開始，動液面下降ΔH，計算當(dāng)前平均充滿度η′_ij、累計產(chǎn)液量Q′_ij、動液面數(shù)據(jù)H′_ij和時間間隔Δt_j，j＝j(luò)+1完成油井在停井后的產(chǎn)量、動液面、負(fù)載率以及泵效的數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)。

另外,所述步驟(4)包括以下分步驟：

(4.1)對比分析沖次變化過程中平均充滿度η′_ij和平均負(fù)載率κ′_ij的變化，選取平均負(fù)載率是否在理想范圍內(nèi)平均充滿度η′_ij最大值，則N_i即為最佳沖次；

(4.2)依據(jù)所述步驟(2)和所述步驟(3)學(xué)習(xí)，形成最佳沖次下動液面恢復(fù)曲線H(t)和Q(t)趨勢；

(4.3)根據(jù)H(t)和Q(t)，計算當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)量為Q₀情況下，計算在當(dāng)停井到達H′_ij，停井時間和產(chǎn)量達到Q₀所需工作時間Tt_j和Td_j；當(dāng)值最小時對應(yīng)的Tt_j為初步估算的停機時間；

(4.4)在最佳沖次下讓抽油機運行至油井動液面穩(wěn)定狀態(tài)下，令間抽周期學(xué)習(xí)次數(shù)flag1＝0,間抽周期修正次數(shù)flag2＝0。

另外,所述步驟(5)包括以下分步驟：

(5.1)按照初步計算停機時間Tt_j進行停機，當(dāng)停機時間到達后，開機運行，恢復(fù)生產(chǎn)；

(5.2)生產(chǎn)Td_j時間后，判斷當(dāng)前產(chǎn)量與目標(biāo)產(chǎn)量關(guān)系，若成立：間抽方案合理，進入所述步驟(6)；

(5.3)若不成立，判斷flag1＜n,若成立帶入H(t)和Q(t)重新計算間抽時間Tt_j和Td_j，flag1＝flag1+1；若不成立，結(jié)束，重新進行學(xué)習(xí)。

另外,所述步驟(6)包括以下分步驟：

(6.3)間抽周期修正flag2＝0,按照間抽時間Tt_j和Td_j進行生產(chǎn)，在生產(chǎn)中實時判斷充滿度與最小充滿度關(guān)系，若η≥η_min不成立，則流程結(jié)束，重新開始學(xué)習(xí)。當(dāng)生產(chǎn)完成后，判斷若成立，則繼續(xù)生產(chǎn)，間抽周期完全滿足生產(chǎn)需求；

(6.4)若不成立，判斷flag2＜3，若成立，flag2＝flag2+1，進入所述步驟(5),重新學(xué)習(xí)；flag2＜3，若不成立，結(jié)束，重新進行學(xué)習(xí)。

本發(fā)明的特點間抽控制器在自學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過分析抽油機示功圖，確定抽油機的間抽周期，并通過分析油井的動液面、產(chǎn)液量和充滿度來評價間抽周期。

本發(fā)明通過間抽控制器和變頻器相互配合實現(xiàn)抽油機的安全啟動和停止。

數(shù)據(jù)采集包含功圖數(shù)據(jù)、沖次、沖程、油壓、套壓、抽油桿的桿柱組合、泵徑、原油的密度、含水率，油管內(nèi)徑，抽油桿密度、抽油桿的楊氏模量、功率數(shù)據(jù)等參數(shù)。

數(shù)據(jù)分析包含實時充滿度計算、產(chǎn)量計算、動液面計算等。

技術(shù)方案中設(shè)計的動液面數(shù)據(jù)可采用功圖實時計算和動液面測量儀在線測量。

技術(shù)方案中的充滿度計算通過泵功圖分析，基于凡爾開閉點的物理意義泵功圖上的凡爾開閉點，求取泵的充滿度；

技術(shù)方案中泵功圖采用光桿示功圖，結(jié)合抽油機井系統(tǒng)的參數(shù)，求解建立的振動力學(xué)模型，采用傅里葉變換的形式，求得油井的仿真泵功圖。

技術(shù)方案中產(chǎn)量計算采用功圖量油技術(shù)，通過功圖量油技術(shù)實時分析出油井當(dāng)前產(chǎn)液量。

技術(shù)方案的自學(xué)過程包含兩部分，油井最佳沖次計算和間抽周期選取。

最佳沖次的選擇目標(biāo)在于相同沉沒度和不同沖次下，抽油泵的充滿度、電機負(fù)載率都處于最優(yōu)解范圍。

本發(fā)明所采用的理論依據(jù)為在油井生產(chǎn)條件未發(fā)生改變情況下，功圖計產(chǎn)、求解充滿度和動液面等數(shù)據(jù)具有一定穩(wěn)定性，完全能夠反映油井的生產(chǎn)狀況。

本發(fā)明在自學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，形成充滿度、產(chǎn)量、動液面和時間的對應(yīng)關(guān)系，為確定油井目標(biāo)生產(chǎn)周期提供依據(jù)。

油井的智能控制包括：抽油機的智能啟動和停止、抽油機的啟動報警和停機報警。報警分為聲音報警和光報警。

本發(fā)明的特點在于抽油機間抽控制制度的生產(chǎn)和評價方法。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。