本發(fā)明涉及機(jī)采系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種抽油機(jī)不停機(jī)間抽控制裝置及方法。

背景技術(shù)：

長慶油田屬典型的“三低”油田，低產(chǎn)井較多，截至2014年底，日產(chǎn)液小于1.2m³的油井1萬口，占總開井?dāng)?shù)22.2％。由于受油藏低孔低滲特征及地層原始壓力等的影響，低產(chǎn)低效油井儲層物性差地層能量不足，使得油層滲流能力較?。坏彤a(chǎn)低效油井一般液量小，壓力恢復(fù)緩慢，續(xù)流時(shí)間長，流體滲流速度小，導(dǎo)致其液面以穩(wěn)定緩慢的速度恢復(fù)；另外，如果油井連續(xù)開抽，流體液面會快速降低至一定值，其沉沒度趨近于零，供液能力小，泵效極低，通常小于10％，致使泵筒長時(shí)間處于干磨狀態(tài)。針對這部分井，通常根據(jù)動(dòng)液面恢復(fù)情況，建立相應(yīng)合理的間開制度，使油井實(shí)施間開生產(chǎn)，這樣對于降低機(jī)采系統(tǒng)耗電量，提高機(jī)采效率具有重要的意義。

但油井遠(yuǎn)程自動(dòng)間抽控制存在一定問題：一是液面波動(dòng)較大，影響產(chǎn)量。目前間抽井動(dòng)液面波動(dòng)范圍一般控制在100～200米，經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)，影響產(chǎn)量在10％以內(nèi)，動(dòng)液面波動(dòng)范圍控制越小產(chǎn)量影響越小。二是易造成井筒結(jié)蠟過載卡井，抽油桿上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)防止油管內(nèi)結(jié)蠟，油井抽吸的過程也是刮蠟的過程，停抽后容易在油管內(nèi)壁結(jié)蠟。三是存在安全隱患，抽油機(jī)停止工作再次啟動(dòng)時(shí)，設(shè)備自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)容易造成人員和牲畜的傷害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服油井遠(yuǎn)程自動(dòng)間抽控制存在的問題，提供一種抽油機(jī)不停機(jī)間抽控制裝置及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種抽油機(jī)不停機(jī)間抽控制裝置，包括依次電連接的控制器、變頻器、電動(dòng)機(jī)和抽油機(jī)，所述控制器上設(shè)置有電參采集模塊，所述電動(dòng)機(jī)上設(shè)置有轉(zhuǎn)速傳感器，所述抽油機(jī)上設(shè)置有載荷傳感器、位移傳感器和曲柄位置傳感器。

所述電參采集模塊用于采集控制器輸入端的三相電流、電壓、有功功率的電參數(shù)據(jù)并發(fā)送給控制器。

所述載荷傳感器安裝于抽油機(jī)的懸繩器和方卡子之間。

所述位移傳感器安裝于抽油機(jī)的游梁下方。

所述曲柄位置傳感器安裝于抽油機(jī)的曲柄位置上。

所述轉(zhuǎn)速傳感器、載荷傳感器、位移傳感器和曲柄位置傳感器都與控制器之間通過無線傳輸數(shù)據(jù)。

一種抽油機(jī)不停機(jī)間抽控制方法，至少包括以下步驟：

步驟1)根據(jù)油井產(chǎn)液量情況，判斷油井一天累計(jì)停抽時(shí)長；

步驟2)初步以半小時(shí)為一個(gè)抽油機(jī)工作周期，根據(jù)步驟1)得到的油井一天累計(jì)停抽時(shí)長占24小時(shí)的比例，計(jì)算抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)間及擺動(dòng)時(shí)間，初始在控制器(1)上設(shè)定抽油機(jī)(4)的運(yùn)行時(shí)間及擺動(dòng)時(shí)間各為15分鐘；

步驟3)通過載荷傳感器、位移傳感器以及曲柄位置傳感器采集抽油機(jī)載荷、位移及曲柄位置數(shù)據(jù)并傳遞給控制器(1)，確定抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)間及擺動(dòng)時(shí)間；

步驟4)判斷光桿示功圖充滿度，即抽油機(jī)的有效沖程占實(shí)際沖程的比例，當(dāng)示功圖充滿度小于限定值，抽油機(jī)(4)開始擺動(dòng)運(yùn)行，根據(jù)設(shè)定的擺動(dòng)時(shí)間擺動(dòng)完畢之后，抽油機(jī)(4)正常啟動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)對比光桿示功圖充滿度是否達(dá)到限定值，當(dāng)光桿示功圖充滿度小于限定值時(shí)，調(diào)整擺動(dòng)時(shí)間，控制抽油機(jī)(4)繼續(xù)擺動(dòng)運(yùn)行，待下一次抽油機(jī)(4)啟動(dòng)運(yùn)行，再對比光桿示功圖充滿度是否達(dá)到限定值，直到抽油機(jī)(4)正常啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，光桿示功圖充滿度大于限定值，得到抽油機(jī)(4)的初始運(yùn)行時(shí)間及擺動(dòng)時(shí)間；

步驟5)抽油機(jī)(4)運(yùn)行三天后對比產(chǎn)液量變化，如果產(chǎn)液量變化小于5％，則工作制度不變，如果產(chǎn)液量變化大于5％，增加抽油機(jī)(4)正常運(yùn)行時(shí)間1分鐘，減少擺動(dòng)運(yùn)行時(shí)間1分鐘，以此類推，直到產(chǎn)液量變化小于5％，得到抽油機(jī)(4)的最終運(yùn)行時(shí)間及擺動(dòng)時(shí)間。

所述步驟1)中的判斷方法如下：

當(dāng)油井產(chǎn)量≤t/d時(shí)，油井一天累計(jì)停抽時(shí)長為小時(shí)；

當(dāng)油井產(chǎn)量為t/d～.t/d時(shí)，油井一天累計(jì)停抽時(shí)長小時(shí)；

當(dāng)油井產(chǎn)量為.t/d～t/d時(shí)，油井一天累計(jì)停抽時(shí)長小時(shí)。

所述步驟4)中光桿示功圖充滿度是指抽油機(jī)的有效沖程占實(shí)際沖程的比例，其計(jì)算方法如下：

(a)將光桿示功圖轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的載荷-時(shí)間曲線y＝f(t)；

(b)計(jì)算

其中，tj∈{t0+0.1,t0+0.2,......t0+0.1m}

j＝1,2,…,m

m＝10n

n為抽油機(jī)擺動(dòng)總時(shí)間，取整數(shù)；

(c)根據(jù)(b)得到的最大值找到tj與tj-1時(shí)間對應(yīng)的位移差，即為有效沖程，求有效沖程占實(shí)際沖程的比即可得到光桿示功圖充滿度。

所述步驟4)和步驟5)中，當(dāng)抽油機(jī)處于抽油狀態(tài)時(shí)，通過控制器和變頻器改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的輸出功率，降低高功率區(qū)的轉(zhuǎn)速以降低輸出功率、提高低功率區(qū)的轉(zhuǎn)速以提高輸出功率，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)輸出功率和輸出扭矩的重新分布，使電動(dòng)機(jī)功率趨于平穩(wěn)；當(dāng)抽油機(jī)處于擺動(dòng)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)控制器得到的光桿示功圖數(shù)據(jù)判斷沖程損失，由沖程損失大小決定光桿最大運(yùn)動(dòng)距離，得到曲柄最大擺動(dòng)位置，實(shí)時(shí)調(diào)整電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的這種抽油機(jī)不停機(jī)間抽控制裝置及方法對于低液量、間歇出液井，根據(jù)實(shí)際出液情況給出最合理的控制方法，滿足油井的供產(chǎn)協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化控制，提高油井系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低能耗，實(shí)現(xiàn)井場自動(dòng)、安全、無人值守間抽運(yùn)行，解決了現(xiàn)場人工間抽管理難度大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問題。

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明抽油機(jī)不停機(jī)間抽控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)周期電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率的初始狀態(tài)曲線圖；

圖3是本發(fā)明電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率實(shí)現(xiàn)目標(biāo)狀態(tài)的曲線圖；

圖4是本發(fā)明抽油機(jī)的載荷-時(shí)間曲線；

圖5是本發(fā)明抽油機(jī)的光桿示功圖。

附圖標(biāo)記說明：1、控制器；2、變頻器；3、電動(dòng)機(jī)；4、抽油機(jī)；5、電參采集模塊；6、轉(zhuǎn)速傳感器；7、載荷傳感器；8、位移傳感器；9、曲柄位置傳感器。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

為了克服油井遠(yuǎn)程自動(dòng)間抽控制存在的問題，本實(shí)施例提供了一種如圖1所示的抽油機(jī)不停機(jī)間抽控制裝置，包括依次電連接的控制器1、變頻器2、電動(dòng)機(jī)3和抽油機(jī)4，所述控制器1上設(shè)置有電參采集模塊5，所述電動(dòng)機(jī)3上設(shè)置有轉(zhuǎn)速傳感器6，所述抽油機(jī)4上設(shè)置有載荷傳感器7、位移傳感器8和曲柄位置傳感器9。

本發(fā)明提供的這種抽油機(jī)不停機(jī)間抽控制裝置的工作原理如下：

轉(zhuǎn)速傳感器6、載荷傳感器7、位移傳感器8和曲柄位置傳感器9通過無線傳輸將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及抽油機(jī)的載荷、位移、曲柄位置數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器，同時(shí)電參采集模塊5采集控制器1輸入端的三相電流、電壓、有功功率的電參數(shù)據(jù)并發(fā)送給控制器1，實(shí)現(xiàn)對抽油機(jī)4運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)控，控制器1根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，自適應(yīng)調(diào)整油井抽吸和不停機(jī)擺動(dòng)的工作制度，計(jì)算電動(dòng)機(jī)3運(yùn)行及停止時(shí)間、電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速ω分布和電流頻率f分布，并將參數(shù)發(fā)送給變頻器2，變頻器2通過控制電流頻率、工作時(shí)間等控制電動(dòng)機(jī)3運(yùn)行，達(dá)到控制抽油機(jī)4工作制度的目的。

本發(fā)明的這種抽油機(jī)不停機(jī)間抽控制裝置實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化控制，提高油井系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低能耗，實(shí)現(xiàn)井場自動(dòng)、安全、無人值守間抽運(yùn)行，解決了現(xiàn)場人工間抽管理難度大、費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問題。

進(jìn)一步的，為了保證數(shù)據(jù)精確，所述載荷傳感器7安裝于抽油機(jī)4的懸繩器和方卡子之間。所述位移傳感器8安裝于抽油機(jī)4的游梁下方。所述曲柄位置傳感器9安裝于抽油機(jī)4的曲柄位置上。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例提供了一種抽油機(jī)不停機(jī)間抽控制方法，對于低液量、間歇出液井，根據(jù)實(shí)際出液情況給出最合理的控制方法，滿足油井的供產(chǎn)協(xié)調(diào)，至少包括以下步驟：

步驟1)根據(jù)油井產(chǎn)液量情況，判斷油井一天累計(jì)停抽時(shí)長；

當(dāng)油井產(chǎn)量≤1t/d時(shí)，油井一天累計(jì)停抽時(shí)長為12小時(shí)；

當(dāng)油井產(chǎn)量為1t/d～1.5t/d時(shí)，油井一天累計(jì)停抽時(shí)長8小時(shí)；

當(dāng)油井產(chǎn)量為1.5t/d～2t/d時(shí)，油井一天累計(jì)停抽時(shí)長6小時(shí)。

步驟2)初步以半小時(shí)為一個(gè)抽油機(jī)工作周期，根據(jù)步驟1)得到的油井一天累計(jì)停抽時(shí)長占24小時(shí)的比例，確定抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)間及擺動(dòng)時(shí)間，比如，當(dāng)油井一天累計(jì)停抽時(shí)長為12小時(shí)，初始在控制器1上設(shè)定抽油機(jī)4的運(yùn)行時(shí)間及擺動(dòng)時(shí)間各為15分鐘；當(dāng)油井一天累計(jì)停抽時(shí)長為8小時(shí)，初始在控制器1上設(shè)定抽油機(jī)4的運(yùn)行時(shí)間為20分鐘，擺動(dòng)時(shí)間為10分鐘；當(dāng)油井一天累計(jì)停抽時(shí)長為6小時(shí)，初始在控制器1上設(shè)定抽油機(jī)4的運(yùn)行時(shí)間為22.5分鐘，擺動(dòng)時(shí)間為7.5分鐘；

步驟3)通過載荷傳感器、位移傳感器以及曲柄位置傳感器采集抽油機(jī)載荷、位移及曲柄位置數(shù)據(jù)并傳遞給控制器1，確定抽油機(jī)運(yùn)行時(shí)間及擺動(dòng)時(shí)間；

步驟4)判斷光桿示功圖充滿度，即抽油機(jī)的有效沖程占實(shí)際沖程的比例，當(dāng)示功圖充滿度小于限定值，抽油機(jī)4開始擺動(dòng)運(yùn)行，根據(jù)設(shè)定的擺動(dòng)時(shí)間擺動(dòng)完畢之后，抽油機(jī)4正常啟動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)對比光桿示功圖充滿度是否達(dá)到限定值，當(dāng)光桿示功圖充滿度小于限定值時(shí)，調(diào)整擺動(dòng)時(shí)間，控制抽油機(jī)4繼續(xù)擺動(dòng)運(yùn)行，待下一次抽油機(jī)4啟動(dòng)運(yùn)行，再對比光桿示功圖充滿度是否達(dá)到限定值，直到抽油機(jī)4正常啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，光桿示功圖充滿度大于限定值，得到抽油機(jī)4的初始運(yùn)行時(shí)間及擺動(dòng)時(shí)間；

如圖4和圖5所示，所述光桿示功圖充滿度是指抽油機(jī)的有效沖程占實(shí)際沖程的比例，其計(jì)算方法如下：

(a)將光桿示功圖轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的載荷-時(shí)間曲線y＝f(t)；

(b)計(jì)算

其中，tj∈{t0+0.1,t0+0.2,......t0+0.1m}

j＝1,2,…,m

m＝10n

n為抽油機(jī)擺動(dòng)總時(shí)間，取整數(shù)；

(c)根據(jù)(b)得到的最大值找到tj與tj-1時(shí)間對應(yīng)的位移差，即為有效沖程，求有效沖程占實(shí)際沖程的比即可得到光桿示功圖充滿度。

為避免在整個(gè)區(qū)間上找點(diǎn)易出錯(cuò)且影響計(jì)算速度，需要先對泵功圖進(jìn)行分區(qū)，將閥開啟點(diǎn)的區(qū)域縮小，以0.1為時(shí)間間隔,總時(shí)間為整數(shù)n，計(jì)算載荷-時(shí)間關(guān)系曲線斜率的變化量最大值，即為游動(dòng)閥開閉點(diǎn)，可歸為非線性無約束最優(yōu)化問題。

步驟5)抽油機(jī)4運(yùn)行三天后對比產(chǎn)液量變化，如果產(chǎn)液量變化小于5％，則工作制度不變，如果產(chǎn)液量變化大于5％，增加抽油機(jī)4正常運(yùn)行時(shí)間1分鐘，減少擺動(dòng)運(yùn)行時(shí)間1分鐘，以此類推，直到產(chǎn)液量變化小于5％，得到抽油機(jī)4的最終運(yùn)行時(shí)間及擺動(dòng)時(shí)間。

進(jìn)一步的，所述步驟4)和步驟5)中，當(dāng)抽油機(jī)4處于抽油狀態(tài)時(shí)，通過控制器1和變頻器2改變電動(dòng)機(jī)3轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)3的輸出功率，降低高功率區(qū)的轉(zhuǎn)速以降低輸出功率、提高低功率區(qū)的轉(zhuǎn)速以提高輸出功率，實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)3輸出功率和輸出扭矩的重新分布，使電動(dòng)機(jī)3功率趨于平穩(wěn)；

給定抽油機(jī)4沖次，通過對電機(jī)速度控制開展功率電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩取決于被驅(qū)動(dòng)負(fù)荷的大小和平衡扭矩大小，而負(fù)荷的大小取決于抽油機(jī)井下工況，在井下工況確定時(shí)，先跟蹤一個(gè)周期電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率的初始狀態(tài)曲線，見圖2，通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出功率，降低高功率區(qū)的轉(zhuǎn)速以降低輸出功率、提高低功率區(qū)的轉(zhuǎn)速以提高輸出功率，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)輸出功率和輸出扭矩的重新分布，使電機(jī)功率趨于平穩(wěn)，平直且絕對值低，達(dá)到“削峰填谷”的目的，即實(shí)現(xiàn)目標(biāo)狀態(tài)曲線，見圖3，這是電機(jī)達(dá)到節(jié)能的核心。

根據(jù)電機(jī)輸出功率p分布和電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速分布，可計(jì)算得到，計(jì)算電機(jī)負(fù)載扭矩tm分布?？刂破鞲鶕?jù)電機(jī)負(fù)載扭矩和設(shè)定沖次n，計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速ω分布和電流頻率f分布。變頻裝置通過控制電流頻率優(yōu)化電機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)“變轉(zhuǎn)速、衡功率”運(yùn)行。

當(dāng)抽油機(jī)4處于擺動(dòng)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)控制器1得到的光桿示功圖數(shù)據(jù)判斷沖程損失，由沖程損失大小決定光桿最大運(yùn)動(dòng)距離，得到曲柄最大擺動(dòng)位置，實(shí)時(shí)調(diào)整電動(dòng)機(jī)3運(yùn)行速度。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例提供了一種抽油機(jī)不停機(jī)間抽控制方法：

首先根據(jù)油井產(chǎn)液量情況，判斷油井屬于以下哪種情況：

當(dāng)油井產(chǎn)量≤1t/d時(shí)，累計(jì)停抽時(shí)長為12小時(shí)；

當(dāng)油井產(chǎn)量1t/d～1.5t/d時(shí)，累計(jì)停抽時(shí)長8小時(shí)；

當(dāng)油井產(chǎn)量1.5t/d～2t/d時(shí)，累計(jì)停抽時(shí)長6小時(shí)。

以產(chǎn)液量小于1t/d為例，需累計(jì)停抽時(shí)長為12小時(shí)，以半小時(shí)為一個(gè)周期，開井15分鐘，擺動(dòng)15分鐘。給定初始狀態(tài)值開井15分鐘，擺動(dòng)15分鐘，通過判斷光桿示功圖充滿度，當(dāng)示功圖充滿度小于限定值(參數(shù)可調(diào))，如充滿度小于70％時(shí)，抽油機(jī)開始擺動(dòng)運(yùn)行，15分鐘后，抽油機(jī)正常啟動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)對比光桿示功圖充滿度是否達(dá)到70％，小于70％時(shí)，繼續(xù)擺動(dòng)運(yùn)行，根據(jù)前后兩次充滿度預(yù)測液面恢復(fù)速度，調(diào)整擺動(dòng)時(shí)間，待下一次抽油機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)正常運(yùn)行15分鐘后，示功圖充滿度仍然大于70％時(shí)，擺動(dòng)運(yùn)行15分鐘，正常運(yùn)行15分鐘。運(yùn)行三天后對比產(chǎn)液量變化，如果小于5％，則工作制度不變，如果大于5％，增加正常運(yùn)行時(shí)間1分鐘，減少擺動(dòng)運(yùn)行時(shí)間1分鐘，時(shí)間調(diào)整為開井16分鐘，擺動(dòng)14分鐘，以此類推。

以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計(jì)均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。