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

背景技術(shù)：

隨著對(duì)石油的連續(xù)開(kāi)采，部分油井已進(jìn)入開(kāi)采的中后期，地層壓力不斷下降，供液能力越來(lái)越弱。而抽油機(jī)選型和桿泵設(shè)計(jì)的產(chǎn)液量遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yùn)行時(shí)間內(nèi)處于空抽狀態(tài)。因此抽油機(jī)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(lái)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(wèn)題。同時(shí)可以有效的延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命和油井的檢泵周期。

抽油機(jī)智能間抽控制裝置抽油機(jī)智能間抽控制裝置

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種抽油機(jī)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(jī)的工作時(shí)間，提高電機(jī)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(wèn)題。

解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是：這種抽油機(jī)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(wú)線天線；

位移傳感器測(cè)量抽油機(jī)光桿處的位移并連接到間抽控制器；

載荷傳感器測(cè)量抽油機(jī)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(jī)工作過(guò)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(wú)線天線連接，控制模塊根據(jù)抽油機(jī)光桿處的載荷和位移獲得抽油機(jī)的啟動(dòng)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(shí)現(xiàn)抽油機(jī)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(lái)實(shí)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(jī)的工作時(shí)間，提高電機(jī)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(wèn)題。

還提供了一種抽油機(jī)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(dòng)液面恢復(fù)規(guī)律及油井的生產(chǎn)規(guī)律；

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

(4)選取最佳沖次和初步估算停機(jī)時(shí)間；

(5)確定間抽周期；

(6)間抽生產(chǎn)效果評(píng)價(jià)和修正。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的抽油機(jī)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(shí)施方式

如圖1所示，這種抽油機(jī)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(wú)線天線；

位移傳感器測(cè)量抽油機(jī)光桿處的位移并連接到間抽控制器；

載荷傳感器測(cè)量抽油機(jī)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(jī)工作過(guò)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(wú)線天線連接，控制模塊根據(jù)抽油機(jī)光桿處的載荷和位移獲得抽油機(jī)的啟動(dòng)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(shí)現(xiàn)抽油機(jī)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(lái)實(shí)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(jī)的工作時(shí)間，提高電機(jī)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(wèn)題。

另外，如圖2所示，所述間抽控制器還包括：空開(kāi)、保險(xiǎn)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(bào)警單元、光報(bào)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(jī)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(dòng)液面恢復(fù)規(guī)律及油井的生產(chǎn)規(guī)律；

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

(4)選取最佳沖次和初步估算停機(jī)時(shí)間；

(5)確定間抽周期；

(6)間抽生產(chǎn)效果評(píng)價(jià)和修正。

另外，所述步驟(1)包括以下分步驟：

(1.1)通過(guò)讀取油井的當(dāng)前沖次N_i、功圖數(shù)據(jù)、電參和抽油機(jī)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(dòng)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(shí)值，計(jì)算當(dāng)前油井的動(dòng)液面H_i、產(chǎn)量Q_i、充滿度η_i、電機(jī)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(duì)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(yùn)行穩(wěn)定后，返回開(kāi)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(jìn)入學(xué)習(xí)階段，詢問(wèn)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(jìn)入所述步驟(3)進(jìn)行學(xué)習(xí)，若N_i≥N_min不成立，則N_i＝N_min，進(jìn)入所述步驟(3)進(jìn)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(jìn)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(wú)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(kāi)始進(jìn)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(guò)不斷增加沖次，分析油井在同動(dòng)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(guò)控制變頻器，使沖次增加N_i＝N_i-1+ΔN(當(dāng)ΔN≤0.2時(shí)，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(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后，開(kāi)始進(jìn)入油井?dāng)?shù)據(jù)分析階段，分析油井在每個(gè)沖次條件下，工作進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的充滿度η_i、產(chǎn)量Q_i、動(dòng)液面數(shù)據(jù)H_i，以及當(dāng)前負(fù)載率κ_i；

(2.4)當(dāng)動(dòng)液面和充滿度在一定周期的變化幅度小于最小限度值時(shí)，油井進(jìn)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(jìn)入所述步驟(3)進(jìn)一步學(xué)習(xí)；

(2.5)i＝i+1，再次進(jìn)入所述步驟(2)，直至N≥N_max成立；

(2.6)建立動(dòng)液面恢復(fù)曲線模型建立其H處于H₀以下的動(dòng)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(shí)間T_max停井，調(diào)節(jié)沖次，N_i-1＝N_i-ΔN，進(jìn)行生產(chǎn)，待運(yùn)行穩(wěn)定后，計(jì)算當(dāng)前充滿度η′_i0、產(chǎn)量Q′_i0、動(dòng)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(jì)間隔，在抽油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，從H＝H′_i0開(kāi)始，動(dòng)液面下降ΔH，計(jì)算當(dāng)前平均充滿度η′_ij、累計(jì)產(chǎn)液量Q′_ij、動(dòng)液面數(shù)據(jù)H′_ij和時(shí)間間隔Δt_j，j＝j(luò)+1完成油井在停井后的產(chǎn)量、動(dòng)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(duì)比分析沖次變化過(guò)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(dòng)液面恢復(fù)曲線H(t)和Q(t)趨勢(shì)；

(4.3)根據(jù)H(t)和Q(t)，計(jì)算當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)量為Q₀情況下，計(jì)算在當(dāng)停井到達(dá)H′_ij，停井時(shí)間和產(chǎn)量達(dá)到Q₀所需工作時(shí)間Tt_j和Td_j；當(dāng)值最小時(shí)對(duì)應(yīng)的Tt_j為初步估算的停機(jī)時(shí)間；

(4.4)在最佳沖次下讓抽油機(jī)運(yùn)行至油井動(dòng)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(jì)算停機(jī)時(shí)間Tt_j進(jìn)行停機(jī)，當(dāng)停機(jī)時(shí)間到達(dá)后，開(kāi)機(jī)運(yùn)行，恢復(fù)生產(chǎn)；

(5.2)生產(chǎn)Td_j時(shí)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(jìn)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(jì)算間抽時(shí)間Tt_j和Td_j，flag1＝flag1+1；若不成立，結(jié)束，重新進(jìn)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(shí)間Tt_j和Td_j進(jìn)行生產(chǎn)，在生產(chǎn)中實(shí)時(shí)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(kāi)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(jìn)入所述步驟(5),重新學(xué)習(xí)；flag2＜3，若不成立，結(jié)束，重新進(jìn)行學(xué)習(xí)。

本發(fā)明的特點(diǎn)間抽控制器在自學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析抽油機(jī)示功圖，確定抽油機(jī)的間抽周期，并通過(guò)分析油井的動(dòng)液面、產(chǎn)液量和充滿度來(lái)評(píng)價(jià)間抽周期。

本發(fā)明通過(guò)間抽控制器和變頻器相互配合實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)的安全啟動(dòng)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(shí)時(shí)充滿度計(jì)算、產(chǎn)量計(jì)算、動(dòng)液面計(jì)算等。

技術(shù)方案中設(shè)計(jì)的動(dòng)液面數(shù)據(jù)可采用功圖實(shí)時(shí)計(jì)算和動(dòng)液面測(cè)量?jī)x在線測(cè)量。

技術(shù)方案中的充滿度計(jì)算通過(guò)泵功圖分析，基于凡爾開(kāi)閉點(diǎn)的物理意義泵功圖上的凡爾開(kāi)閉點(diǎn)，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(jī)井系統(tǒng)的參數(shù)，求解建立的振動(dòng)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(jì)算采用功圖量油技術(shù)，通過(guò)功圖量油技術(shù)實(shí)時(shí)分析出油井當(dāng)前產(chǎn)液量。

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

最佳沖次的選擇目標(biāo)在于相同沉沒(méi)度和不同沖次下，抽油泵的充滿度、電機(jī)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(jì)產(chǎn)、求解充滿度和動(dòng)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(dòng)液面和時(shí)間的對(duì)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(jī)的智能啟動(dòng)和停止、抽油機(jī)的啟動(dòng)報(bào)警和停機(jī)報(bào)警。報(bào)警分為聲音報(bào)警和光報(bào)警。

本發(fā)明的特點(diǎn)在于抽油機(jī)間抽控制制度的生產(chǎn)和評(píng)價(jià)方法。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)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(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)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(hù)范圍。