CN102865053B - 抽油机最佳冲次判定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抽油机最佳冲次判定方法及装置，所述方法包括：通过载荷、位移传感器数据获得当前载荷位移功图；改变冲次，重新采集载荷位移数据获得改变后的载荷位移功图；根据冲次改变前后地面功图计算相对产液量，并判断其比值的变化情况；不断运行上述程序，直至找到最大日产液量下的最小冲次，即为最佳冲次。所述装置主要包括载荷传感器、角位移传感器、RTU，变频器等。该最佳冲次判定程序由于采用了日产液量的相对变化值，而不是日产液量的绝对值，程序运算量小，占用内存小，可直接运行于RTU，使得抽油机自身实现了数据采集、运算和控制的独立完成，不依赖于上位机的运算和控制，保证了***运行更加可靠。
Description
技术领域
本发明涉及抽油机功图测量及最佳冲次判定的自动控制技术领域，特别涉及一种抽油机最佳冲次判定方法及装置。
背景技术
目前，国内油田集中的矛盾是低产油井数量多。在既有的抽油机采油工作参数组合下，空抽现象普遍存在，泵效和***效率较低，吨液耗电量居高不下。
多年来，为克服空抽现象，提高泵效和***效率，科研人员进行了深入研究。研究表明：在抽油机的冲程和抽油泵泵径选定后，影响泵效和***效率的主要因素是冲次，冲次与油井供液能力的合理匹配，是解决空抽问题，提高泵效和***效率的有效途径。为此，人们开发了抽油机变频调速技术，方便进行冲次调节，取得了一定的成效。
然而，变频调速技术，只是很好的解决了冲次调节的便利问题，从硬件上解决了冲次调节问题，如何选择合理冲次仍然难以解决。在此前提下，人们选择合理冲次的方式是：将抽油机载荷、位移传感器获得的功图，传输到上位机，在上位机上输入油井参数，利用上位机强大的运算功能，通过专用的“功图分析”软件，获得油井的日产液量，通过这些数据的分析，计算机会给出油井供液不足等结论，人们根据这些结论选择合理冲次。
专用的“功图分析”软件的原理和结构是这样的：1.通过载荷、位移传感器，获得载荷位移功图，俗称“地面功图”；2.利用地面功图，根据油井参数，求解地面到油井下泵深处的抽油杆杆系迭代方程，获得抽油杆杆系的弹性变形量，从而获得抽油杆下部连接处抽油泵的载荷和位移，进而获得抽油泵的泵功图；3.由泵功图判断出泵的有效冲程，再根据冲次可获得日产液量。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下缺点：
上述方案的实施，从数据采集、传输、运算到控制的各个环节，可以形成闭环控制，较好的解决了合理冲次选择过程中的问题。但是，在具体实施过程中，仍然存在***运行可靠性较差的问题，主要原因在于：抽油机控制单元上所装微处理器的芯片性能有限且容量较小，不足以运行和运算专用“功图分析”软件，以便获得油井的日产液量，而油井的日产液量又是合理冲次选择的关键参数，因此，必须将单个抽油机所获得的数据，传到运算能力较大的上位机进行运算。然而，多台抽油机与同一台上位机的数据传输，在油田有限的资源配置情况下，不能做到不间断畅通，在数据传输间断的情况下，选择合理冲次的程序将被迫中断，造成闭环控制的程序无法运行。
上述分析可知：抽油机“专用功图分析”软件运算量大，抽油机自身控制单元芯片容量小，运算能力不足，是造成抽油机合理冲次选择程序难以可靠运行的关键因素。
发明内容
为了使抽油机实现数据采集、运算和控制的独立完成，不依赖于上位机的运算和控制，保证***运行更加可靠。本发明实施例提供了一种抽油机最佳冲次判定方法及装置。所述技术方案如下：
提供了一种抽油机最佳冲次判定方法，所述方法包括：
步骤一，获取当前冲次下抽油机的载荷位移功图，通过计算得到抽油机当前冲次下的相对产液量；
步骤二，改变抽油机冲次，重新获取载荷位移功图，通过计算得到后一冲次下的相对产液量；
步骤三，求得步骤二中后一冲次下的相对产液量与步骤一中前一冲次下的相对产液量的比值R，
循环步骤一至三，直至比值R＜1时，前一冲次即为抽油机最佳冲次。
所述步骤二中的改变抽油机冲次通过变频器调节抽油机电机频率的方法，抽油机电机频率调节幅度为3-10Hz。
优选抽油机电机频率调节幅度为5Hz。
所述步骤一和步骤二中的相对产液量是通过求取当前冲次下的载荷位移功图的面积来获得的。
提供了一种抽油机最佳冲次判定装置，所述装置包括：
包括：
载荷传感器，设置于抽油机上悬绳器位置，用于获取抽油机悬点载荷信号；
角位移传感器，设置于抽油机上游梁支承轴位置，用于获取抽油机悬点载荷下的位移信号；
变频器，设置于抽油机的智能控制柜内，实现抽油机电机频率调节，冲次调整；
RTU，设置于抽油机的智能控制柜内，是最佳冲次判定装置的控制核心。所述RTU内存有最佳冲次判定程序；
所述最佳冲次判定程序包括：
载荷位移信息采集单元，用于获取所述载荷传感器和角位移传感器所采集到的数据信号；
变频控制单元，控制变频器按一定的步长改变，实现抽油机电机的转速调整，进而实现抽油机冲次的调整；
相对产液量计算单元，根据载荷位移信息，求解地面功图并计算当前冲次下的相对产液量；
最佳冲次判定单元，根据冲次调整前后相对产液量的比值R与1的关系判定最佳冲次。若相对产液量的比值R＜1时，前一冲次即为最佳冲次。
工作时，所述RTU获得载荷位移信息，并运行抽油机最佳冲次判定程序进行最佳冲次的判定与调整，对变频器控制，实现抽油机在最佳冲次下运行。
所述RTU通过Modbus协议无线数传方式或者有线传输方式获取所述载荷传感器和角位移传感器的载荷位移信号。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：
A.最佳冲次判定程序可以运行于容量较小的抽油机智能控制柜内的RTU芯片中。由于采用了日产液量的相对变化值，而不是日产液量的绝对值，所以冲次改变前后与油井参数有关的杆系迭代方程计算因比值可以略去不计，因此可以比较载荷位移功图变化即可。
B.运行最佳冲次判定程序，不需要输入繁琐的油井参数。因此，抽油机控制单元可以省去输入模块。即使修井后下泵深度发生了变化，也不需要重新输入下泵深度等参数，简化了工程技术人员的工作量。
C.抽油机实现了数据采集、运算和控制的独立完成，不依赖于上位机的运算和控制，达到了自己事情自己做，保证了***运行更加可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明最佳冲次判定程序流程图；
图2是本发明硬件模型图；
图3是配有最佳冲次判定装置的抽油机示意图。
图中：1-角位移传感器 2-载荷传感器 3-智能控制柜 4-电机。
具体实施方式
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。
一种抽油机最佳冲次判定方法，所述判定程序流程如图1所示：
步骤一，获取当前冲次下抽油机的载荷位移功图，通过计算得到抽油机当前冲次下的相对产液量；
步骤二，改变抽油机冲次，重新获取冲次改变后的载荷位移功图，通过计算得到冲次改变后的相对产液量；
步骤三，求得步骤二中后一冲次下的相对产液量与步骤一中前一冲次下的相对产液量的比值R，
循环步骤一至三，直至比值R＜1时，前一冲次即为抽油机最佳冲次。
其中，步骤二中的改变抽油机冲次是通过变频器调节抽油机电机频率的方法来实现的，其中的抽油机电机频率调节幅度为5Hz，可以通过增加电机频率值或降低电机频率值。
步骤一和步骤二中的相对产液量是通过求取当前冲次下的载荷位移功图的面积来获得的。
如图2和图3所示，抽油机最佳冲次判定装置设置于抽油机上，主要包括以下几部分，：
载荷传感器，设置于抽油机上悬绳器位置，用于获取抽油机悬点载荷信号；
角位移传感器，设置于抽油机上游梁支承轴位置，用于获取抽油机悬点载荷下的位移信号；
变频器，实现抽油机电机频率调节，冲次调整；
RTU，设置于抽油机的智能控制柜内，是最佳冲次判定装置的控制核心。所述RTU内存有最佳冲次判定程序；
如图2所示，其中的最佳冲次判定程序包括：
载荷位移信息采集单元，用于获取所述载荷传感器和角位移传感器所采集到的数据信号；
变频控制单元，控制变频器按一定的步长改变，实现抽油机电机的转速调整，进而实现抽油机冲次的调整；
相对产液量计算单元，根据载荷位移信息，求解地面功图并计算当前冲次下的相对产液量；
最佳冲次判定单元，根据冲次调整前后相对产液量的比值R与1的关系判定最佳冲次。若相对产液量的比值R＜1时，前一冲次最佳冲次。
工作时，所述RTU获得载荷位移信息，并运行抽油机最佳冲次判定程序进行最佳冲次的判定与调整，对变频器控制，实现抽油机在最佳冲次下运行。
RTU通过Modbus协议无线数传方式或者有线传输方式获取所述载荷传感器和角位移传感器的载荷位移信号。
该最佳冲次判定程序的运算量和程序本身都相对较小，适合RTU较小容量的芯片，使得抽油机自身可以实现数据采集、运算到控制的闭环运行，让抽油机自身实现自己的事情自己做，避免与上位机之间的传输失误，保证***运行的可靠性。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
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。
Claims (2)
1.一种抽油机最佳冲次判定方法，其特征在于：
所述判定方法如下：
步骤一,获取当前冲次下抽油机的载荷位移功图，通过计算得到抽油机当前冲次下的相对产液量；
步骤二，改变抽油机冲次，重新获取载荷位移功图，通过计算得到后一冲次下的相对产液量；
步骤三，求得步骤二中后一冲次下的相对产液量与步骤一中前一冲次下的相对产液量的比值R，
循环步骤一至三，直至比值R<1时，前一冲次即为抽油机最佳冲次，
所述步骤一和步骤二中的相对产液量是通过求取当前冲次下的载荷位移功图的面积来获得的。
2.一种抽油机最佳冲次判定装置，所述装置包括:
载荷传感器，设置于抽油机上悬绳器位置，用于获取抽油机悬点载荷信号；
角位移传感器，设置于抽油机上游梁支承轴位置，用于获取抽油机悬点载荷下的位移信号；
变频器，设置于抽油机智能控制柜内，实现抽油机电机频率调节，冲次调整；
RTU，设置于抽油机的智能控制柜内，是最佳冲次判定装置的控制核心，其特征在于：
所述RTU内存有最佳冲次判定程序；工作时，所述RTU获得载荷位移信息，并运行抽油机最佳冲次判定程序，进行最佳冲次的判定与调整，然后对变频器控制，实现抽油机在最佳冲次下运行，
所述的最佳冲次判定程序包括：
载荷位移信息采集单元，用于获取所述载荷传感器和角位移传感器所采集到的数据信号；
变频控制单元，控制变频器按一定的步长改变，实现抽油机电机的转速调整，进而实现抽油机冲次的调整；
相对产液量计算单元，根据载荷位移信息，求解地面功图并计算当前冲次下的相对产液量；
最佳冲次判定单元，根据冲次调整前后相对产液量的比值R与1的关系判定最佳冲次，
相对产液量比值R为冲次调整后的相对产液量与冲次调整前的相对产液量的比值，若相对产液量的比值R＜1时，前一冲次即为最佳冲次。
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