CN203535446U - 一种抽油机智能控制成套装置 - Google Patents
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Abstract
一种抽油机智能控制成套装置，构成如下：游梁式抽油机（1）、抽油机电机（2）、可移动平衡块（3）、平衡块驱动电机（4）、智能控制柜（6）、传感器组（7）、远程平台（8）、远程传输网络（9）；其中：前四者构成主体结构；可移动平衡块（3）与平衡块驱动电机（4）共同安装在游梁式抽油机（1）后臂尾端；传感器组（7）布置在连接着游梁式抽油机（1）后臂前端的支撑杆上，智能控制柜（6）与传感器组（7）连接；智能控制柜（6）还通过远程传输网络（9）与远程平台（8）连接。本实用新型可实现抽油机电机2的工频运行控制、变频运行控制、***效率分析、故障诊断等操作。本实用新型具有可预期的较大的经济价值和社会价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及石油开采设备的制造、控制设计与应用技术领域，特别提供了一种抽油机智能控制成套装置。
背景技术
现有技术中，对于地层能量相对较低或高含水期开发的油田而言，通常借助机械方式开采。其中最为常见的举升方式就是采用游梁式抽油机。抽油机的动力来自电动机。电动机的运转速度决定了抽油机的冲次，冲刺和泵决定了采油能力。抽油机冲次应该和油井的产油能力相配。事实上，这种冲次调整大大落后于油井地下产油能力的变化。我国油田分布广泛，大多数油田为低渗透油田，尤其开发的中后期，地层压力降低，油井产液量下降，含水率高，需要采用长冲程、低冲次的工艺来提高泵效。
而抽油机负载是脉动载荷，这就使抽油机在一个冲程里有一部分时间处于轻载运行。抽油机电机运行时平均负荷通常很低，一般在20%-30%；低负荷率运行造成功率因数低，效率低，电能浪费大，造成“大马拉小车“状况。
现有的油田现场油井通常布置比较分散，更是存在人工巡检劳动强度大、数据采集不准不及时、集中计量地面投资大、设备管理维护维修难等问题。抽油机、电机、杆、柱、泵、控制柜等各种设备是否工作？工作是否正常？能否提升至最优工作状态？是否存在安全隐患？这一系列的问题都是关乎油田生产节能增产的关键问题。
人们期望获得一种技术效果更好的抽油机智能控制成套装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种技术效果更好的抽油机智能控制成套装置，为自动化采油装备，完全解决背景技术所述的诸多问题。
本实用新型一种抽油机智能控制成套装置，其特征在于：所述抽油机智能控制成套装置具体由下述结构构成：游梁式抽油机1、抽油机电机2、可移动平衡块3、平衡块驱动电机4、智能控制柜6、传感器组7、远程平台8、远程传输网络9；其中：游梁式抽油机1、抽油机电机2、可移动平衡块3、平衡块驱动电机4、限位开关5共同构成主体结构；可移动平衡块3与平衡块驱动电机4为一个整体机构，共同安装在游梁式抽油机1的后臂尾端；抽油机电机2通过传动链或者传动皮带与游梁式抽油机1连接；
可移动平衡块3的构成如下：固定臂31、固定轴32、摆臂33、平衡块34、配重块35；其中：固定臂31的一端与平衡块驱动电机4中伸缩臂36的外壳体即支撑臂39铰接；固定臂31的另一端与摆臂33的上端部铰接；摆臂33的下端部布置有配重块35，平衡块34布置在摆臂33上且能沿着摆臂33的轴线方向移动；
平衡块驱动电机4上还同时连接有伸缩臂36、支撑臂39，其中：伸缩臂36的外壳体为支撑臂39，伸缩臂36能够沿着支撑臂39上的导向槽结构滑动，平衡块驱动电机4能驱动沿其自身轴线方向做伸缩动作的伸缩臂36，伸缩臂36上还设置有标线或者其上固定有标尺37；
传感器组7布置在连接着游梁式抽油机1后臂前端的一个支撑杆上，用于控制整个装置工作的智能控制柜6布置在主体结构附近，且其与传感器组7连接；同时，智能控制柜6还通过远程传输网络9与远程平台8连接。
本实用新型所述抽油机智能控制成套装置，还包含有下述内容要求：
所述智能控制柜6中设置有下述组成部分：能够实现抽油机电机2在工频与变频模式下切换控制的装置；能实现传感器组7的信号采集、计算、显示的装置；能实现RS485通讯以控制变频器的输出频率继而改变抽油机电机2转速，带动游梁式抽油机1改变冲次的调整装置；能实现对游梁式抽油机1的平衡度计算并自动调整可移动平衡块3至合理位置的装置。
所述用于完成智能控制柜6与远程平台8之间的数据传输和控制命令传达的远程传输网络9具体是下述几种之一或其组合2G网络、3G网络、无线网桥。
所述智能控制柜6上还安装有防雷器613；
所述传感器组7中至少包含下述传感器中的一种：无线载荷位移一体传感器、无线温度传感器、无线压力传感器、综合电参量采集模块。
平衡块驱动电机4上还连接有支撑座38，支撑座38固定布置在游梁式抽油机1的后臂尾端，平衡块驱动电机4布置在支撑座38上；支撑臂39上还布置有用于限制平衡块驱动电机4中伸缩臂36的运动极限位置的限位开关5。
所述可移动平衡块3安装在游梁式抽油机1后臂末端上方，其伸缩臂36带动配重块35摆动，改变后臂重心位置即改变后臂力矩来调整游梁式抽油机1的机械平衡。
所述可移动平衡块3的伸缩臂36上设置有标尺，在自动调平衡和手动调平衡中可明确指示力臂变化。
所述智能控制柜集数据无线采集、自动调冲次、自动调平衡、工频/变频运行控制、手动操作和设置、远程数据传输访问、本地数据图形曲线显示、人机交互界面于一体。
通过使用所述传感器组7中的几种传感器（载荷位移一体化传感器、无线温度传感器、无线压力传感器、综合电参数传感器）可以实现示功图的采集、多项温度压力采集、三相电流电压有功功率无功功率及功率因数的采集。
所述平台软件可实现生产数据、设备状态实时在线监测、各种生产表报曲线生成、统计分析、趋势判断、故障预测预警、远程监测、远程控制、网络化建设、平台集中管理、***优化以及可扩展的多项功能模块，如功图量油、功图诊断、***效率分析和优化等。
如图1所示，所述游梁式抽油机1为机械采油方式主体地面设备。本实用新型中游梁式抽油机1为游梁平衡方式，在游梁式抽油机1的后背尾端上方固定有可移动平衡块3。在游梁式抽油机1的悬绳器位置安装有载荷位移一体传感器71，在井口出液口安装有无线压力传感器73和无线温度传感器74。在抽油机电机2的输入端安装有三相电流电压互感器72。游梁式抽油机1运行过程中，其运行参数以及工况的变化通过传感器组7反馈到智能控制柜6，经过采集分析和计算，智能控制柜6将综合数据和示功图做本地显示和各类报警输出。并通过远传网络9传至远程测控平台8。平台综合分析软件做各种数据处理，按客户具体需求实现各功能模块。
如图4所示，所述智能控制柜6包括有壳体60、工频回路62、变频回路63、操作面板64、空开65、测控主机66、综合电参模块67、平衡调节模块68、显示屏69、继电器组610、无线数传模块611、断路器612、防雷保护器613、交流接触器614、控制端子排615、动力端子排616、433MHz天线617、GPRS天线618。测控主机66中设有无线数传模块、2G/3G通讯模块、RS232接口、RS485接口、RJ45网络接口。测控主机66通过无线数传模块接收各传感器数据，通过RS485接收综合电参模块数据，通过RS485与变频器通讯控制调频。与平台可通过2G/3G网络或无线网桥方式通讯。
如图5所示，所述载荷位移一体传感器71具体包含应力传感器和加速度传感器，可同时采集一个冲程内各点位置对应的载荷，自动判定上下死点。为功图绘制提供基础数据。采样速度为ms级。每个冲程采集功图点数大于200组。所述综合电参数采集模块67结合三相电流电压互感器72使用，完成抽油机电机2的三相电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、电源频率多项电参量的采集计算。以RS485通讯方式传递至测控主机66。所述无线压力传感器73可以是一到三个，分别采集井口的油压、套压、回压。传感器为微功耗设计，采用电池供电或太阳能板供电方式。数据通过433MHz无线方式发送至测控主机6。所述无线温度传感器74可以是一到三个，分别采集产出液温度、掺热水温度、混合液温度。传感器为微功耗设计，采用电池供电或太阳能板供电方式。数据通过433MHz无线方式发送至测控主机6。所述含水率测试仪76、智能流量计77、连续动液面测试仪78为***可扩展选配，分别用于分相计量和机采井***效率分析。
如图6所示，所述平台软件接收智能控制柜6上传各基础数据，完成用户定制的各种生产报表、曲线、图形和各数据统计趋势分析，以及报警日志生成。完成各种专项计算（如功图量油）和对抽油机工况的故障诊断。对***效率的分析和优化指导。提升数字化油田的远程集中管理水平。
如图7所示，所述智能控制过程为智能控制过通过变频回路控制抽油机电机工作在设定频率下，抽油机正常运转，通过传感器组7实时检测***运转参数传至测控主机66，经过分析计算来判断平衡度、冲次的调整。通过对上下冲程中的有功功率比值计算平衡度，也可通过上下行最大电流比计算平衡度。两种方式可设定选择。平衡度值范围也可设定，本实用新型可设置0.9～1之间。测控主机66根据平衡度和机械平衡模型计算出可移动平衡块的移动方向和位移的大小。输出控制到平衡调节模块68，控制平衡驱动电机4的正转或反转，并控制去运转时间（电机转速与伸缩臂位移比值确定）。在一个冲程内可完成调整，在接下来的冲程中验证平衡度调节效果。直到平衡度在设定值范围内。在移动平衡块2的支撑臂外表安装限位开关5，来确保平衡块在可控的有效的范围内移动。达到极限位置，限位开关5会输出信号至平衡调节模块，来控制平衡驱动电机4停转或反转。通过对载荷位移一体传感器71采集抽油机1示功图，经过测控主机66结合杆柱泵的参数，推算出井下的泵功图，通过泵的充满度调整冲次至合理。通过RS485修改变频器的输出频率值，改变抽油机电机转速，继而改变抽油机冲次。通过泵功图连续验证。直到泵效最佳。智能控制柜6对传感器组7的数据采集，可通过轮询方式主动查询，也可设定各传感器定时上报。对采集计算的数据和曲线图形等，可在显示屏69在分页显示，可同时远传至平台。远传数据也可以是主动上报和轮询方式。对各种超限判断可本地声光报警和主动上报至平台软件。智能控制柜6对抽油机电机2的基本控制功能是变频驱动，在变频故障或维修期间，可切换至工频运行已保证油井正常生产。工频变频的切换、平衡手动或自动调节、抽油机启动或停止、远程控制的允许或禁止都可通过操作面板64进行操控。
利用本实用新型所述设备可以实现抽油机电机2的工频运行控制、变频运行控制、工频变频自动切换、油井生产参数自动采集、平衡度分析及自动调整、冲次计算分析及自动调整、功图量油、***效率分析、故障诊断、报警预警等操作。本实用新型技术效果优良，其具有可预期的较大的经济价值和社会价值。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
图1是本实用新型抽油机智能控制成套装置的构成原理示意图；
图2是本实用新型中可移动平衡块3的结构示意图正面结构图；
图3是本实用新型中可移动平衡块3的结构示意图背面结构图；
图4是本实用新型中智能控制柜6的结构示意图；
图5是本实用新型中传感器组7的构成示意图；
图6是本实用新型中平台软件功能框图；
图7是本实用新型中智能控制原理框图。
具体实施方式
实施例1
一种抽油机智能控制成套装置，其具体由下述结构构成：游梁式抽油机1、抽油机电机2、可移动平衡块3、平衡块驱动电机4、限位开关5、智能控制柜6、传感器组7、远程平台8、远程传输网络9；其中：游梁式抽油机1、抽油机电机2、可移动平衡块3、平衡块驱动电机4、限位开关5共同构成主体结构；可移动平衡块3与平衡块驱动电机4为一个整体机构，共同安装在游梁式抽油机1的后臂尾端；抽油机电机2通过传动链或者传动皮带与游梁式抽油机1连接；
可移动平衡块3的构成如下：固定臂31、固定轴32、摆臂33、平衡块34、配重块35；其中：固定臂31的一端与平衡块驱动电机4中伸缩臂36的外壳体即支撑臂39铰接；固定臂31的另一端与摆臂33的上端部铰接；摆臂33的下端部布置有配重块35，平衡块34布置在摆臂33上且能沿着摆臂33的轴线方向移动；
平衡块驱动电机4上还同时连接有伸缩臂36、支撑臂39、支撑座38，其中：伸缩臂36的外壳体为支撑臂39，伸缩臂36能够沿着支撑臂39上的导向槽结构滑动，平衡块驱动电机4能驱动沿其自身轴线方向做伸缩动作的伸缩臂36，伸缩臂36上还设置有标线或者其上固定有标尺37；支撑座38固定布置在游梁式抽油机1的后臂尾端，平衡块驱动电机4布置在支撑臂39内部；
支撑臂39上还布置有用于限制平衡块驱动电机4中伸缩臂36的运动极限位置的限位开关5；
传感器组7布置在连接着游梁式抽油机1后臂前端的一个支撑杆上，用于控制整个装置工作的智能控制柜6布置在主体结构附近，且其与传感器组7连接；同时，智能控制柜6还通过远程传输网络9与远程平台8连接。
本实施例所述抽油机智能控制成套装置，还包含有下述内容要求：
所述智能控制柜6中设置有下述组成部分：能够实现抽油机电机2在工频与变频模式下切换控制的装置；能实现传感器组7的信号采集、计算、显示的装置；能实现RS485通讯以控制变频器的输出频率继而改变抽油机电机2转速，带动游梁式抽油机1改变冲次的调整装置；能实现对游梁式抽油机1的平衡度计算并自动调整可移动平衡块3至合理位置的装置。
所述用于完成智能控制柜6与远程平台8之间的数据传输和控制命令传达的远程传输网络9具体是下述几种之一或其组合2G网络、3G网络、无线网桥。
所述智能控制柜6上还安装有防雷器613；
所述传感器组7中至少包含下述传感器中的一种：无线载荷位移一体传感器、无线温度传感器、无线压力传感器、综合电参量采集模块。
所述可移动平衡块3安装在游梁式抽油机1后臂末端上方，其伸缩臂36带动配重块35摆动，改变后臂重心位置即改变后臂力矩来调整游梁式抽油机1的机械平衡。
所述可移动平衡块3的伸缩臂36上设置有标尺，在自动调平衡和手动调平衡中可明确指示力臂变化。
所述智能控制柜集数据无线采集、自动调冲次、自动调平衡、工频/变频运行控制、手动操作和设置、远程数据传输访问、本地数据图形曲线显示、人机交互界面于一体。
通过使用所述传感器组7中的几种传感器（载荷位移一体化传感器、无线温度传感器、无线压力传感器、综合电参数传感器）可以实现示功图的采集、多项温度压力采集、三相电流电压有功功率无功功率及功率因数的采集。
所述平台软件可实现生产数据、设备状态实时在线监测、各种生产表报曲线生成、统计分析、趋势判断、故障预测预警、远程监测、远程控制、网络化建设、平台集中管理、***优化以及可扩展的多项功能模块，如功图量油、功图诊断、***效率分析和优化等。
如图1所示，所述游梁式抽油机1为机械采油方式主体地面设备。本实施例中游梁式抽油机1为游梁平衡方式，在游梁式抽油机1的后背尾端上方固定有可移动平衡块3。在游梁式抽油机1的悬绳器位置安装有载荷位移一体传感器71，在井口出液口安装有无线压力传感器73和无线温度传感器74。在抽油机电机2的输入端安装有三相电流电压互感器72。游梁式抽油机1运行过程中，其运行参数以及工况的变化通过传感器组7反馈到智能控制柜6，经过采集分析和计算，智能控制柜6将综合数据和示功图做本地显示和各类报警输出。并通过远传网络9传至远程测控平台8。平台综合分析软件做各种数据处理，按客户具体需求实现各功能模块。
如图4所示，所述智能控制柜6包括有壳体60、工频回路62、变频回路63、操作面板64、空开65、测控主机66、综合电参模块67、平衡调节模块68、显示屏69、继电器组610、无线数传模块611、断路器612、防雷保护器613、交流接触器614、控制端子排615、动力端子排616、433MHz天线617、GPRS天线618。测控主机66中设有无线数传模块、2G/3G通讯模块、RS232接口、RS485接口、RJ45网络接口。测控主机66通过无线数传模块接收各传感器数据，通过RS485接收综合电参模块数据，通过RS485与变频器通讯控制调频。与平台可通过2G/3G网络或无线网桥方式通讯。
如图5所示，所述载荷位移一体传感器71具体包含应力传感器和加速度传感器，可同时采集一个冲程内各点位置对应的载荷，自动判定上下死点。为功图绘制提供基础数据。采样速度为ms级。每个冲程采集功图点数大于200组。所述综合电参数采集模块67结合三相电流电压互感器72使用，完成抽油机电机2的三相电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、电源频率多项电参量的采集计算。以RS485通讯方式传递至测控主机66。所述无线压力传感器73可以是一到三个，分别采集井口的油压、套压、回压。传感器为微功耗设计，采用电池供电或太阳能板供电方式。数据通过433MHz无线方式发送至测控主机6。所述无线温度传感器74可以是一到三个，分别采集产出液温度、掺热水温度、混合液温度。传感器为微功耗设计，采用电池供电或太阳能板供电方式。数据通过433MHz无线方式发送至测控主机6。所述含水率测试仪76、智能流量计77、连续动液面测试仪78为***可扩展选配，分别用于分相计量和机采井***效率分析。
如图6所示，所述平台软件接收智能控制柜6上传各基础数据，完成用户定制的各种生产报表、曲线、图形和各数据统计趋势分析，以及报警日志生成。完成各种专项计算（如功图量油）和对抽油机工况的故障诊断。对***效率的分析和优化指导。提升数字化油田的远程集中管理水平。
如图7所示，所述智能控制过程为智能控制过通过变频回路控制抽油机电机工作在设定频率下，抽油机正常运转，通过传感器组7实时检测***运转参数传至测控主机66，经过分析计算来判断平衡度、冲次的调整。通过对上下冲程中的有功功率比值计算平衡度，也可通过上下行最大电流比计算平衡度。两种方式可设定选择。平衡度值范围也可设定，本实施例可设置0.9～1之间。测控主机66根据平衡度和机械平衡模型计算出可移动平衡块的移动方向和位移的大小。输出控制到平衡调节模块68，控制平衡驱动电机4的正转或反转，并控制去运转时间（电机转速与伸缩臂位移比值确定）。在一个冲程内可完成调整，在接下来的冲程中验证平衡度调节效果。直到平衡度在设定值范围内。在移动平衡块2的支撑臂外表安装限位开关5，来确保平衡块在可控的有效的范围内移动。达到极限位置，限位开关5会输出信号至平衡调节模块，来控制平衡驱动电机4停转或反转。通过对载荷位移一体传感器71采集抽油机1示功图，经过测控主机66结合杆柱泵的参数，推算出井下的泵功图，通过泵的充满度调整冲次至合理。通过RS485修改变频器的输出频率值，改变抽油机电机转速，继而改变抽油机冲次。通过泵功图连续验证。直到泵效最佳。智能控制柜6对传感器组7的数据采集，可通过轮询方式主动查询，也可设定各传感器定时上报。对采集计算的数据和曲线图形等，可在显示屏69在分页显示，可同时远传至平台。远传数据也可以是主动上报和轮询方式。对各种超限判断可本地声光报警和主动上报至平台软件。智能控制柜6对抽油机电机2的基本控制功能是变频驱动，在变频故障或维修期间，可切换至工频运行已保证油井正常生产。工频变频的切换、平衡手动或自动调节、抽油机启动或停止、远程控制的允许或禁止都可通过操作面板64进行操控。
利用本实施例所述设备可以实现抽油机电机2的工频运行控制、变频运行控制、工频变频自动切换、油井生产参数自动采集、平衡度分析及自动调整、冲次计算分析及自动调整、功图量油、***效率分析、故障诊断、报警预警等操作。本实施例技术效果优良，其具有可预期的较大的经济价值和社会价值。
Claims (5)
1.一种抽油机智能控制成套装置，其特征在于：所述抽油机智能控制成套装置具体由下述结构构成：游梁式抽油机（1）、抽油机电机（2）、可移动平衡块（3）、平衡块驱动电机（4）、智能控制柜（6）、传感器组（7）、远程平台（8）、远程传输网络（9）；其中：游梁式抽油机（1）、抽油机电机（2）、可移动平衡块（3）、平衡块驱动电机（4）、限位开关（5）共同构成主体结构；可移动平衡块（3）与平衡块驱动电机（4）为一个整体机构，共同安装在游梁式抽油机（1）的后臂尾端；抽油机电机（2）通过传动链或者传动皮带与游梁式抽油机（1）连接；
可移动平衡块（3）的构成如下：固定臂（31）、固定轴（32）、摆臂（33）、平衡块（34）、配重块（35）；其中：固定臂（31）的一端与平衡块驱动电机（4）中伸缩臂（36）的外壳体即支撑臂（39）铰接；固定臂（31）的另一端与摆臂（33）的上端部铰接；摆臂（33）的下端部布置有配重块（35），平衡块（34）布置在摆臂（33）上且能沿着摆臂（33）的轴线方向移动；
平衡块驱动电机（4）上还同时连接有伸缩臂（36）、支撑臂（39），其中：伸缩臂（36）的外壳体为支撑臂（39），伸缩臂（36）能够沿着支撑臂（39）上的导向槽结构滑动，平衡块驱动电机（4）能驱动沿其自身轴线方向做伸缩动作的伸缩臂（36），伸缩臂（36）上还设置有标线或者其上固定有标尺（37）；
传感器组（7）布置在连接着游梁式抽油机（1）后臂前端的一个支撑杆上，用于控制整个装置工作的智能控制柜（6）布置在主体结构附近，且其与传感器组（7）连接；同时，智能控制柜（6）还通过远程传输网络（9）与远程平台（8）连接。
2.按照权利要求1所述抽油机智能控制成套装置，其特征在于：
所述智能控制柜（6）中设置有下述组成部分：能够实现抽油机电机（2）在工频与变频模式下切换控制的装置；能实现传感器组（7）的信号采集、计算、显示的装置；能实现RS485通讯以控制变频器的输出频率继而改变抽油机电机（2）转速，带动游梁式抽油机（1）改变冲次的调整装置；能实现对游梁式抽油机（1）的平衡度计算并自动调整可移动平衡块（3）至合理位置的装置。
3.按照权利要求2所述抽油机智能控制成套装置，其特征在于：所述用于完成智能控制柜（6）与远程平台（8）之间的数据传输和控制命令传达的远程传输网络（9）具体是下述几种之一或其组合2G网络、3G网络、无线网桥。
4.按照权利要求1-3其中之一所述抽油机智能控制成套装置，其特征在于：所述智能控制柜（6）上还安装有防雷器（613）；
所述传感器组(7)中至少包含下述传感器中的一种：无线载荷位移一体传感器、无线温度传感器、无线压力传感器、综合电参量采集模块。
5.按照权利要求4所述抽油机智能控制成套装置，其特征在于：平衡块驱动电机（4）上还连接有支撑座（38），支撑座（38）固定布置在游梁式抽油机（1）的后臂尾端，平衡块驱动电机（4）布置在支撑座（38）上；
支撑臂（39）上还布置有用于限制平衡块驱动电机（4）中伸缩臂（36）的运动极限位置的限位开关（5）。
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