CN101660400B - 一种基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法，依设定频率采集抽油机抽油杆的加速度信号，经去噪和A/D转换处理后，周期性的计算抽油杆在对应周期内的位移变化量，将至少两个相邻周期内的位移变化量分别与设定的最小门槛值进行对比，从而判断抽油机是否停机，实现了准确的抽油机停机报警，节省了人力资源，同时间接提高了抽油机的抽油效率。

Description

一种基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法

技术领域

本发明涉及一种抽油机停井监测方法，特别涉及一种基于加速度传感器的抽油机停井监测报警方法。

背景技术

在油田上广泛使用的抽油机主要有游梁式抽油机、双驴头抽油机、矮型抽油机等，这些抽油机工作时驴头或游梁始终处于摆动或者转动的运动状态，为了及时发现抽油机因故障停机，并进行及时处理和起油，通常都设有管井或巡井人员对抽油机工作状况进行观察，不但耗费人力资源，而且往往不能在抽油机停机时及时发现，影响抽油效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法，实现了对抽油机停机状况准确的判断，并及时报警。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：提供了一种基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法，该方法包括以下步骤：

(1)对抽油机抽油杆的加速度信号进行固定频率采集；

(2)对所采集的加速度信号进行A/D转换，得到相应的加速度数据；

(3)由得到的加速度数据周期性计算抽油杆在对应周期内的位移变化量；

(4)将至少两个相邻周期内的位移变化量分别与设定的最小门槛值进行对比，若均小于该最小门槛值，则进行停机报警；若至少有一个不小于该最小门槛值，则执行步骤(3)。

设定位移变化量的计算周期，并对位移变化量进行均匀的周期计算，计算周期t的取值范围为：0.1T≤t≤6T且 $t\∉(\mathrm{NT}-\frac{1}{10}T,\mathrm{NT}+\frac{1}{10}T),$ 并且若 $t=\frac{1}{2}\mathrm{JT}$ 时计算的起始时刻t₀与对应冲程周期内位移的中间过零点时刻t_A0应满足 $|t_0-t_{A0}|\≤\frac{1}{10}T,$ 其中T为抽油杆正常运行时的冲程周期，N为正整数，J为正奇数。

进一步优化的位移变化量计算周期t的取值范围为： $\frac{1}{10}T\≤t\≤\frac{1}{3}T.$

所述的最小门槛值的计算公式为D＝γ*|D_MAX-D_MIN|，其中D为最小门槛值，γ为权值系数，D_MAX为抽油机抽油杆上、下冲程动作中的上死点相对于冲程运动中点的位移量，D_MIN为抽油机抽油杆上、下冲程动作中的下死点相对于冲程运动中点的位移量。

所述的权值系数γ的取值范围为0.01≤γ≤0.1。

加速度的采样频率f_A需要满足位移变化量的计算要求，一般取值为 $\frac{1}{0.1T}\≤f_A\≤\frac{1}{0.005T},$ 其中T为抽油杆正常运行时的冲程周期。

位移变化量通过对加速度进行积分运算来计算。

相邻两个周期内的位移变化量若均小于最小门槛值，则进行停机报警，为保证停机报警判断的准确性，可以将相邻三个周期内的位移变化量均与小于最小门槛值进行对比，若均小于最小门槛值，则进行停机报警。

出现停机报警信号后，再以相邻的后续两个周期内的位移变化量与最小门槛值的比较进行停机报警确认，若均小于最小门槛值则发送停机报警信号，否则确认报警信号为干扰信号，继续监测。

本发明采用相邻计算周期的位移变化量分别与设定的最小门槛值进行对比的方法判断抽油杆是工作还是停机，实现了准确的抽油机停机报警，节省了人力资源，同时间接提高了抽油机的抽油效率。

附图说明

图1是本发明的停机监测报警方法流程图；

图2是第一种抽油机停机判断规则示意图；

图3是第二种抽油机停机判断规则示意图；

图4是第三种抽油机停机判断规则示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示本发明的基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法，包括以下步骤：

(1)设定初始位置为抽油杆冲程运动的中点，并设置位移变化量计算周期t及加速度的采样频率f_A；

(2)对抽油机抽油杆的加速度信号进行周期取样；

(3)对所采集的加速度信号进行A/D转换，得到相应的加速度数据；

(4)判断所采集的加速度信号是否为噪声信号，若为噪声信号则重新读取，若为正常信号则保存该数据；

(5)以对应周期起始时刻的抽油杆的速度和各加速度采样数据为依据，利用积分的方法计算该周期内的位移变化量；

(6)将两个相邻周期内的位移变化量分别与设定的最小门槛值进行对比，若均小于该最小门槛值，则进行停机报警；若至少有一个不小于该最小门槛值，则执行步骤(3)。

位移变化量计算周期的设定规则为：依据设定位移变化量的计算周期，并对位移变化量进行均匀的周期计算，计算周期t的取值范围为：0.1T≤t≤6T且 $t\∉(\mathrm{NT}-\frac{1}{10}T,\mathrm{NT}+\frac{1}{10}T),$ 并且若 $t=\frac{1}{2}\mathrm{JT}$ 时计算的起始时刻t₀与对应冲程周期内位移的中间过零点时刻t_A0应满足 $|t_0-t_{A0}|\≤\frac{1}{10}T,$ 其中T为抽油杆正常运行时的冲程周期，N为正整数，J为正奇数；进一步优化的位移变化量计算周期t的取值范围为： $\frac{1}{10}T\≤t\≤\frac{1}{3}T.$ 本实施例中采用 $t=\frac{1}{3}T.$

加速度的采样频率f_A需要满足位移变化量的计算要求，一般取值为 $\frac{1}{0.1T}\≤f_A\≤\frac{1}{0.005T},$ 本实施例中采用加速度的采样频率为 $f_A=\frac{1}{0.006T}.$

加速度噪声信号的判断去除方法为软件方法实现，将采集到的加速度数据同设定的允许通过的加速度的最大之和最小值进行对比，若落入该区间则为正常加速度信号，若没有落入该区间则为噪声信号。

最小门槛值的计算公式为：

D＝γ*|D_MAX-D_MIN|

其中D为最小门槛值；

γ为权值系数，γ的取值范围为0.01≤γ≤0.1，本实施例中γ＝0.05；

D_MAX为抽油机抽油杆上、下冲程动作中的上死点相对于冲程运动中点的位移量；

D_MIN为抽油机抽油杆上、下冲程动作中的下死点相对于冲程运动中点的位移量；

D_MAX的取值方法为，抽油机正常运行时，统计抽油杆K个完整的冲程周期中每个周期内上死点相对于冲程运动中点位移量的最大值，并作均值处理；D_MIN的取值方法为，抽油机正常运行时，统计抽油杆K个完整的冲程周期中每个周期内下死点相对于冲程运动中点位移量的最小值，并作均值处理；K的取值为10。

如图4所示，本实施例所述的方法步骤(6)中，将相邻两个计算周期内的位移变化量分别与设定的最小门槛值进行对比，以判断抽油机抽油杆是否停止工作。当前判断所用的位移变化量为ΔD_i和ΔD_i-1，上次判断所用的位移变化量为ΔD_i-1和ΔD_i-2，以此类推，前次判断所用的位移变化量为ΔD_i-2和ΔD_i-3。

为了避免干扰信号的影响，准确的判断出抽油杆是否停止动作，本实施例采用出现停机报警信号后，再以相邻的后续两个计算周期内位移变化量与最小门槛值的比较进行停机报警确认，若均小于最小门槛值则发送停机报警信号，否则确认报警信号为干扰信号，继续监测，当然也可以采用其他方法，例如对停机报警的连续出现次数进行统计，与设定允许最大连续次数进行对比，若小于设定值则认为是虚假停机警报，不发送报警信号；若大于设定值则认为是真是停机报警，发送停机报警信号。

上述实施例中K的取值为10，最小门槛值为0.05，当然K的取值也可以是其他数值，根据抽油杆运动的稳定性可以作适当调整，最小门槛的设定可以依据抽油机的工况不同进行不同设定，一般在0.01至0.1之间取值。

上述实施例中噪声信号的判断去除采用软件方法实现，当然噪声信号的判断去除也可以采用硬件判断去除噪声的方法和软硬件结合的判断去除噪声的方法，如硬件电路的低通滤波、硬件电路低通滤波与本实施例中软件判断去除相结合等类似的方法。

上述实施例中的停机报警方法，可以采用现场声光报警、利用无线通信技术向监控站报警或短信方式向主要领导及负责人报警等类似的报警方法。

实施例二

与实施例一的不同点在于：在基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法的步骤(6)中对位移变化量采用分组判断的方法，如图3所示，当前判断所用的位移变化量为ΔD_i和ΔD_i-1，上次判断所用的位移变化量为ΔD_i-2和ΔD_i-3，以此类推，前次判断所用的位移变化量为ΔD_i-4和ΔD_i-5。其它部分均与实施例一相同。

由于每次判断采用的数据源均不相同，增加了判断的准确性。

实施例三

与实施例一的不同点在于：在基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法的步骤(6)中将相邻三个计算周期内的位移变化量分别与设定的最小门槛值进行对比，以判断抽油机抽油杆是否停止工作。如图4所示，当前判断所用的位移变化量为ΔD_i、ΔD_i-1和ΔD_i-2，上次判断所用的位移变化量为ΔD_i-1、ΔD_i-2和ΔD_i-3，以此类推，前次判断所用的位移变化量为ΔD_i-2、ΔD_i-3和ΔD_i-4。其它部分均与实施例一相同。

利用相邻三个位移变化量参与判断，损失了一定的实时性，但是却提高了判断的准确性和稳定定性。

Claims (9)

1.一种基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)对抽油机抽油杆的加速度信号进行固定频率采集，该加速度的采样频率满足位移变化量的计算要求；

(2)对所采集的加速度信号进行A/D转换，得到相应的加速度数据；设定位移变化量的计算周期，并对位移变化量进行均匀的周期计算，计算周期t的取值范围为：0.1T≤t≤6T且 $t\∉(\mathrm{NT}-\frac{1}{11}T,\mathrm{NT}+\frac{1}{10}T),$ 并且若

时计算的起始时刻t₀与对应冲程周期内位移的中间过零点时刻t_A0应满足

其中T为抽油杆正常运行时的冲程周期，N为正整数，J为正奇数

(3)由得到的加速度数据周期性计算抽油杆在对应周期内的位移变化量；

(4)将至少两个相邻周期内的位移变化量分别与设定的最小门槛值进行对比，若均小于该最小门槛值，则进行停机报警；若至少有一个不小于该最小门槛值，则执行步骤(3)。

2.如权利要求1所述的基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法，其特征在于：设定位移变化量的计算周期，并对位移变化量进行均匀的周期计算，计算周期t的取值范围为：其中T为抽油杆正常运行时的冲程周期。

3.如权利要求2所述的基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法，其特征在于：所述的最小门槛值的计算公式为D＝γ*|D_MAX-D_MIN|，其中D为最小门槛值，γ为权值系数，D_MAX为抽油机抽油杆上、下冲程动作中的上死点相对于冲程运动中点的位移量，D_MIN为抽油机抽油杆上、下冲程动作中的下死点相对于冲程运动中点的位移量。

4.如权利要求3所述的基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法，其特征在于：所述的权值系数γ的取值范围为0.01≤γ≤0.1。

5.如权利要求4所述的基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法，其特征在于：所述的加速度的采样频率f_A需要满足位移变化量的计算要求，一般取值为

其中T为抽油杆正常运行时的冲程周期。

6.如权利要求5所述的基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法，其特征在于：位移变化量通过对加速度进行积分运算来计算。

7.如权利要求6所述的基于加速度传感器的抽油机实时停机监测报警方法，其特征在于：相邻两个周期内的位移变化量若均小于最小门槛值，则进行停机报警。

8.如权利要求6所述的基于加速度传感器的抽油机实时停机监测报警方法，其特征在于：相邻三个周期内的位移变化量若均小于最小门槛值，则进行停机报警。

9.如权利要求7或8所述的基于加速度传感器的抽油机停机监测报警方法，其特征在于：出现停机报警信号后，再以相邻的后续两个周期内的位移变化量与最小门槛值的比较进行停机报警确认，若均小于最小门槛值则发送停机报警信号，否则确认报警信号为干扰信号，继续监测。

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