CN104196520A

CN104196520A - 远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统

Info

Publication number: CN104196520A
Application number: CN201410408622.8A
Authority: CN
Inventors: 王卫刚; 赵亚杰; 段景杰; 刘通; 姚军; 黄华; 高庆华; 董涛; 展转盈; 雷茹
Original assignee: Shaanxi Yanchang Petroleum Group Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Yanchang Petroleum Group Co Ltd
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2014-12-10

Abstract

一种远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统，包括井口装置、液面测量装置、液面数据采集装置、无线网络系统、中心接收单元、中心控制系统、液面数据处理系统、智能间抽控制系统以及电机配电箱；液面测量装置与井口装置相连接，液面数据采集装置与液面测量装置相连接；无线网络系统与液面数据采集装置相连接；中心接收单元与无线网络系统相连接；中心控制系统与中心接收单元相连接；液面数据处理系统与液面数据采集装置相连接；智能间抽控制系统与液面数据处理系统相连接；电机配电箱与智能间抽控制系统相连接。本发明实现了对井下动液面远程连续监测和智能间抽。具有体积小，安装方便，自动测试，智能化程度高，环保节能等优点。

Description

远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统

技术领域

本发明涉及抽油机控制系统，具体涉及一种远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统。

技术背景

在油田开发过程中，当油井的渗透能力低于抽油机设计抽油能力的时候，油井则处于供液不足的状态。为了节约电能，减少抽油机的机械磨损，提高设备的效率，一般采用的方法是对油井实行间抽制度。最早的间抽井是由人工进行启停，因此间抽制度必须要同员工工作制度相一致，由于未考虑井下实际供液情况，就有可能产生以下两种情况；其一，间隔时间设置太短,结果是井下供液还未恢复到合适值抽油机又开始工作了，结果造成电能浪费；其二，间隔时间设置太长，结果是井下供液恢复时间过长，有效的工作时间缩短,结果造成产量下降。然而，随着科技的发展，人们研制了自动间抽控制器，通过该控制器可以以小时为单位任意设定起机时间和停机时间，到达设定时间点后，自动执行启停操作。但是在确定间抽制度时需要对抽油机进行人工启停操作，并需要工作人员到现场连续测试动液面，确定间抽时间，这样就不能及时开关抽油机，因而就增加了空采率，降低了抽油机井效率，而且操作和管理都不方便，增加了抽油机井成本，不利于油田的发展。

为了在开机状态下判断油井当前是否处于供液不足的状态，现有技术的方法是测量抽油机距在上、下冲程死点某一位置时的电机功率消耗的数值。当该数值低于某一事先设定的数值时，便认为油井处于供液不足的状态。为此，该方法需要在测量电机功率消耗的同时，还必须测出相应的冲程位置以便确定冲程的死点。这种方法的主要缺点是：为了获得油井的供液状态信息，需要同时测量两个有关物理量，其中，冲程位置的测量需要在抽油机的游梁或支架等露天部位安装位置传感器或其它电子测量元件，同时还要通过较长的引线将测量信号送到抽油机的控制装置中。这样会使得抽油机的控制装置的安装过程相当繁琐，而传感器过多以及传感器信号引线过长不仅容易导致信号衰减、故障频繁发生，而且容易被盗窃或损坏，从而给用户带来诸多使用上的不便；此外，由于相应的控制、检测装置所使用的器件较多，使得抽油机的控制装置的造价较高，给用户增加了不必要的经济负担。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种油井远程连续液面测量及间抽井智能控制系统。

本发明的技术方案为：

一种远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统，其特殊之处在于：包括井口装置、液面测量装置、液面数据采集装置、无线网络系统、中心接收单元、中心控制系统、液面数据处理系统、智能间抽控制系统以及电机配电箱；所述液面测量装置与井口装置相连接，液面数据采集装置与液面测量装置相连接；所述无线网络系统与液面数据采集装置相连接；中心接收单元与无线网络系统相连接；中心控制系统与中心接收单元相连接；所述液面数据处理系统与液面数据采集装置相连接；智能间抽控制系统与液面数据处理系统相连接；电机配电箱与智能间抽控制系统相连接。

上述液面测量装置包括电控气爆发声装置，所述电控气爆发声装置由依次连接的控制电路、微型气泵、储气筒、电磁阀及气管组成。

上述液面数据采集装置由依次连接的回波采集模块、温度、压力采集模块、通信传输模块以及中央处理器（CPU）组成。

上述中心接收单元由互相连接的GSM/GPRS收发模块、SIM卡、SIM卡座、天线、电源系统以及通信接口组成。

上述中心控制系统由互相连接的中心接收单元、通讯接口、监控计算机系统、内部网络系统以及用户终端组成。

上述回波采集模块由相互连接的微音器、A/D转换器、存储器、CPU以及外围辅助电路组成；其中，A/D转换器采用高性能芯片，用于回波和压力信号采集；存储器选用容量为16Mbits，可连续储存100次以上的液面测量数据。

上述温度、压力采集模块由压力传感器和温度传感器组成，其中压力传感器采用SM24Y02应变式压力传感器；温度采集模块采用GPRS模块内部传感器。

上述通信传输模块采用SIM300D GPRS/GSM通信模块用于数据收发，每个模块使用一块SIM卡对应一个手机号码。

上述中央处理器选用Atmel公司AVR系列单片机，具体采用Atmega168V单片机，Flash内存容量为16K字节，SRAM1K字节，EEPROM为512字节。

上述液面数据处理系统采用先进的软件算法，利用快速傅立叶变换，通过频谱分析能够自动获得精确的音速；通过对原始信号进行数字滤波，使液面回波更加清晰容易分辨，软件自动识别率高。

其中液面测量装置用于测量油井动液面，液面数据采集装置对所测液面数据进行采集，无线网络系统用于向远程中心发送数据，中心接收单元用于接收无线数据，中心控制系统对液面测量装置进行控制以及对所接收的液面数据进行存储，液面数据处理系统对所测液面数据进行分析、判断，智能间抽控制系统根据液面数据进行间抽。

本发明可以对油井的动液面进行连续测试，摸清油井的供液规律；间抽井智能控制系统是以液面数据为基础，制定合理的油井间抽制度，自动控制抽油机的启停，从而达到对油井实施智能间抽，以获得较好的节能效果，提高油井的系统效率，并延长采油设备的使用寿命。

实现了对井下动液面远程连续监测和智能间抽。该系统采用电控气爆脉冲声源技术进行液面监测，解决了其他液面检测技术存在的缺点。具有体积小，安装方便，自动测试，智能化程度高，环保节能等诸多优点，具有较高的推广价值。

该系统的推广使用具有明显的经济效益和社会效益，主要体现在以下几个方面：

（1）避免空抽和液积现象，设备的磨损程度明显降低，可减少检泵作业费用。（2）提高了系统效率，单井耗电量明显降低，可节成本。（3）无线远程液面自动测试，减轻了人工测试的劳动强度和成本投入。（4）管理和技术水平的提高，有利于合理优化工作参数、安全运行，会带来综合的经济效益。

附图说明

图1为本发明系统框图；

图2为远程液面自动测量装置原理框图；

图3为电控气爆发声装置框图原理图；

图4为回波采集模块框图原理框图；

图5为中心接收单元原理框图；

图6为中心控制系统原理框图。

具体实施方式

本发明提供了一种远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统，具体实施方式如下所述：

1、参见图1，远程液面测量装置安装在井口，在单片机的控制下，系统实时和监控中心保持通信，一旦收到指令或到达设定时间，系统即按设定的参数启动电控脉冲声源向套管内（或外）放气产生次声波作为测量声源，同时回波检测系统开始工作并把采集的结果存储到记忆芯片中，测量完毕，启动数据发送程序，把采集到的数据连同套管压力、井口温度以及设备自身相关参数通过无线网络一同发送到监控中心。监控中心通过接收单元将采集的数据后进行存储、处理分析，最后得到油井液面数据。

2、液面数据处理系统对所测得的液面数据进行分析、计算、判别，并将分析结果发送给油井智能间抽控制系统，智能间抽控制系统对油井液面情况进行分析，并采取相应的间抽制度，并将指令发送给电机配电箱，最终由电机配电箱来执行抽油机的启停工作。

3、步骤1所述的远程液面自动测量装置由电控气爆发声装置、回波采集模块、温度、压力采集模块、通信传输模块、中央处理器（CPU）组成，参见图2。采用无线远程控制的电控气爆脉冲声源，解决了枪弹式声源无法自动装填和高压气瓶需要定期更换的难题，使得连续自动液面测量成为可能。采用微型气泵作为无套压油井的内爆声源，当套管没有压力或者压力<0.6Mpa时，设备控制对套管内放气产生次声波作为测量声源。当套管压力超过0.2Mpa时，控制对外放气产生次声波作为测量声源。

1）步骤3所述的电控气爆发声装置框图，参见图3，它由控制电路、微型气泵、储气筒、电磁阀、气管等组成。其工作原理是：利用高压气体瞬间放气产生次声波作为测量声源。

2）步骤3所述的回波采集模块框图，参见图4，它由微音器、专用高性能A/D转换器、大容量存储器、CPU以及外围辅助电路等组成。其中，A/D采用高性能芯片，用于回波和压力信号采集；存储器选用容量为16Mbits，可连续储存100次以上的液面测量数据。

3）步骤3所述的温度、压力采集模块由压力传感器和温度传感器组成，其中压力传感器采用SM24Y02应变式压力传感器；温度采集模块采用GPRS模块内部传感器。

4）步骤3所述的通信传输模块采用SIM300D GPRS/GSM通信模块用于数据收发，每个模块使用一块SIM卡对应一个手机号码。中心可以通过GPRS通道或短信设置井上采集系统参数，控制其工作。

5）步骤3所述的中央处理器选用Atmel公司AVR系列单片机。AVR是一种功能非常强大的单片机，片内不仅集成了许多外围接口功能电路，而且运算速度快、功耗低、可靠性高，非常适合在智能仪表中应用。本系统采用Atmega168V单片机，Flash内存容量为16K字节，SRAM1K字节，EEPROM为512字节。

4、步骤1所述的中心接收单元框图，参见图5。中心接收单元由GSM/GPRS收发模块、SIM卡、SIM卡座、天线、电源系统、通信接口等组成。用于接收井口采集到的液面数据。

5、步骤1所述的中心控制系统框图，参见图6。主要由中心接收单元、通讯接口、监控计算机系统、内部网络系统、用户终端组成。中心监控计算机安装在工程技术大队，其他用户通过内部网络可以实时查看所有油井液面参数和历史纪录。

6、步骤2所述的液面液面数据处理系统采用先进的软件算法，利用快速傅立叶变换，通过频谱分析能够自动获得精确的音速；通过对原始信号进行数字滤波，使液面回波更加清晰容易分辨，软件自动识别率高。

7、步骤2所述的智能间抽控制系统是对液面数据处理系统的结果进行识别、分析、判断，根据动液面数据实时进行分析，将分析结果发送给电机配电箱，根据液面变化自动控制抽油机的开启、停抽、调节工作参数，实现智能采油。

Claims

1.一种远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统，其特征在于：包括井口装置（1）、液面测量装置（2）、液面数据采集装置（3）、无线网络系统（4）、中心接收单元（5）、中心控制系统（6）、液面数据处理系统（7）、智能间抽控制系统（8）以及电机配电箱（9）；所述液面测量装置（2）与井口装置（1）相连接，液面数据采集装置（3）与液面测量装置（2）相连接；所述无线网络系统（4）与液面数据采集装置（3）相连接；中心接收单元（5）与无线网络系统（4）相连接；中心控制系统（6）与中心接收单元（5）相连接；所述液面数据处理系统（7）与液面数据采集装置（3）相连接；智能间抽控制系统（8）与液面数据处理系统（7）相连接；电机配电箱（9）与智能间抽控制系统（8）相连接。

2.根据权利要求1所述远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统，其特征在于：所述液面测量装置（2）包括电控气爆发声装置，所述电控气爆发声装置由依次连接的控制电路、微型气泵、储气筒、电磁阀及气管组成。

3.根据权利要求1所述远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统，其特征在于：所述液面数据采集装置（3）由依次连接的回波采集模块、温度、压力采集模块、通信传输模块以及中央处理器（CPU）组成。

4.根据权利要求1所述远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统，其特征在于：所述中心接收单元由互相连接的GSM/GPRS收发模块、SIM卡、SIM卡座、天线、电源系统以及通信接口组成。

5.根据权利要求1所述远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统，其特征在于：所述中心控制系统由互相连接的中心接收单元、通讯接口、监控计算机系统、内部网络系统以及用户终端组成。

6.根据权利要求3所述远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统，其特征在于：所述回波采集模块由相互连接的微音器、A/D转换器、存储器、CPU以及外围辅助电路组成；其中，A/D转换器采用高性能芯片，用于回波和压力信号采集；存储器选用容量为16Mbits，可连续储存100次以上的液面测量数据。

7.根据权利要求3所述远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统，其特征在于：所述温度、压力采集模块由压力传感器和温度传感器组成，其中压力传感器采用SM24Y02应变式压力传感器；温度采集模块采用GPRS模块内部传感器。

8.根据权利要求3所述远程连续液面测量装置及油井间抽智能控制系统，其特征在于：所述通信传输模块采用SIM300D GPRS/GSM通信模块用于数据收发，每个模块使用一块SIM卡对应一个手机号码。

9.根据权利要求3或6或7或8所述远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统，其特征在于：所述中央处理器选用Atmel公司AVR系列单片机，具体采用Atmega168V单片机，Flash内存容量为16K字节，SRAM1K字节，EEPROM为512字节。

10.根据权利要求9所述远程连续液面测量及油井间抽智能控制系统，其特征在于：所述液面数据处理系统（7）采用先进的软件算法，利用快速傅立叶变换，通过频谱分析能够自动获得精确的音速；通过对原始信号进行数字滤波，使液面回波更加清晰容易分辨，软件自动识别率高。