CN104373113B - 一种用电参数测量抽油机井环空动液面及工况诊断方法 - Google Patents

Abstract

一种用电参数测量抽油机井环空动液面及工况诊断方法，涉及到油田的采油技术领域。解决了现有测量油井工况参数需要多种仪器以及人工配合才能实现的问题。油井采油液三相流(油、水、气)由于测试中有气体的影响，导致现场井口在线自动、实用化测试采油井环空动液面困难。本申请测试过程中数据按重量计算排除气体影响；相同运行工况状态下，数据进行差动处理消除不确定因素误差或固定误差；不同运行状态进行修正补偿；高速数据采集保证数据密度，实现数据可靠，周期性分解处理抽油机井上、下冲程净扭矩数据及时间，运行中抽油机上、下冲程数据叠加处理；上述方法组合使用，实现现场在线连续、自动化实用电参数测量抽油机井环空动液面及工况诊断。

Description

一种用电参数测量抽油机井环空动液面及工况诊断方法

技术领域

本申请涉及到油田的采油技术领域，具体涉及到油田抽油机井测量技术领域。

背景技术

多年以来，油田抽油机井测量环空动液面，普遍采用声波液面测试仪实现动液面测量，测量动液面过程中：环套之间含气量少、或结蜡影响、或气体上部悬浮硬盖(死油面)、泡沫段影响、或斜井等因素影响，抽油机井环空动液面很难测准，或测不到动液面；运行中抽油机井工况诊断多数采用载荷与位移地面示功图仪实现，用测完数据回放曲线图形进行判断工况类型，目前采用抽油杆受力后形变量来计算，很难确定示功图受力零位点位置。传统方法很难实现现场在线连续自动化定量测量；抽油机井环空动液面测量及工况诊断，需要采用多种仪器，需要人机配合，并且辅助上位机回放图形对比方可完成。

发明内容

为了解决测量油井工况参数需要的多种仪器以及人工配合才能够实现的问题，本发明提供了一种能够在油井工作过程中现场在线实时检测的一种用电参数测量抽油机井环空动液面及工况诊断方法。

基于电参数的抽油机井环空动液面测量方法的过程为：在抽油机正常工作过程中高速实时采集抽油机井的电参数，进而根据所述电参数计算获得对应的抽油机的净扭矩，数据采集速度大于或等于20次/秒，同时，确定抽油机曲柄运行至对应抽油机上死点的时刻以及下死点的时刻，

步骤一、在需要测量工况参数的时候，首先进行系数修正：

对抽油机井进行调参，具体为控制抽油机井的冲次由正常运行的N转换到调参之后的N₁，N₁≠N并持续运行时间T，然后再次恢复到正常运行的冲次N；所述时间T为2-5分钟；

通过实时采集的数据，对调参之前的连续多个冲次的上下冲程的净扭矩进行叠加处理，获得上下冲程叠加扭矩P_1上下，

通过实时采集的数据，对调参之后的前1-2分钟内的连续多个冲次的上下冲程的净扭矩进行叠加处理，获得上下冲程叠加扭矩P_2上下；

根据上述获得的P_1上下和P_2上下获得系数K₁，

当N₁<N时，系数K₁＝P_1上下-NP_2上下/N₁；

当N₁>N时，K₁＝P_2上下-N₁P_1上下/N；

通过实时采集的数据，对调参之后的最后1分钟内的连续多个冲次的上下冲程的净扭矩叠加处理，获得上下冲程叠加扭矩P_3上下；

通过实时采集的数据，对恢复正常运行之后的连续多个冲次的上下冲程的净扭矩相加叠加处理，获得上下冲程叠加扭矩P_4上下；

根据上述获得的P_3上下和P_4上下获得系数K₂；

当N₁<N时，则有：K₂＝P_4上下-NP_3上下/N₁，

当N₁>N时，则有：K₂＝P_3上下-N₁P_4上下/N；

进而获得环空动液面修正系数K＝(K₁+K₂)/2；

然后，采用上述修正系数K对环空动液面数学模型进行修正，

步骤二、根据正常运行状态下测量获得的连续多个冲次的上下冲程叠加扭矩叠加处理，获得上下冲程叠加扭矩P_上下，根据P_上下以及修正后的数学模型获得环空动液面HY。

步骤二所述的获得环空动液面HY的方法是根据公式：获得的，其中：Y表示在冲次为N时抽油机井电机输入端至井口悬点的机械传动效率，称作扭矩因数或扭矩因子，F_p表示抽油机井的抽油柱塞的截面面积。

每个冲次的上下冲程叠加扭矩是根据该冲次内的上冲程过程中的净扭矩P_上和下冲程过程中的净扭矩P_下进行叠加处理获得。

所述调参之后的冲次N₁小于或等于1.5N。

本发明所述的抽油机井工况诊断的方法为：

首先，在抽油机井正常工作状态下，采用上述方法连续测量获得环空动液面HY；

然后，根据连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY对抽油机井的工况诊断：

如果连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY均大于200米，并且泵挂高度HH与环空动液面HY的差值大于200米，则判定抽油机机的工况运行参数正常；

如果连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY均小于或等于200米，则判定抽油机井的井工况运行参数偏低；

如果连续60分钟测量获得的泵挂高度HH与环空动液面HY的差均小于或等于200米，则判定抽油机井的井工况运行参数偏高。

本发明所述的方法，尤其适用于在油井的工作现场使用，能够在油井工作过程中实时获得采集油井工作过程中的各种体现工况的参数。

本发明的工作原理是通过周期性霍尔传感器信号反馈的信息，或采用井口载荷力加速度位置复合传感器，或下死点辅助位置传感器，或人机配合操作确定上下死点，判断确定抽油机井曲柄运行至上死点的时刻、抽油机井曲柄运行至下死点的时刻，根据这两个时刻实现对每个冲次内的数据进行分解获得上冲成数据和下冲程数据，进而实现进一步的处理。

在正常运行中，控制抽油机井由原运行冲次进行改变并运行时间T，然后再恢复到原运行状态，改过程称之为调参过程，该调参过程的时间T为2-5分钟，调参运行的时间T相对比较短，再恢复到原运行状态运行时，环空动液面会几乎没有变化，该种方式用于实现环空动液面修正以及环空动液面的测量。

本发明所述的抽油机井环空动液面的测量方法，能够在抽油机井工作现场、在抽油机井工作过程中，实时采集获得抽油机井供电输入端电参数，进而实测数据计算建模，最终实现控制周期性变频调参后运行的时间，能够实现在线连续、实用性、通用化自动化周期性测量测量单井日产液量，同时周期性完善修正环空动液面，给出实时环空动液面。

应用根据上述方法获得的工况参数，能够进行实时的给出建议性工况诊断，进而为油井的维护提供及时可靠的数据依据，也能够为潜在的危险或故障提供预警。

本发明所述的抽油机井环空动液面的测量方法，无需其它仪器、仪表设备辅助测量，如：流量、液面等参量测量的多种专用仪器设备等等，现场测试参量少，只需要采用电参数即可实现测量，大大降低了测量的成本。

发明方法原理应用示例产品现场在线连续、实用性、通用化、自动化测量，可实现如下功能：实时环空动液面测量及给出建议性工况诊断。现场可实现在线连续测量、使用方便等要求的测试参量选择；发明说明中示例产品应用要具有实用性与通用性；实测及处理数据方式方法；周期性完整顺序过程状态模型思想等为发明方法核心。

本发明可应用于各种油田的抽油机井的井日常工况参数监测领域，能够有效配合对抽油井工作状态的管理，进而为实现节能增效提供可靠及时地数据支持。

附图说明

图1是本发明所述的抽油机井环空动液面测量过程中减速器输出轴扭矩随时间的变化曲线，在启机15分钟开始一次周期为T的调参运行，以及之后采用周期性时间T调参运行过程中，参数P_上下随时间的变化情况示意图。

图2是本发明所述的在进行环空动液面修正的周期性调参时间T前后的扭矩P_上下变化趋势示意图，从该图能够确定，在周期性调参时间T前后的扭矩P_上下几乎没有变化。

图3是具体实施方式九所述的一种实现本申请所述的一种用电参数测量抽油机井环空动液面及工况诊断方法的外挂式抽油机井变参数计量诊断装置的电气原理示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、本实施方是所述的一种基于电参数的抽油机井环空动液面测量方法的过程为：

在抽油机正常工作过程中高速实时采集抽油机井的电参数，进而根据所述电参数计算获得对应的抽油机的净扭矩，数据采集速度大于或等于20次/秒，同时，确定抽油机曲柄运行至对应抽油机上死点的时刻以及下死点的时刻；

对抽油机井进行调参，具体为控制抽油机井的冲次由正常运行的N转换到调参之后的N₁，N₁≠N并持续运行时间T，然后再次恢复到正常运行的冲次N；所述时间T为2-5分钟；

通过实时采集的数据，对调参之前的连续多个冲次的上下冲程的净扭矩进行叠加处理，获得上下冲程叠加扭矩P_1上下，

通过实时采集的数据，对调参之后的前1-2分钟内的连续多个冲次的上下冲程的净扭矩进行叠加处理，获得上下冲程叠加扭矩P_2上下；

根据上述获得的P_1上下和P_2上下获得系数K₁，

当N₁<N时，系数K₁＝P_1上下-NP_2上下/N₁；

当N₁>N时，K₁＝P_2上下-N₁P_1上下/N；

通过实时采集的数据，对调参之后的最后1分钟内的连续多个冲次的上下冲程的净扭矩叠加处理，获得上下冲程叠加扭矩P_3上下；

通过实时采集的数据，对恢复正常运行之后的连续多个冲次的上下冲程的净扭矩叠加处理，获得上下冲程叠加扭矩P_4上下；

根据上述获得的P_3上下和P_4上下获得系数K₂；

当N₁<N时，则有：K₂＝P_4上下-NP_3上下/N₁，

当N₁>N时，则有：K₂＝P_3上下-N₁P_4上下/N；

进而获得环空动液面修正系数K＝(K₁+K₂)/2；

然后，采用上述修正系数K对环空动液面数学模型进行修正，

步骤二、根据正常运行状态下测量获得的连续多个冲次的上下冲程的净扭矩叠加处理，获得上下冲程叠加扭矩P_上下，根据P_上下以及修正后的数学模型获得环空动液面HY。

环空动液面HY的单位是米，表示抽油机井在生产过程中，油井产出液的环空液面距离地面的距离。

本实施方式所述的抽油机的净扭矩，一般等于抽油机的减速器输出轴的扭矩，它是抽油机曲柄与井口悬点载荷在减速器输出轴上叠加所得的净扭矩(曲柄平衡块与井口悬点载荷在减速器输出轴上叠加所得的净扭矩与电机输入端电参数有功功率有对应关系)。

上述抽油机的净扭矩根据所述电机输入端有功功率P_g计算获得抽油机的净扭矩，可以根据公式9550×P_g/N计算获得。

电机输出轴扭矩M1与电机转速n有关，M1＝9550×P_g/n；该电机输出扭矩M1转换至减速器输出轴扭矩：M1×n/N，减速器输出轴扭矩即为抽油机的净扭矩P，因此有：P＝9550×P_g/N。

本实施方式所述的连续多个冲次的选择，可以根据现场情况选择，例如：可以选择固定时间内连续多个冲次，也可以选择固定数值。例如：选择一分钟内的连续冲次，选择5次、10次等等均可，一般选择次数的时候，选择大于3次。

本实施方式中，确定抽油机曲柄运行至对应抽油机上死点的时刻以及下死点的时刻的目的，是为了准确的确定一个冲次的时间起点和结束点，进而分解每个冲程中上冲程的数据和下冲程的数据。确定上死点和下死点的时刻的方法，可以采用霍尔传感器等方法实现。

本实施方式所述的方法，在测量环空动液面之前，先通过调参获得环空动液面地数学模型中的修正系数K，然后将该修正系数K代入环空动液面数学模型中对该数学模型进行修正，然后根据修正后的环空动液面数学模型获得环空动液面。在实际的操作过程中，可以在测量环空动液面的过程中不断地对数学模型进行修正，进而提高了测量精度。本实施方式中，调参运行的时间T很短，因此，在调参之后再恢复到原频率运行时，环空动液面会几乎没有变化，不会影响抽油机井的正常工作，即：不会降低抽油机井的工作效率。

具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式二所述的一种基于电参数的抽油机井环空动液面测量方法的进一步限定，本实施方式中，步骤二所述的获得环空动液面HY的方法是根据公式

获得，其中：Y表示在冲次为N时抽油机井电机输入端至井口悬点的机械传动效率，称作扭矩因数或扭矩因子，所述扭矩因数或扭矩因子为抽油机传动的技术参数，一般取决于抽油机的几何尺寸和曲柄转角θ，即单位悬点载荷力在曲柄上所产生的扭矩，上述公式中的扭矩因数或扭矩因子为采集获得P_上下过程对应的所对应上冲程扭矩因数或扭矩因子F_p表示抽油机井的抽油柱塞的截面面积，一般可根据公式F_p＝3.14×D×D/4获得，参数D表示抽油泵的泵径。

具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式二所述的一种基于电参数的抽油机井环空动液面测量方法的进一步限定，本实施方式中，在测量获得环空动液面的时候，还包括计算获得井口悬点的加速度a的步骤，然后根据加速度a计算公式：

HY＝HY/(1+a)

对获得的环空动液面进行修正，获得最终的环空动液面HY。

本实施方式增加采用加速度参数来对环空动液面进行修整，即：在测量环空动液面的过程中考虑了实际工作状态下环空动液面的加速度对测量结果的影响，进而消除环空动液面的加速度对测量结果的影响，使得测量结果更精确。

所述加速度a可以根据公式a＝S×N²/1790求得，所述S为抽油机光杆冲程，N为抽油机光杆冲次数。

具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于电参数的抽油机井环空动液面测量方法的进一步限定，本实施方式中，所述连续多个冲次的上下冲程叠加扭矩P_上下是根据每个冲次的上下冲程叠加扭矩求平均值获得的，所述每个冲次的上下冲程叠加扭矩指将该冲次内的上冲程过程中的所有净扭矩的平均值和下冲程过程中的所有净扭矩的平均值进行叠加处理获得的。

在减速器输出轴，曲柄平衡块扭矩作用与纯抽油杆扭矩作用方向相反，并且各自如曲柄平衡块扭矩(或纯抽油杆扭矩)：在上冲程的扭矩作用和下冲程的扭矩作用的方向相反，因此上冲程的净扭矩和下冲程的净扭矩相互叠加时采用相加运算，达到消除曲柄平衡块扭矩与纯抽油杆扭矩作用，叠加后的扭矩只与井口悬点动液面作用在抽油泵柱塞上的力有关，进而实现准确测量环空动液面的目的。

抽油机曲柄运行至对应抽油机井口下死点(曲柄运行角度为0°或360°)，抽油机曲柄运行至对应抽油机井口上死点(曲柄运行角度为180°)，由下死点运行至上死点的过程为上冲程，由上死点运行至下死点的过程为下冲程。

举例说明所述连续多个冲次的上下冲程叠加扭矩P_上下的求取过程,以及具体实施方式二所述的公式中的扭矩因数或扭矩因子的求取过程。而假设要求取连续m个冲次的上下冲程叠加扭矩P_上下及对应的扭矩因数

第一冲次的上冲程采集的净扭矩数据为X₁、X₂、X₃、…X_n，则该冲次内的上冲程所有净扭矩的平均值P_1上为：(X₁+X₂+X₃+…+X_n)/n；

第一冲次的上冲程与数据采集同时对应计算得到的扭矩因数为Z₁、Z₂、Z₃、…Z_n，则该冲次内的上冲程所有扭矩因数的平均值为：(Z₁+Z₂+Z₃+…+Z_n)/n；

第一冲次的下冲程采集的净扭矩数据为Y₁、Y₂、Y₃、…Y_n，则该冲次内的下冲程所有净扭矩的平均值P_1下为：(Y₁+Y₂+Y₃+…+Y_n)/n；

下冲程抽油机液柱卸载过程，与动液面作用无关，因此不需要参与计算(即假设才没作用)，液柱加载与动液面有关，上下冲程叠加扭矩叠加处理后只与动液面有关，除以与动液面有关的上冲程扭矩因数进行后续计算动液面。

该冲次的上下冲程叠加扭矩P_1上下为：P_1上+P_1下；对应的扭矩因数为上下冲程对应扭矩因数的和，由于下冲程扭矩因数为零，因此其值等于上冲程的扭矩因数依次类推求取第二个冲次的上下冲程叠加扭矩P_2上下、扭矩因数第三个冲次的上下冲程叠加扭矩P_3上下、扭矩因数……、第m个冲次的上下冲程叠加扭矩P_m上下、扭矩因数

多个冲次的上下冲程叠加扭矩P_上下为：(P_1上下+P_2上下+P_3上下+…+P_m上下)/m，同样有多个冲次的扭矩因数为：

在实际操作过程中，为了加快数据处理速度，可以减少数据处理量，如：可以对上冲程和下冲程所采集的数据中的中间区域的数据进行叠加处理，仍可以获得很好的技术效果。例如；选择上冲程采集数据集中间区域的十分之一至二分之一的数据，与下冲程采集数据集的中间区间的十分之一至二分之一的数据进行叠加处理。

例如：第一个冲次的上冲程采集的数据集为X₁、X₂、X₃、…X_n，下冲程采集的数据为Y₁、Y₂、Y₃、…Y_n，扭矩因数为Z₁、Z₂、Z₃、…Z_n，则在求取上冲程所有净扭矩的平均值P_1上的时候仅仅根据X_n/4、X_n/4+1、X_n/4+2、…X_3n/4进行计算获得，同时求取扭矩因数时也仅仅根据Z_n/4、Z_n/4+1、Z_n/4+2、…Z_3/n；求取下冲程所有净扭矩的平均值P_1下的时候仅仅根据Y_n/4、Y_n/4+1、Y_n/4+2、…Y_3n/4进行计算获得。

前面仅是举例说明数据选择的原则，如果n/4、3n/4不是整数，则选择邻近的整数即可。上述处理过程，针对每个冲次的数据处理量均减少了二分之一，大大减少了数据处理量，明显的提高了数据处理过程。

采用上述选择部分数据进行处理获得上下冲程叠加扭矩P_上下和对应的扭矩因数在保证测量结果准确度的前提下，能够大大减少数据处理量，提高运算速度。

扭矩因数计算相关公式及变量：

A─游梁前臂长度，等于悬挂光杆的驴头弧面半径与钢丝绳半径之和，单位m；

C─游梁后臂长度，等于游梁支撑中心到横梁轴承中心的距离，单位m(双驴头型游梁后臂长度等于游梁支撑中心到柔性件与后驴头切点的距离)；

P─连杆长度，等于横梁轴承中心到曲柄销轴承中心的距离，单位m(双驴头型连杆长度等于柔性件与后驴头切点到曲柄销轴承中心的距离)；

R─曲柄半径，等于减速器输出轴中心到曲柄销轴承中心的距离，单位m；

K_极─极距，等于减速器输出轴中心到游梁支撑中心的距离，单位m；

H─游梁支撑中心到底座底部的高度，单位m；

I─游梁支撑中心到减速器输出轴中心的水平距离，单位m；

J─曲柄销轴承中心到游梁支撑中心的距离，单位m；

G─减速器输出轴中心线到底座底部的高度，单位m；

φ─常规型和异相型及双驴头型游梁式抽油机等于K_极与曲柄中心线在时钟的12点钟位置时的夹角，前置型和气平衡游梁式抽油机等于K_极与曲柄中心线在时钟6点钟位置时的夹角，单位°；

θ─曲柄角，单位°，(观察时，井口在右侧，常规型和异相型及双驴头型游梁式抽油机为曲柄中心线从时钟的12点钟位置开始，按顺时针方向的旋转角；气平衡游梁式抽油机为曲柄中心线从时钟的6点钟位置开始，按顺时针方向的旋转角；前置型游梁式抽油机为曲柄中心线从时钟的6点钟位置开始，按逆时针方向的旋转角)；

β─C和P之间的夹角，单位°；

α─P和R之间的夹角，单位°；

γ─前置型游梁式抽油机曲柄平衡重的重臂端中心线与曲柄中心线的偏移角，单位°；

τ─异相型游梁式抽油机曲柄平衡重重心与旋转中心连线与曲柄中心线的偏移角，单位°；

ψ─C和K_极之间的夹角，单位°；

χ─C和J之间的夹角，单位°；

ρ─K_极和J之间的夹角，C，J在K_极的两侧为正值，在K_极的同侧为负值，单位°；

几何关系计算式：

常规型游梁式抽油机几何关系计算式

$\mathrm{\&phi;}=arctg\left(\frac{I}{H-G}\right)---\left(1\right)$

J²＝K_极 ²+R²-2K_极R·Cos(θ-φ)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(2)

$\mathrm{\&beta;}=arcCos\left(\frac{C^2+P^2-J^2}{2CP}\right)---\left(3\right)$

$\mathrm{\&chi;}=arcCos\left(\frac{C^2+J^2-P^2}{2CJ}\right)---\left(4\right)$

$\mathrm{\&rho;}=arcSin\left(\frac{R\&CenterDot;Sin(\mathrm{\&theta;}-\mathrm{\&phi;})}{J}\right)---\left(5\right)$

注：当sinρ为负值时，ρ为负值。

ψ＝χ-ρ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(6)

α＝β+ψ-(θ-φ)┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(7)

扭矩因数计算式：

$\stackrel{\&OverBar;}{TF}=\frac{A}{C}R\frac{Sin\mathrm{\&alpha;}}{Sin\mathrm{\&beta;}}---\left(8\right)$

上述内容记载在标准：SY/T5044-2000游梁式抽油机中。

具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于电参数的抽油机井环空动液面测量方法的进一步限定，本实施方式中，控制抽油机井的冲次由正常运行的N转换到调参之后的N₁的方法为：通过调整抽油机井的驱动电机的频率实现。

电机控制技术领域中，变频控制技术是比较成熟的技术，采用变频技术控制电机的转速，能够达到快速稳定的效果。

具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式四所述的一种基于电参数的抽油机井环空动液面测量方法的进一步限定，本实施方式中，

调整抽油机井的驱动电机的频率的方法采用下述任意一种方法实现：

第一种：自动调频；第二种：人机配合手动调频率；调参后运行时间T后，再恢复到原运行状态运行。

具体实施方式七、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于电参数的抽油机井环空动液面测量方法的进一步限定，本实施方式中，所述调参之后的冲次N₁小于或等于1.5N。

具体实施方式八、本实施方式所述的是一种抽油机井工况诊断的方法，该诊断方法是基于具体实施方式一至七任意一个实施方式所述的一种基于电参数的抽油机井环空动液面测量方法实现的，所述诊断方法为：

首先，采用具体实施方式一至七任意一个实施方式所述的一种基于电参数的抽油机井环空动液面测量方法，在抽油机井正常工作状态下，连续测量获得环空动液面HY；

然后，根据连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY对抽油机井的工况诊断：

如果连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY均大于200米，并且泵挂高度HH与环空动液面HY的差值大于200米，则判定抽油机机的工况运行参数正常；

如果连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY均小于或等于200米，则判定抽油机井的井工况运行参数偏低；

如果连续60分钟测量获得的泵挂高度HH与环空动液面HY的差均小于或等于200米，则判定抽油机井的井工况运行参数偏高。

具体实施方式九、参见图3说明本实施方式。本实施方式所述的是实现本申请所述的一种用电参数测量抽油机井环空动液面及工况诊断方法的一种装置，该装置为一种外挂式抽油机井变参数计量诊断装置，该装置包括电源，断路器3P用于将外部接入的三相电源信号L1、L2和L3连接至变送器的三个电压信号检测端Va、Vb和Vc，在所述三相电源信号L1、L2和L3的任意两根供电电源导线上分别套有一个电流互感器，该两个电流互感器分别用于检测两相供电电源线中的电流信号，并将检测获得的电流信号发送给变送器的两个电流信号检测端IC+、IC-和IA+、IA-。该变送器将输入的电压信号和电流信号转换获得有功功率信号、电流信号和电压信号，并发送给单片机。断路器3P的一个输出端与供电电源的零线通过EMI滤波器滤波后输出220V供电电源给变送器和24V开关电源提供输入的工作电源，所述的24V开关电源的输出端通过220V继电器的开关与单片机电路的供电电源输入端连接，霍尔传感器和油压套压压力变送器的信号输出端分别连接单片机的传感器信号输入端。

该装置为外挂式，体积比较小，在实际应用中需要安装在现场附近，便于和现场的变频柜连接，本装置中的断路器3P就是与现场变频柜的三相供电电源L1,L2,L3连接的，所述EMI滤波器需要从现场变频柜连接地线(N)，所述220V继电器需要从现场变频柜连接控制灯123和111，所述单片机需要从现场变频器连接485通讯线(485+，485-)，电流互感器安装在现场变频柜中，其信号输出端连接到所述的变送器上。单片机的信号输入端子H+和H-用于接收霍尔传感器的输入信号。单片机的PY+、PY-用于接收油压传感器输出的油压信号，单片机的PT+、PT-用于接收套压传感器输出的套压信号。

本实施方式仅仅是一种能够实现本申请所述的用电参数测量抽油机井环空动液面及工况诊断方法的一种具体外挂式抽油机井变参数计量诊断装置的电气原理示意图。实现本申请所述的方法的装置不局限于该种装置的结构，还可以采用其他装置实现。

Claims (8)

1.一种用电参数测量抽油机井环空动液面的方法，其特征在于，该方法的过程为：

在抽油机正常工作过程中高速实时采集抽油机井的电参数，进而根据所述电参数计算获得对应的抽油机的净扭矩，数据采集速度大于或等于20次/秒，同时，确定抽油机曲柄运行至对应抽油机上死点的时刻以及下死点的时刻；

步骤一、在需要测量工况参数的时候，首先进行系数修正：

对抽油机井进行调参，具体为控制抽油机井的冲次由正常运行的N转换到调参之后的N₁，N₁≠N并持续运行时间T，然后再次恢复到正常运行的冲次N；所述时间T为2-5分钟；

通过实时采集的数据，对调参之前的连续多个冲次的上下冲程的净扭矩进行叠加处理，获得上下冲程扭矩P_1上下，

通过实时采集的数据，对调参之后的前1-2分钟内的连续多个冲次的上下冲程的净扭矩进行叠加处理，获得上下冲程扭矩P_2上下；

根据上述获得的P_1上下和P_2上下获得系数K₁，

当N₁<N时，系数K₁＝P_1上下-NP_2上下/N₁；

当N₁>N时，K₁＝P_2上下-N₁P_1上下/N；

通过实时采集的数据，对调参之后的最后1分钟内的连续多个冲次的上下冲程的净扭矩叠加处理，获得上下冲程扭矩P_3上下；

通过实时采集的数据，对恢复正常运行之后的连续多个冲次的上下冲程的净扭矩叠加处理，获得上下冲程扭矩P_4上下；

根据上述获得的P_3上下和P_4上下获得系数K₂；

当N₁<N时，则有：K₂＝P_4上下-NP_3上下/N₁，

当N₁>N时，则有：K₂＝P_3上下-N₁P_4上下/N；

进而获得环空动液面修正系数K＝(K₁+K₂)/2；

然后，采用上述修正系数K对环空动液面数学模型进行修正，

步骤二、根据正常运行状态下测量获得的连续多个冲次的上下冲程的净扭矩相加叠加处理，获得上下冲程扭矩P_上下，根据P_上下以及修正后的数学模型获得环空动液面HY。

2.根据权利要求1所述的一种用电参数测量抽油机井环空动液面的方法，其特征在于步骤二所述的根据P_上下以及修正后的数学模型获得环空动液面HY的公式是：

其中：Y表示在冲次为N时抽油机井电机输入端至井口悬点的机械传动效率，称作扭矩因数或扭矩因子，F_p表示抽油机井的抽油柱塞的截面面积。

3.根据权利要求2所述的一种用电参数测量抽油机井环空动液面的方法，其特征在于在测量获得环空动液面的时候，井口悬点加速度a，根据加速度a计算公式：a＝S×N²/1790计算获得，所述S为抽油机光杆冲程，N为抽油机光杆冲次数；

使用公式HY＝HY/(1+a)

对获得的环空动液面进行修正，获得最终的环空动液面HY。

4.根据权利要求1所述的一种用电参数测量抽油机井环空动液面的方法，其特征在于，每个冲次的上下冲程扭矩是根据该冲次内的上冲程过程中的净扭矩P_上和下冲程过程中的净扭矩P_下进行叠加处理获得P_上下。

5.根据权利要求1所述的一种用电参数测量抽油机井环空动液面的方法，其特征在于，控制抽油机井的冲次由正常运行的N转换到调参之后的N₁的方法为：通过调整抽油机井的驱动电机的频率实现。

6.根据权利要求5所述的一种用电参数测量抽油机井环空动液面的方法，其特征在于，调整抽油机井的驱动电机的频率的方法采用下述任意一种方法实现：第一种：自动调频；第二种：人机配合手动调频率；调参后运行时间T后，再恢复到原运行状态运行。

7.根据权利要求1所述的一种用电参数测量抽油机井环空动液面的方法，其特征在于，所述调参之后的冲次N₁小于或等于1.5N。

8.抽油机井工况诊断的方法，其特征在于，该诊断方法为：

首先，在抽油机井正常工作状态下，通过使用如权利要求1至7中任意一项所述的用电参数测量抽油机井环空动液面的方法，连续测量获得环空动液面HY；

然后，根据连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY对抽油机井的工况诊断：

如果连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY均大于200米，并且泵挂高度HH与环空动液面HY的差值大于200米，则判定抽油机机的工况运行参数正常；

如果连续60分钟之内测量获得的环空动液面HY均小于或等于200米，则判定抽油机井的井工况运行参数偏低；

如果连续60分钟测量获得的泵挂高度HH与环空动液面HY的差均小于或等于200米，则判定抽油机井的井工况运行参数偏高。