CN104570991A - 基于功图的抽油机调控方法 - Google Patents

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李红艳
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Abstract

本发明涉及一种基于功图的抽油机调控方法,包括以下步骤:实时采集抽油机井的生产参数,结合油井的泵挂、泵径、冲程、冲次、产液量参数,绘制出油井功图,并计算功图饱和度;对功图数据进行分析处理,绘制静载线,并利用动液面计算软件求得油井动液面数据;通过油井动液面数据确定油井的合理沉没度;通过计算机对油井实时生产参数进行分析计算,得出抽油机的合理运行参数,利用变频技术远程智能调节输出频率,改变抽油机电机的运行转速,从而实现油井工况的实时闭环调整。本发明调控方法主要用于优化抽油机运行参数,实时调整抽油机运行参数,实现闭环自动控制。

Description

基于功图的抽油机调控方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种油田开发抽油机调控方法,特别是涉及一种抽油机智能自动控制 方法。
背景技术
[0002] 在采油生产过程中,由于油井地下层位能量、供液量是一个动态变化的过程,如果 抽油机以固定的冲程、冲次运转,就会造成油井供液能力与泵的提升能力的不匹配,进而出 现泵效降低和浪费能源的问题。传统的抽油机调控方法是通过调节皮带轮和变速齿轮来调 节抽油机冲程、冲次以达到调整抽油机工作的机制,以使其满足油井的动态供液变化。变频 调速技术和调速电机的应用为抽油机冲次的实时动态调节提供了技术保证,目前形成了基 于该技术的多项抽油机调控技术,中国实用新型专利说明书CN201650237U中公开了一种 抽油机节能电控装置,该装置能实现开环控制,但不能实现闭环控制;在中国实用新型专利 说明书CN201802359U中公开了一种抽油机智能拖动装置,虽能实现闭环,但由于关键部位 传感器技术限制,限制了整体系统功能的发挥。
发明内容
[0003] 针对上述现有技术存在的缺陷,本发明要解决的技术问题是提供一种基于功图的 抽油机调控方法,通过对抽油机井示功图进行自动检测,实时准确地把握参数变化,合理控 制参数优化,实时调节抽油机采液能力,提高泵效,实现增产降耗。
[0004] 为解决上述技术问题,本发明基于功图的抽油机调控方法,包括以下步骤:
[0005] a.实时采集抽油机井的油压、套压、回压、温度、载荷、电压、电流生产参数,结合油 井的泵挂、泵径、冲程、冲次、产液量参数,绘制出油井功图,并计算功图饱和度;
[0006] b.对功图数据进行分析处理,绘制静载线,并利用动液面计算软件求得油井动液 面数据;
[0007] c.通过油井动液面数据确定油井的合理沉没度;
[0008] d.通过计算机对油井实时生产参数进行分析计算,得出抽油机的合理运行参数, 利用变频技术远程智能调节输出频率,改变抽油机电机的运行转速,从而实现油井工况的 实时闭环调整。
[0009] 与现有技术方案相比,本发明基于功图的抽油机调控方法有以下优点:
[0010] 1.优化抽油机运行参数,降低单井电能消耗。计算泵功图饱和度并以此作为油井 调控的被控变量,解决了油井闭环调控缺少被控变量的问题。抽油机泵功图饱和度反应泵 的工作效率,当抽油泵工作一个周期其功图越饱和,说明泵的工作效率越高,抽油机工作一 个冲程排出的液量也就越高,因此可以在维持单井产液量稳定的条件下提高抽油机系统效 率。
[0011] 2.实现闭环自动控制,实时调整抽油机运行参数。在抽油机自动化监测的基础上, 通过引用变频技术与功图、动液面计算技术相结合,实时采集抽油机工作参数,实时运算功 图数据,实时分析泵的工作状态和油井动液面深度,从而实时制定合理的工作参数,控制抽 油机长期稳定运行在高效状态。
附图说明
[0012] 图1为本发明示功图关系示意图。
具体实施方式
[0013] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
[0014] 如图1所示,抽油机井上行程由于游动阀关闭,固定阀打开,悬点静载荷主要包括 抽油杆在流体中的质量、活塞以上液柱质量、油管压力对活塞的作用力,减去沉没度液体对 活塞的反作用力,减去套管压力对活塞的反作用力。而下行程由于游动阀打开,固定阀关 闭,悬点静载荷只有抽油杆柱在流体中的质量。
[0015] 由此可以得出,上下静载之差,就是活塞以上液柱质量、油管压力对活塞的作用 力,减去沉没度液体对活塞的反作用力,减去套管压力对活塞的反作用力。故此,求出上下 静载之差,就可以计算出动液面。
[0016] 依据计算公式(1)和公式(2),需要输入单井的泵挂、泵径、油压、套压、静载等数 据。
[0017]
Figure CN104570991AD00041
[0018] X= ((A-C) + (D-B)) 1000/(APXPLXg) (2)
[0019] 式中PL------油管内流体密度,Kg/m3 ;
[0020] Lf------动液面,m;
[0021] Ap------柱塞面积,m2;
[0022] pt------油管压力,MPa;
[0023] pc------套管压力,MPa;
[0024] X------功图突变修正值;
[0025] A-----前一次功图的最大载荷值,KN;
[0026] B-----前一次功图的最小载荷值,KN;
[0027] C-----第一次测量功图的最大载荷值,KN;
[0028] D-----第一次测量功图的最小载荷值,KN;
[0029] E-----第一次测量功图的最大静载荷值,KN ;
[0030] F-----第一次测量功图的最小静载荷值,KN ;
[0031] ffsu-----新测功图的最大载荷值,KN ;
[0032] ffsd-----新测功图的最大载荷值,KN。
[0033] 公式的a为斜率修正项,用来补偿传感器的灵敏度,正常时可设为1,b为截距项, 用来补偿传感器的零点漂移,正常时可设0,X为井况修正值,功图不发生剧烈突变时,设为 0〇
[0034] 本发明是基于对油井功图的分析,得出抽油机运行的合理参数,从而使抽油机运 行中的电能消耗和油井产液量达到一个合理的平衡状态。
[0035] 本发明包括四个步骤:第一步是实时采集抽油机井的油压、套压、回压、温度、载 荷、电压、电流生产参数,结合油井的泵挂、泵径、冲程、冲次、产液量参数,绘制出油井功图, 并计算功图饱和度;第二步是对功图数据进行分析处理,绘制静载线,并利用动液面计算软 件求得油井动液面数据;第三步是通过油井动液面数据确定油井的合理沉没度;第四步是 通过计算机对油井实时生产参数进行分析计算,得出抽油机的合理运行参数,利用变频技 术远程智能调节输出频率,改变抽油机电机的运行转速,从而实现油井工况的实时闭环调 整。
[0036]第一步的实现方法:
[0037] 1.测量油井油压、套压、回压、油温、三相电压、三相电流、悬点载荷参数。测量油 压、套压、回压采用压力传感器;测量温度采用温度传感器;测量三相电压、电流采用电压 互感器和电流互感器;测量抽油机悬点载荷采用载荷传感器;
[0038] 2.利用测得的悬点载荷和位移与时间的变化规律绘制地面示功图;
[0039] 3.求解抽油杆柱振动的波动方程,求出井下泵入口处载荷与位移的时间关系即油 井功图;
[0040] 4.通过识别功图获得泵的有效冲程体积,得出泵充满度,油井泵充满度近似于泵 有效冲程与泵活塞环形空间体积的乘积。
[0041] 第二步的实现方法:
[0042] 1.读取功图数据,并进行分析处理;
[0043] 2.绘制静载线,并利用动液面计算软件求得油井动液面数据;
[0044] 3.进行静载比较,计算出动液面值。
[0045] 第三步的实现方法:
[0046] 1.软件计算动液面与测量动液面进行对比;
[0047] 2.确定油井的合理沉没度。
[0048]根据统计数据,发现在相同的沉没度下,泵效随含水的变化而变化。当含水大于 80%时,保持200-300m的沉没度较合理。当含水小于80%时沉没度范围为300-400m较合 理。
[0049]第四步的实现方法:
[0050] 1.在抽油机井口安装抽油机远程控制柜,柜内含变频器、RTU、通讯模块及多功能 控制模块;
[0051] 2.通过通讯模块将RTU采集的数据实时发送至服务器;
[0052] 3.计算机后台软件对油井实时生产参数进行分析计算,并将分析得出的抽油机合 理运行参数反馈至通讯模块,多功能控制模块对变频器输出频率进行实时调节,从而实现 对抽油机电机的运行转速的调节,进而实现油井工况的实时闭环调整。
[0053] 4.经过这样不断计算--反馈--调节的闭环过程,变频器会调节它的输出频 率,改变抽油机的运转参数,从而实现抽油机在线优化控制。
[0054] 下面是该抽油机调控方法的一种实施方式:在油井的井口安装以下设备:
[0055] 1.压力传感器三个。分别用于测量油井油压、套压、回压,安装位置可选定在采油 树对应的位置。
[0056] 2.温度传感器一个。用于测量油井出液温度。
[0057] 3.电压互感器以及电流互感器各三个。安装在抽油机控制柜中,用于测量抽油机 三相电压和三相电流的数值。
[0058] 4.载荷传感器一个。安装在抽油机悬点处,用于测量抽油机悬点载荷。
[0059] 5.抽油机远传控制柜一台。用于输出变化频率的电压控制抽油机电机转速。
[0060] 采集到的抽油机运行参数自动存储在服务器数据库中。
[0061] 调控过程:远程监控终端(RTU)将实时监测的抽油机工作参数传输至服务器,月艮 务器内置软件根据油井参数计算出当前状态下示功图饱和度和动液面值,进而确定变频器 输出频率,由远程监控终端(RTU)控制变频器输出。经过这样不断计算--反馈--调节 的闭环过程,变频器会调节它的输出频率,改变抽油机的运转参数(冲次),从而实现抽油机 在线优化控制。

Claims (1)

1. 一种基于功图的抽油机调控方法,其特征是,所述方法包括以下步骤: a. 实时采集抽油机井的油压、套压、回压、温度、载荷、电压、电流生产参数,结合油井的 泵挂、泵径、冲程、冲次、产液量参数,绘制出油井功图,并计算功图饱和度; b. 对功图数据进行分析处理,绘制静载线,并利用动液面计算软件求得油井动液面数 据; c. 通过油井动液面数据确定油井的合理沉没度; d. 通过计算机对油井实时生产参数进行分析计算,得出抽油机的合理运行参数,利用 变频技术远程智能调节输出频率,改变抽油机电机的运行转速,从而实现油井工况的实时 闭环调整。
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