CN104793571A - 一种抽油机井综合测控方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抽油机井综合测控方法及装置，所述方法包括：抽油机运行在下冲程，抽油杆卸载完成，停抽油机，保持悬点静止，控制单元读取当前悬点载荷值F_杆油；抽油机运行在上冲程，抽油杆完成加载且柱塞下面充满液体，停抽油机，保持悬点静止，控制单元读取当前悬点载荷值F_静上，油管压力值P_回压。上述方案中，通过在抽油机运行的特殊点定位停车并保持，测量悬点载荷，得到上冲程静载荷和抽油杆在油中的重力。利用这两个参数计算出液体密度、含水和动液面，提高了抽油机综合测控的准确率和检测速度，并且无需工作人员进行测量，从而实现对抽油机关键参数快速实时在线测量。

Description

一种抽油机井综合测控方法及装置

 

技术领域

本发明涉及采油自动化测量控制技术领域，特别是指一种抽油机井综合测控方法及装置。

背景技术

石油生产过程中，抽油井的动液面、含水是油井日常生产中必须知道的数据，由于技术原因，一般都是人工测量。

针对含水的测量一般利用人工定时在油管取样点采取液体样本，然后送实验室分析一天检验一次。针对动液面的测量通常采用回声法，利用主动声源来产生超声波或次声波，通过液面对声波的反射来测液位。但在线超声波回声测量设备复杂、体积大、安装复杂、成本高。若在线用回声法测量，对于液面深的井，必须配大功率声源，设备制造成本和难度更高，工作在野外环境，维护成本高，复杂，稳定性差。

另一种是目前探索中的功图法。

功图法测动液位的方法是：从功图中，取得某位置的悬点载荷，再将该载荷分解出上冲程静载荷和抽油杆在油中的重力，不考虑油管回压，悬点上冲程静载荷减去抽油杆在油中的重力等于动液面高度液体重量作用在柱塞上的力。

                                                                

若知道上冲程静载荷F静上、抽油杆在液体中的重量F杆油，液体密度ρ油，柱塞面积S就可以计算出动液面。这四个参数中，只要不更换油泵，柱塞面积就是不变的，是可知的。其它叁个参数：上冲程静载荷F静上、抽油杆在液体中的重力F杆油和液体密度ρ油的获得都有技术难度。

1)      从悬点载荷中分解出上冲程静载荷F静上。悬点载荷是各种力的合成，是动态的。静载荷只是作用到悬点载荷处的各种分力之一。其他分力包括惯性载荷、摩擦力，弹性力。惯性力是液柱重和抽油杆重变速运行产生的，随悬点运行的加速度变化，大小和方向都在变化。抽油杆长度从几百米到几千米，随着载荷的变化，运行过程中会产生弹性变化，该弹性力大小和方向是实时变化的，几乎无法测量；摩擦力是液柱运动时和抽油杆、油管、游动阀之间摩擦产生的，方向永远同液柱运行方向相反。大小受液体黏度、液体含水、含蜡因素影响，也是实时变化的，几乎不可测的。因此在运动中分解出上冲程静载荷是不可能的；

2)      从悬点载荷中分解出抽油杆重F杆油：同上，在运动中从悬点载荷中分解，也是不可能的；

3)      液体密度ρ油：液体的密度随着含水、气、蜡的诸多原因，是一直变化的，不是一个常数。

目前为止，都未见详细、可实现的测量液位和含水的方法。尤其没有详细论述从功图中分解出上冲程静载荷和抽油杆在液体中的重力方法，更没有如何消除惯性力、弹性力、摩擦力影响的具体方法。没有这两个分力，是无法通过功图计算液位的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种抽油机井综合测控方法及装置，能够自动对抽油机井进行综合测控，从而实现对抽油机各项参数快速实时的检测。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种抽油机综合测控装置，所述装置包括：控制单元、角度传感器、无线手持终端、无线Hub，电动抱闸、接触器KM1、KM2、KM3、变频器和断路器；

所述控制单元，用于采集角度传感器、电流互感器、电源电压、油压、套压、油温、载荷的信号；

所述控制单元，还用于控制接触器KM1、KM2、KM3和变频器来控制抽油机电动机的启动停止及运行速度；

所述控制单元，还用于控制电动抱闸保持抽油机光杆静止。

所述外部动力电源，用于经断路器、接触器KM1、KM2、KM3和变频器给抽油机电动机供电。

控制单元的动液面、液体密度、含水数据，经无线Hub传送到远方计算机，经无线手持终端在现场显示。

优选的，所述控制单元包括：

中央微处理系统、无线收发通道、天线、角度测量通道，ABZ脉冲信号接口、A、B、C三相电压、电流测量通道；

AI：载荷、油压、套压、油温、热线电流输入测量通道；

DI：启动、停止、变频/工频/复位转换命令输入通道；

DI：接触器KM1、KM2、KM3反馈触点输入通道；

DI：变频器运行停止、故障信号输入通道；

DI：电动抱闸位置反馈触点输入通道；

DO：控制接触器KM1、KM2、KM3线圈命令输出通道；

DO：电动抱闸命令输出通道；

DO：变频器启动停止、故障复位命令输出通道；

AO：变频频率设定输出通道、电加热功率设定输出通道；

变频器通讯接口中的至少一个。

优选的，所述无线手持终端包括：

中央微处理系统、显示屏、无线收发通道、内置天线、方向按键，确认按键、退出按键、删除按键、数字字母按键、小数点按键、连接符号按键、内部直流电源、电源开关按键、电池模块、电池充电回路和充电插孔中的至少一个。

优选的，所述无线Hub包括：中央微处理系统、无线收发通道、天线、上位机通信接口、内部直流电源中的至少一个。

优选的，所述电动抱闸包括：两根刹车动力臂、电磁机构、连杆、调节螺母、复位弹簧；

刹车动力臂连接于原刹车箍，电磁机构固定在一根刹车动力臂上，通过连杆和调节螺母同另一根刹车动力臂相连。电磁机构驱动连杆收缩，两根刹车动力臂相向移动，带动原刹车箍相向运动，产生刹车力矩；电磁机构驱动连杆伸长，两根刹车动力臂在复位弹簧作用下背向移动，带动原刹车箍背向运动，释放刹车。

本发明还提供一种抽油机综合测控方法，所述方法包括：

抽油机运行在下冲程，抽油杆卸载完成，停抽油机，保持悬点静止，控制单元读取当前悬点载荷值F_杆油；

抽油机运行在上冲程，抽油杆完成加载且柱塞下面充满液体，停抽油机，保持悬点静止，控制单元读取当前悬点载荷值F_静上，油管压力值P_回压；

所述控制单元利用下式计算液体密度ρ_油；

或 

其中，m_杆为抽油杆质量；f_杆为抽油杆截面积；L_杆为抽油杆在油中的长度；g为重力加速度；

所述控制单元利用下式计算油水混合物中水含量δ；

其中，为混合液体密度，为原油密度；

所述控制单元利用下式计算动液面H_动液面；

其中 , 为油管外油面到地面的距离，为抽油杆在液体中的重力，为悬点上程静载荷，为混合液体密度，为柱塞截面积。

本发明还提供一种抽油机综合测控方法，所述方法包括：

手持终端用显示井号列表的方法，告知当前可通讯的井；

当无线手持终端靠近所述控制单元时，无线手持终端在井号列表中添加控制单元控制的采油井井号；

当无线手持终端远离控制单元时，自动更新井号列表，剔出不在通讯范围的井号。

本发明还提供一种抽油机综合测控方法，所述方法包括：

远程计算机经无线Hub设定停车的冲程方向和距离下死点的距离，发定位停车命令，或在无线手持终端设定停车的冲程方向和距离下死点的距离，以及定位停车命令；

控制单元接收命令后，实时读取角度传感器的位移信号，当冲程方向和位置同设定一致时，分断接触器KM1或KM2、KM3及变频器，并控制电动抱闸刹车。

本发明还提供一种抽油机综合测控方法，所述方法包括：

每次启动时，若变频运行，则控制单元经变频频率设定输出通道，控制变频器以指定频率运行；

运行至少一个冲次，速度稳定后，控制单元根据角度传感器的信号，测量此时的冲次；

电机运行频率除以该冲次数，记为传动比并保存；

计算完成后，若变频运行，控制单元根据设定的冲次和测得的传动比，自动调整变频器到指定频率。

本发明还提供一种抽油机综合测控方法，所述方法包括：

在远程计算机上直接设定抽油机的冲次数和上下冲程速度比，经无线Hub传送给控制单元，或在无线手持终端上直接设定抽油机的冲次数和上下冲程速度比；

控制单元根据所述传动比，计算变频的频率，并经变频频率设定输出通道，控制变频器在不同冲程时，按指定频率运行，使抽油机冲次数和上下冲程速度比同设定值一致。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过在抽油机运行的特殊点定位停车并保持，测量悬点载荷，得到上冲程静载荷和抽油杆在油中的重力。利用这两个参数计算出液体密度、含水和动液面，提高了抽油机综合测控的准确率和检测速度，并且无需工作人员进行测量，从而实现对抽油机关键参数快速实时在线测量。

附图说明

图1为本发明的抽油机综合测控装置结构示意图；

图2为本发明的抽油机综合测控装置控制单元的结构示意图；

图3为本发明的抽油机综合测控装置无线手持终端的结构示意图；

图4为本发明的抽油机综合测控装置无线Hub的结构示意图；

图5为本发明的抽油机综合测控装置的无线网络示意图；

图6为本发明的抽油机综合测控装置电动抱闸的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一、定位停车测量法

功图是载荷相对位移的变化曲线，从功图中无法分解出特定分力。悬点载荷是由各种分力实时合成的。正常运动时，无法用数学的算法分解出特定的上冲程静载荷F_静上和抽油杆油中重F_杆油这两个分量。因此，必须采用综合措施，控制抽油机的运动，消除动态载荷的影响，以便准确分解出上冲程静载荷和抽油杆油中重力。

若抽油机不运动，处于静止状态，则某些分力是0。

1) 惯性力：惯性力大小和加速度平方成正比。停止状态下，加速度为0，因此惯性力为0；

2) 摩擦力：相对运动才有摩擦力，停止状态下，没有相对运动，摩擦力为0；

3) 弹性力：悬点停止运行，弹性力在阻尼作用下会逐渐减小，直到为0；

控制抽油机在某些位置停车并保持，然后测量悬点载荷，此时的悬点载荷等于特定分力。

抽油机运行在上冲程，抽油杆加载结束，油泵固定阀打开，游动阀关闭，此时停抽油机，并保持静止，则悬点载荷为上冲程静载荷F_静上；

               

抽油机运行在下冲程，抽油杆卸载完成，油泵游动阀打开，停抽油机并保持静止，则悬点载荷为抽油杆在油中的重力F_杆油。

           

由公式（2）可得：

            

如果抽油杆的截面积、密度和长度这些参数已知，则通过公式（4）可以直接解方程计算油管中液体的密度。

若只知道抽油杆的密度ρ_杆或质量m_杆，可以先实测一组抽油杆在液体中的重力和液体密度数据，液体密度通过实验分析测量，悬点载荷通过载荷传感器测量，计为 F_杆测、ρ_测 。带入公式(4)或（5）： 

只要不更换泵和抽油杆，则泵的截面积、抽油杆的质量、截面积、密度和长度这些参数是不随时间和工况变化的，将实测参数K₁带入公式(4)或(5)，测量抽油杆液体中重力，则可计算出液体密度。

若已知液体主要由石油和水两种物质组成，混合物的密度ρ_油，并已知石油密度为ρ2，水的密度为1.0g/cm3。则可以计算出混合液体中水的重量比δ：

                    

整理公式(1)

二、装置结构

为实现本文的综合测量控制方法，装置必须能检测悬点位置、控制抽油机启动停止、保持抽油机静止，能够测量悬点载荷、油管压力等参数，并计算后，远传或现场显示出来。以及满足用户使用的特殊功能。

装置结构如图1所示，由控制单元101、角度传感器102、无线手持终端103、无线Hub104、电动抱闸105、三相电流互感器106，以及接触器包括KM1、KM2、KM3、断路器107和变频器108组成。控制单元101采集角度传感器102、电流互感器、电源电压、油压、套压、油温、载荷的信号。控制单元101通过接触器KM1、KM2、KM3和变频器108控制抽油机电动机的启动停止及运行速度。控制单元通过电动抱闸105保持抽油机光杆静止。外部动力电源经断路器107、接触器KM1、KM2、KM3和变频器108给抽油机电动机供电。

控制单元101的动液面、液体密度、含水数据，经无线Hub104传送到远方计算机；经无线手持终端103在现场显示。

    控制单元101承担测量控制任务，并具有安全保护功能。无线手持终端103是现场人机界面。无线Hub104是数据的中转，是远程监控中心同控制单元通讯的桥梁，简化了远程监控中心对抽油机通讯控制。

三、    控制单元

控制单元是现场控制柜内的核心。具有模拟量测量、模拟量输出、脉冲信号输入、数字量输入、数字量输出能力。具有无线通讯能力。具有计算能力。中央微处理系统由MCU/DSP和外围设备组成。

控制单元结构如图2所示，由以下各部分构成。

1)      中央微处理系统；

2)      无线收发通道；

3)      天线；

4)      角度测量通道，ABZ脉冲信号接口；

5)      A、B、C三相电压、电流测量通道；

6)      AI：载荷、油压、套压、油温、热线电流输入测量通道；

7)      DI：启动、停止、变频/工频/复位转换命令输入通道；

8)      DI：接触器KM1、KM2、KM3反馈触点输入通道；

9)      DI：变频器运行停止、故障信号输入通道；

10) DI：电动抱闸位置反馈触点输入通道；

11) DO：控制接触器KM1、KM2、KM3线圈命令输出通道；

12) DO：电动抱闸命令输出通道；

13) DO：变频器启动停止、故障复位命令输出通道；

14) AO：变频频率设定输出通道、电加热功率设定输出通道；

15) 变频器通讯接口。

16) 内部直流电源：满足系统内多种电源的需求。

四、无线手持终端

所述无线手持终端结构如图3所示，由以下各部分组成：

1)      中央微处理系统：中央微处理系统由MCU/DSP和外围设备组成；

2)      显示屏；

3)      无线收发通道；

4)      内置天线

5)      方向按键4个（上下左右），OK按键、退出按键、删除按键；10个数字字母按键、小数点按键、连接符号按键；

6)      内部直流电源

7)      电源开关按键；

8)      电池模块；

9)      电池充电回路

10) 充电插孔

五、无线Hub

无线Hub结构如图4所示，由以下各部分组成：

1)      中央微处理系统：由MCU/DSP和外围设备组成；

2)      无线收发通道；

3)      天线；

4)      上位机通信接口： 一般该接口用于同另外一套远距离无线系统的通讯，也可接入上位机；

5)      内部直流电源。

 

六、无线通讯网络：

如果在相同空间和时间，出现相同频率的两个以上无线电波，则必然产生互相干扰。抽油机现场，几十米的空间，有很多口井同时工作，每口井都有一个控制单元，按任意顺序，可以标为第1口井…第N口井。手持无线手持终端的人，什么时间进入井场是随机的；无线Hub在某一时刻同哪口井通讯也是随机的。通讯网络要避免任何随机的时间，在井场出现相同频率的无线电波。

控制单元、无线手持终端、无线Hub采用图5所示的通讯方法。

控制单元和无线Hub组成一个网络，该网络采用频率f0通讯。无线Hub是主站，控制单元为从站。无线Hub按地址1到N，循环呼叫控制单元。控制单元一般处于接收状态，当有命令，让其发射数据时，才处于发射状态。发送完数据，返回接收状态。控制单元发射数据时，无线Hub处于接收状态。在这个网络中，任何时间，最多只有一个频率为f0的电波存在。

控制单元和无线手持终端组成另一个主从网络，无线手持终端是主站。该网络为每个控制单元分配一个专用频率fn。无线手持终端变换不同频率循环查询控制单元。控制单元一般处于接收状态，当有命令，让其发射数据时，才处于发射状态。发送完数据，返回接收状态。控制单元发射数据时，手持终端处于接收状态。在这个网络中，任何时间，最多只有一个频率为fn的电波存在。

只要fn和f0不相同，则在任意时间，都不会在同一空间出现频率相同的两个电波。

为了同时响应无线手持终端和无线Hub，控制单元以分时分频的方法在f0和fn之间跳频。

七、定位停车功能

从安全生产角度，如果长时间停抽，抽油机必须停在指定位置，不能随意停。这对出砂、出蜡井尤其重要，否则下次抽油机可能无法正常工作。现在一般都是人工到现场，按工艺要求人工停到指定位置，然后拉手刹，保持抽油机不动。本文的测量动液面、密度和含水的方法，也需要精确的定位停车，否则无法实现准确测量。定位停车命令含三个方面的内容：停车时冲程方向、停车位置和不同于立即停车的定位停车命令。一般停车位置，以下死点为参照点。

本文定位停车方法如下：

远程计算机经无线Hub设定停车的冲程方向和距离下死点的距离，发定位停车命令；或在无线手持终端设定停车的冲程方向和距离下死点的距离，以及定位停车命令。控制单元接受命令后，实时读取角度传感器的位移信号，当冲程方向和位置同设定一致时，立即停车，并控制电动抱闸刹车。

八、自动测量传动比

本文所说传动比，是指电动机频率和抽油机的冲次比值。

 

交流异步电动机经皮带轮，齿轮箱和四连杆机构带动抽油机。抽油机的冲次取决于电机的转速和传动机构的传动比。日常，抽油机电机的皮带轮是需要根据情况更换的。抽油机的传动比每次启动的时候，都可能不一样。无人值守井场，这个参数对抽油机的控制计算十分重要。

启动时，控制电动机按一个已知的频率运行，然后测量这个频率下的冲次数，计算出传动比。测量完成后，电机再按设定的冲次数乘以传动比，得电机运行频率，并将变频调整到计算的频率，保证抽油机冲次数和设定值一致。一个完整的测量过程是：电机启动，恒速运行至少两个冲次，再变速到正常速度。

采用如下方法实现传动比的自动测量：每次启动时，若变频运行，则控制单元经变频频率设定输出通道，控制变频器以指定频率f_test运行；工频运行时为工频频率，若电网频率为50hz，则f_test=50。运行至少两个冲次，速度稳定后，控制单元根据角度传感器的信号，测量此时的冲次n_test，则传动比λ=f_test/n_test。计算完成后，若变频运行，控制单元按设定的冲次，根据测得的传动比，自动调整变频器频率。

九、直接设定冲次和上下冲程速度比

现场带有变频器的抽油机，都是通过设定变频的频率来调整抽油机的冲次。一般，改变变频的频率需要人工打开现场控制柜手动调频率给定电位计。若有远程无线监控的，配置一定技术手段，比如PLC，可以远程改变变频器的频率。无论哪种方式，本质都是手动设定频率。站在生产的角度，生产人员想设定的是冲次，而不是电机频率。是因为不知道冲次和频率的关系，所以才试着给一个频率，然后测量冲次，再根据偏差，人工调整频率。对于要求上下冲程速度按比例运行的情况，靠手动改变频率根本不可能实现。因为，每个冲次都要在上死点和下死点时，改变频率，靠手动设定频率是根本不可能实现的。

本装置每次启动时，有一个自动测量传动比λ的过程，因而可以直接设定冲次和上下冲程速度比，并参照角度传感器的信号，自动改变变频器的频率。

采用如下方法实现抽油机运行速度的设定：在远程计算机上直接设定抽油机的冲次数和上下冲程速度比，经无线Hub传送给控制单元；或在无线手持终端上直接设定抽油机的冲次数和上下冲程速度比，控制单元根据每次启动时测得的传动比λ，计算变频的频率，并经变频频率设定输出通道，控制变频器在不同冲程时，按指定频率运行，控制抽油机冲次数和上下冲程速度比同设定值一致。

十、电动抱闸：

随着数字化油田推广和无人值守的需要，需要自动刹车装置。游梁式抽油机由于配重和抽油杆的不平衡，抽油机停车后，配重、驴头会不停的左右、上下摆动。这种自由摆动安全上是不允许的。一般在停车后，需人工拉动抽油机刹车把，经过传动拉紧刹车箍，保持抽油机静止不动。启动抽油机时，需要人工先释放刹车。如果启动、停车都需要人工到现场释放或拉动刹车，没有自动刹车，就不能实现真正的无人值守。按本文方法测量时，没有自动刹车配合，也无法实现测量。

游梁式抽油机设计制造时，只考虑了人工刹车。因此在现有抽油机上安装自动刹车，空间和安装位置都受限，都是困难的；同时又要考虑通用性、安装的工程量和难度，以及减少对原装置的改动，保留原手动刹车功能。

如图6所示，电动抱闸由延长的两根刹车动力臂601、电磁机构602、连杆603、调节螺母604、复位弹簧605组成。刹车动力臂连接于原刹车箍606，电磁机构固定在一根刹车动力臂上，通过连杆和调节螺母同另一根刹车动力臂相连。

在原有装置上，新增2个刹车动力臂，用螺栓固定在原刹车箍装手刹车连杆的穿孔位置。新增刹车动力臂留手刹车安装穿孔和自动刹车安装穿孔，可将原手刹车连杆移装到手刹车穿孔。在刹车动力臂上安装电磁机构，使电磁机构和刹车动力臂牢固安装在一起，电磁机构驱动的连杆穿过自动刹车穿孔，同另一个刹车动力臂的调节螺母相连。电磁机构得电时，电磁机构驱动连杆收缩，两根刹车动力臂相向移动，带动原刹车箍相向运动，产生刹车力矩；电磁机构失电时，电磁机构驱动连杆伸长，两根刹车动力臂在复位弹簧作用下背向移动，带动原刹车箍背向运动，释放刹车。调节螺母可以调节刹车动力臂的水平位移距离。选择不同电磁机构，也可以实现得电，电磁机构连杆伸长，释放刹车；失电，电磁机构连杆收缩，刹车。

十一、自动寻井功能

无线手持终端进入井场后，以不同的频率进行搜索附近的控制单元，可通信的控制单元将井号发送给手持终端，手持终端将井号显示在屏幕上。操作人员根据井号列表，掌握可以通信的井。井号列表实时更新，自动剔出不在通信范围的井。

如下方法显示同控制单元的通讯状态： 每个控制单元都对应一口采油井，每个采油井都有唯一的井号。在显示屏上，显示可通讯的井号列表；当井不在通讯范围时，自动更新井列表，剔出不在通讯范围的井。

测量计算过程举例

已知道抽油杆的密度为7.82g/cm³，油泵公称直径38.1mm，可计算柱塞截面积S=0.00114m²。

设电动机运行在工频状态，接触器KM1控制电动机的启动停止，接触器KM2、KM3主触点处于分断状态。

控制单元检测角度传感器的位置信号，判断抽油机运行在下冲程，抽油杆卸载完成，控制单元经接触器KM1线圈命令输出通道断开接触器KM1的线圈电源，接触器KM1主触点断开，抽油机电机断电停车，同时控制单元经电动抱闸命令输出通道给电磁机构上电，电磁机构驱动连杆收缩，抽油机刹车，保持悬点静止。控制单元测量载荷测量输入通道的悬点载荷为43KN。产出液体取样，实验室分析，测量泵排出液体当前密度为0.89g/cm³。根据公式（6），计算系数K1=(7820-890)/43000=0.16116。测量结束后，释放电动抱闸，接触器KM1闭合，电动机重新运行。

设在以后正常运行中，抽油杆卸载完成后，停抽油机，抱闸动作，保持悬点静止，测得悬点载荷为42.87KN。按公式（5）计算当前液体密度ρ_油=7820-0.16116*42870=911kg/m³。设液体为油水混合物，原油的密度为0.85g/cm³，按公式(8)，计算含水δ=(0.911-0.85)/(1.0-0.85)/0.911*100=-44.6。则含水为44.6%。

抽油机运行在上冲程，抽油杆加载结束，停抽油机，电动抱闸动作，保持悬点静止，测得悬点载荷为65KN，油管压力为0，根据公式(10) 计算动液面

H_动液面=(65000-42870)/911.0/0.00114/9.8=2174.36m

以上测量数据，经无线Hub传给远方监控系统，经无线手持终端在现场显示。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抽油机综合测控装置，其特征在于，所述装置包括：控制单元、角度传感器、无线手持终端、无线Hub，电动抱闸、接触器KM1、KM2、KM3、变频器和断路器；

所述控制单元，用于采集角度传感器、电流互感器、电源电压、油压、套压、油温、载荷的信号；

所述控制单元，还用于控制接触器KM1、KM2、KM3和变频器来控制抽油机电动机的启动停止及运行速度；

所述控制单元，还用于控制电动抱闸保持抽油机光杆静止；

所述外部动力电源，用于经断路器、接触器KM1、KM2、KM3和变频器给抽油机电动机供电；

控制单元的动液面、液体密度、含水数据，经无线Hub传送到远方计算机，经无线手持终端在现场显示。

2.根据权利要求1所述的抽油机综合测控装置，其特征在于，所述控制单元包括：

中央微处理系统、无线收发通道、天线、角度测量通道，ABZ脉冲信号接口、A、B、C三相电压、电流测量通道；

AI：载荷、油压、套压、油温、热线电流输入测量通道；

DI：启动、停止、变频/工频/复位转换命令输入通道；

DI：接触器KM1、KM2、KM3反馈触点输入通道；

DI：变频器运行停止、故障信号输入通道；

DI：电动抱闸位置反馈触点输入通道；

DO：控制接触器KM1、KM2、KM3线圈命令输出通道；

DO：电动抱闸命令输出通道；

DO：变频器启动停止、故障复位命令输出通道；

AO：变频频率设定输出通道、电加热功率设定输出通道；

变频器通讯接口中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的抽油机综合测控装置，其特征在于，所述无线手持终端包括：

中央微处理系统、显示屏、无线收发通道、内置天线、方向按键，确认按键、退出按键、删除按键、数字字母按键、小数点按键、连接符号按键、内部直流电源、电源开关按键、电池模块、电池充电回路和充电插孔中的至少一个。

4. 根据权利要求1所述的抽油机综合测控装置，其特征在于，所述无线Hub包括：中央微处理系统、无线收发通道、天线、上位机通信接口、内部直流电源中的至少一个。

5. 根据权利要求1所述的抽油机综合测控装置，其特征在于，所述电动抱闸包括：两根刹车动力臂、电磁机构、连杆、调节螺母、复位弹簧；

刹车动力臂连接于原刹车箍，电磁机构固定在一根刹车动力臂上，通过连杆和调节螺母同另一根刹车动力臂相连；

电磁机构驱动连杆收缩，两根刹车动力臂相向移动，带动原刹车箍相向运动，产生刹车力矩；电磁机构驱动连杆伸长，两根刹车动力臂在复位弹簧作用下背向移动，带动原刹车箍背向运动，释放刹车。

6.一种抽油机综合测控方法，其特征在于，所述方法包括：

抽油机运行在下冲程，抽油杆卸载完成，停抽油机，保持悬点静止，控制单元读取当前悬点载荷值F_杆油；

抽油机运行在上冲程，抽油杆完成加载且柱塞下面充满液体，停抽油机，保持悬点静止，控制单元读取当前悬点载荷值F_静上，油管压力值P_回压；

所述控制单元利用下式计算液体密度ρ_油；

或 

其中，m_杆为抽油杆质量；f_杆为抽油杆截面积；L_杆为抽油杆在油中的长度；g为重力加速度；

所述控制单元利用下式计算油水混合物中水含量δ；

其中，为混合液体密度，为原油密度；

所述控制单元利用下式计算动液面H_动液面；

其中 , 为油管外油面到地面的距离，为抽油杆在液体中的重力，为悬点上冲程静载荷，为混合液体密度，为柱塞截面积。

7.一种抽油机综合测控方法，其特征在于，所述方法包括：

手持终端用显示井号列表的方法，告知当前可通讯的井；

当无线手持终端靠近所述控制单元时，无线手持终端在井号列表中添加控制单元控制的采油井井号；

当无线手持终端远离控制单元时，自动更新井号列表，剔出不在通讯范围的井号。

8.一种抽油机综合测控方法，其特征在于，所述方法包括：

远程计算机经无线Hub设定停车的冲程方向和距离下死点的距离，发定位停车命令，或在无线手持终端设定停车的冲程方向和距离下死点的距离，以及定位停车命令；

控制单元接收命令后，实时读取角度传感器的位移信号，当冲程方向和位置同设定一致时，分断接触器KM1或KM2、KM3及变频器，并控制电动抱闸刹车。

9.一种抽油机综合测控方法，其特征在于，所述方法包括：

每次启动时，若变频运行，则控制单元经变频频率设定输出通道，控制变频器以指定频率运行；

运行至少一个冲次，速度稳定后，控制单元根据角度传感器的信号，测量此时的冲次；

电机运行频率除以该冲次数，记为传动比并保存；

计算完成后，若变频运行，控制单元根据设定的冲次和测得的传动比，自动调整变频器到指定频率。

10. 一种抽油机综合测控方法，其特征在于，所述方法包括：

在远程计算机上直接设定抽油机的冲次数和上下冲程速度比，经无线Hub传送给控制单元，或在无线手持终端上直接设定抽油机的冲次数和上下冲程速度比；

控制单元根据所述传动比，计算变频的频率，并经变频频率设定输出通道，控制变频器在不同冲程时，按指定频率运行，使抽油机冲次数和上下冲程速度比同设定值一致。