CN104929616B - 一种面向游梁式抽油机的示功仪数据采集自适应方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向游梁式抽油机的示功仪数据采集自适应方法，包括以下步骤：游梁式抽油机在上电或复位启动后，自动进行加速度传感器数据采集；根据加速度传感器数据获得抽油机的冲次；根据抽油机冲次动态设置示功仪加速度传感器、载荷传感器采样间隔；根据加速度传感器数据设置下死点阈值、上死点阈值。本发明根据学习而设置的示功仪加速度传感器、载荷传感器采样间隔，可降低能耗开销。

Description

一种面向游梁式抽油机的示功仪数据采集自适应方法

技术领域

本发明涉及数字化油田中的游梁式抽油机示功仪，具体地说是一种面向游梁式抽油机示功仪的自适应工况的控制方法。

背景技术

示功仪是能够自动采集抽油机载荷，冲程，计算出功图数据，独立或通过与现场RTU配合实现远程功图监控。

示功仪大体分为两种，一种是采用分体式设计，分别采集角位移和载荷，两路信号经综合处理后，计算出功图；一种是采用一体化设计，同时采集加速度和载荷信号，经综合处理后计算出功图。前者为有线供电，安装不方便；后者算法及控制逻辑复杂，由此导致在不同的油田根据工况需要重新配置参数来适应现场。需要根据采集的原始数据，研发人员根据现场采集的原始数据来分析并给出配置参数。因此，需研发人员做大量的后期维护，延长系统安装及运行工期，对现场施工不便。

目前示功仪多采用电池供电，限于抽油机连续工作，一旦停止，对出油量有较大影响，且更换示功仪电池不方便，因此对示功仪整机功耗有较高要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种面向游梁式抽油机的示功仪数据采集自适应方法，达到示功仪能够适应各个油田及抽油机工况，不需要根据油田而重新设置参数。该方法不增加示功仪正常工作开销，不会带来额外的能量消耗。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种面向游梁式抽油机的示功仪数据采集自适应方法，包括以下步骤：

游梁式抽油机在上电或复位启动后，进行加速度传感器数据采集；

根据加速度传感器数据获得抽油机的冲次；

根据抽油机冲次动态设置示功仪加速度传感器、载荷传感器采样间隔；

根据加速度传感器数据设置下死点阈值、上死点阈值并动态更新以实现示功仪数据采集过程的动态调整。

所述根据加速度传感器数据获得抽油机的冲次包括以下步骤：

加速度传感器连续采样抽油杆的加速度并以数组的方式存储；

在采样值中查找所有的波峰作为最大值，并记录该波峰值所在数组的索引；

在采样值中查找所有的波谷作为最小值，并记录该波谷值所在数组的索引；

分别通过冒泡法排序波峰值、波谷值所在数组的索引后，查找波峰值所在数组索引差值的最大值A和波谷值所在数组索引差值的最大值B；

两个最大值A、B中的极大者与加速度传感器采样间隔的乘积，即为抽油机的运动周期,该运动周期的倒数即为抽油机冲次。

所述根据抽油机冲次动态设置示功仪加速度传感器、载荷传感器采样间隔包括以下步骤：

示功仪设定加速度传感器、载荷传感器采样N次，将获取的抽油机运动周期除以采样次数N所得的整数部分，即为示功仪加速度传感器、载荷传感器的采样间隔。

所述根据加速度传感器数据设置下死点阈值、上死点阈值包括以下步骤：

在查找波峰值所在数组索引差值最大值A过程中，记录加速度传感器采样数据的最大值，该最大值缩小设定倍数后作为上死点阈值；

在查找波谷值所在数组索引差值最大值B过程中，记录加速度传感器采样数据的最小值，该最小值经放大设定倍数后作为下死点阈值。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.自适应抽油井工况的示功仪控制方法是在通过在示功仪上电或复位重启后，自动开启传感器，采集加速度传感器原始数据，通过分析原始数据，能够获得原始数据中极值与平均值，冲次参数。因此，可根据学习结果，设置动态查找死点过程中的阈值参数，由此能够自适应不同油田、不同抽油井的工况。

2.抽油机经过自适应工况后，能够根据抽油机冲次，智能设置加速度、载荷传感器的采样间隔，降低设备能量消耗。

附图说明

图1是本发明实施例的系统工作状态转换图；

图2是本发明实施例的自主学习控制流程图；

图3为自主学习过程流程图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种自适应抽油机工况参数的示功仪动态查找死点与智能设置示功仪传感器采样间隔的控制方法，无需系统额外开销。在系统上电或复位的情况下，通过自动采集加速度传感器的原始数据并分析，得到在动态查找死点过程中所需参数，达到自适应抽油井工况的目的；得到抽油机冲次，智能设置抽油机示功仪加速度、载荷传感器的采样间隔，达到降低设备功耗的目的。

本发明主要包括：当示功仪上电或复位重启后，自动进行加速度传感器数据采集，进行抽油机工况自主学习，分析加速度传感器数据中的最大值、最小值及平均值，由此计算出该抽油机的冲次；根据自主学习冲次，设置示功仪加速度传感器、载荷传感器采样间隔；根据加速度传感器数据中的最大值、最小值及平均值，设置动态查找上下死点过程中的门限阈值；具体包括以下步骤：

游梁式抽油机在上电或复位启动后，自动进行加速度传感器数据采集；

根据分析加速度传感器数据，可获得加速度传感器数据中的最大值；

根据分析加速度传感器数据，可获得加速度传感器数据中的最小值；

根据分析加速度传感器数据，可获得加速度传感器数据中的平均值；

根据分析加速度传感器数据，可获得抽油机的冲次；

根据抽油机冲次，可动态设置示功仪加速度传感器、载荷传感器采样间隔；

根据加速度传感器数据中的最小值，设置动态查找下死点阈值；

根据加速度传感器数据中的最大值，设置动态查找上死点阈值；

根据加速度传感器数据中的平均值，可对动态查找死点过程结束进行检查；

根据抽油机冲次，可动态设置传感器采样间隔及对动态查找死点过程结束进行检查。

本发明中涉及到的概念如下：

1)冲次：是指在抽油机井中，抽油杆每分钟上下往复运动的次数。

2)死点：游梁式抽油机驴头在上下往复运动中所能达到的最高与最低点，最高点称为上死点，最低点称为下死点。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

自适应抽油井工况的示功仪控制方法，它包括起井检测系统、自主学习系统、参数自动调整系统。

如图1所示，本发明所述的起井检测系统，提供对抽油井工作状态检测功能，达到只在起井状态下启动自主学习的目的。起井检测系统在系统上电后开始工作，每隔30分钟启动一次载荷传感器，载荷传感器连续采样5秒，采样间隔为500毫秒，连续采样10次。采样结束后，查找10次采样值中的最大值与最小值，若最大值与最小值之差大于5，则判别抽油机启动，启动自主学习系统；否则，判别抽油机未启动，示功仪进入休眠状态，等待下一次进行起井检测。该系统的优点在于能够通过周期性的起井检测，根据检测结果，能够智能设置示功仪的工作状态。若抽油机启动，则立即进入自主学习、工作状态；若抽油机未启动，示功仪进入休眠状态，节省功耗。

如图2所示，本发明所述的自主学习系统，是由起井检测系统检测到抽油机启动后开始执行，目的是获取抽油机驴头上下往复运动的周期、获取加速度传感器采样值在抽油机驴头往复运动过程中的最大值、最小值、平均值。当自主学习系统启动后，加速度传感器按照100ms的采样间隔进行采样，共采集800次，将采集结果保存在数据缓冲区中，通过判断数据缓冲区是否溢出，即是否达到上限值800次，来判断自主学习系统的加速度传感器采样过程是否结束。当加速度传感器采样过程结束后，关闭加速度传感器，执行自主学习，自主学习结束后，输出自主学习的结果，即抽油机驴头上下往复运动的周期、加速度传感器采样值在抽油机驴头往复运动过程中的最大值、最小值、平均值。

本发明所述的自主学习系统，通过采集、分析加速度传感器的采样数据，确定加速度传感器采样数据中的最大值、最小值、平均值参数，确定抽油机冲次，以此达到智能设置工作状态中的加速度、载荷传感器的采样间隔，降低系统能量消耗。

如图3所示，经起井检测系统识别抽油机启动后，示功仪进入自主学习状态。在该状态中，加速度传感器（设置于示功仪内部电路板集成）连续采样800次，连续2次的采样间隔为100毫秒，采样持续时间为80秒。在采样过程中，采样值以数组的方式存储在主控单元中。采样结束后，在采样值中查找所有的波峰（最大值），并记录该波峰值所在数组的索引；在采样值中查找所有的波谷（最小值），并记录该波谷值所在数组的索引。分别通过冒泡法排序波峰值所在数组的索引和波谷值所在数组的索引后，查找波峰值所在数组索引差值的最大值和波谷值所在数组索引差值的最大值，两个索引差值中的极大者与加速度传感器采样间隔（100毫秒）的乘积，即为抽油机的运动周期,该运动周期的倒数即为抽油机冲次。该过程的优点在于自主学习抽油机运动周期的结果，与示功仪进入自主学习状态的起始时刻无关。

在进行自主学习采样结束后，首先对所有加速度传感器采样数据进行计算平均值，将该平均值作为动态查找死点过程结束进行检查的初值。在工作状态中进行动态查找时，需依次查找到第一个下死点、上死点、第二个下死点时，动态死点查找过程结束。在查找第二个下死点时，加速度传感器采样值首先应小于上述平均值才进行是否是第二个下死点判断，其次，当加速度传感器采样值大于上述平均值时，判断第二个下死点查找过程结束。在此过程中，加速度传感器采样值的最小值即为第二个下死点，动态查找死点过程结束。

在查找波峰值所在数组索引差值最大值过程中，记录加速度传感器采样数据的最大值，该最大值经缩小0.9倍后，作为动态查找上死点过程中阈值的初值。

在查找波谷值所在数组索引差值最大值过程中，记录加速度传感器采样数据的最小值，该最小值经放大1.1倍后，作为动态查找下死点过程中阈值的初值。

示功仪预设加速度传感器、载荷传感器在工作状态下固定采样250次，根据获取的抽油机运动周期与固定采样次数（250次）做商、取整，得到示功仪在工作状态下加速度传感器、载荷传感器共同的采样间隔。该过程的优点在于，示功仪针对不同的抽油机工况（主要是冲次不同）采样次数恒定，达到示功仪功耗不随抽油机工况改变的目标。

本发明所述的参数自动调整系统，提供对示功仪处于工作状态时，依据实际运行的状态，动态调整动态查找上、下死点过程中的阈值、进行动态查找死点过程结束进行检查阈值。该动态更新过程体现在设备处于工作状态并采集功图过程中，加速度传感器需采集250次，对采样数据进行分析后，获取该采样过程中加速度传感器采样值的最大值、最小值、平均值，将上述数值分别乘以0.1与系统中已有的加速度传感器采样值的最大值、最小值、平均值分别乘以0.9后对应数值做和，按照此方式进行数据更新后，作为下一次功图采集时的动态查找上、下死点过程中的阈值、动态查找死点过程结束进行检查的阈值。此过程的优点在于，阈值随设备的运行进行动态更新，在更新过程中，能够有效的去除抖动干扰所引入的误差。

Claims (2)

1.一种面向游梁式抽油机的示功仪数据采集自适应方法，其特征在于：包括以下步骤：

游梁式抽油机在上电或复位启动后，进行加速度传感器数据采集；

根据加速度传感器数据获得抽油机的冲次；

根据抽油机冲次动态设置示功仪加速度传感器、载荷传感器采样间隔；

根据加速度传感器数据设置下死点阈值、上死点阈值并动态更新以实现示功仪数据采集过程的动态调整；

所述根据加速度传感器数据获得抽油机的冲次包括以下步骤：

加速度传感器连续采样抽油杆的加速度并以数组的方式存储；

在采样值中查找所有的波峰作为最大值，并记录该波峰值所在数组的索引；

在采样值中查找所有的波谷作为最小值，并记录该波谷值所在数组的索引；

分别通过冒泡法排序波峰值、波谷值所在数组的索引后，查找波峰值所在数组索引差值的最大值A和波谷值所在数组索引差值的最大值B；

两个最大值A、B中的极大者与加速度传感器采样间隔的乘积，即为抽油机的运动周期,该运动周期的倒数即为抽油机冲次；

所述根据加速度传感器数据设置下死点阈值、上死点阈值包括以下步骤：

在查找波峰值所在数组索引差值最大值A过程中，记录加速度传感器采样数据的最大值，该最大值缩小设定倍数后作为上死点阈值；

在查找波谷值所在数组索引差值最大值B过程中，记录加速度传感器采样数据的最小值，该最小值经放大设定倍数后作为下死点阈值。

2.根据权利要求1所述的一种面向游梁式抽油机的示功仪数据采集自适应方法，其特征在于所述根据抽油机冲次动态设置示功仪加速度传感器、载荷传感器采样间隔包括以下步骤：

示功仪设定加速度传感器、载荷传感器采样N次，将获取的抽油机运动周期除以采样次数N所得的整数部分，即为示功仪加速度传感器、载荷传感器的采样间隔。