CN106121987A - 一种电动潜油泵抽油系统智能冲次控制装置及控制方法 - Google Patents

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尹旭东
张伟
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06—Control using electricity
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
    • E21B43/121—Lifting well fluids

Abstract

本发明属于石油钻采领域，涉及一种电动潜油泵抽油系统智能冲次控制装置及控制方法，该装置包括依次连接的压力温度传感器、智能冲次控制器和变频器；压力温度传感器位于电动潜油泵的吸入口处，用于采集井下压力与温度信息；变频器与抽油机相连，用于调节抽油机的电机频率；智能冲次控制器包括压力温度信息采集单元、人机操作界面、实际动液面计算单元、冲次调整单元和变频器输出控制单元。本发明提供了从数据采集、处理与控制的整体本地控制方案，无需借助远程计算机进行抽油机控制辅助，有效避免了抽油机空抽，提高了油田的采油效率。

Description

一种电动潜油泵抽油系统智能冲次控制装置及控制方法
技术领域
本发明属于石油钻采领域，涉及一种电动潜油泵抽油系统智能冲次控制装置及控制方法。
背景技术
电动潜油柱塞泵抽油系统是人工举升抽油系统中的一种，在抽油机往复抽油的过程中，如果泵体暴露在油液之外(即抽油机空抽)，长时间工作会导致设备磨损加剧与电能浪费，甚至造成抽油设备损坏。
当抽油机机械结构已经确定的情况下，影响系统采油效率的因素包括油层供液能力与冲次。一般情况下，冲次越高则油层的液位越低。所以为了避免抽油机空抽现象的发生，并且保证系统采油效率，需要对抽油机冲次进行合理地选择和调节。传统的抽油机冲次调节方法，需要改变减速箱的变比，随着变频调速技术的发展，给冲次的调节带来了极大的便捷。
在目前的油田控制应用中，工作人员会统计一段时间的油层动液面数据，依靠人工分析或者将数据传输到远程控制计算机上进行分析，然后根据分析结果调节抽油机的运行冲次。这样不仅调节周期较长，而且不能做到根据油层动液面的变化情况进行实时有效的控制，难以满足稳定高效的采油作业。
发明内容
为了解决现有的抽油机运行冲次调节方法调节周期较长且无法实时调控的技术问题，本发明提供一种电动潜油泵抽油系统智能冲次控制装置及控制方法。
本发明的技术解决方案是：一种电动潜油泵抽油系统智能冲次控制装置，其特殊之处在于：包括依次连接的压力温度传感器、智能冲次控制器和变频器；所述压力温度传感器位于电动潜油泵的吸入口处，用于采集井下压力与温度信息；所述变频器与抽油机相连，用于调节抽油机的电机频率；
所述智能冲次控制器包括压力温度信息采集单元、人机操作界面、实际动液面计算单元、冲次调整单元和变频器输出控制单元；
所述压力温度信息采集单元用于获取压力温度传感器采集到的井下压力与温度信息；
所述人机操作界面用于设置并显示预设参数；
所述实际动液面计算单元根据预设参数及井下压力与温度信息计算井下原油的实际动液面高度LAct；
所述冲次调整单元根据实际动液面高度LAct判断抽油机运行冲次调整方式；
所述变频器输出控制单元根据预设参数及抽油机运行冲次调整方式调整变频器的输出频率。
上述预设参数包括目标动液面高度LSet、动液面调节死区LDB、原油密度、频率调节上下限以及频率调节步长。
上述智能冲次控制器通过模拟量输入接口与压力温度传感器连接，所述模拟量输入接口支持4～20mA或者0～10V标准信号。
上述智能冲次控制器通过485通讯接口与变频器进行连接，所述485通讯接口支持Modbus-RTU标准通讯协议。
本发明还提供一种电动潜油泵抽油系统智能冲次控制方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1】压力温度传感器采集电动潜油泵吸入口处的井下压力与温度信息；
2】压力温度信息采集单元定时周期性获取压力温度传感器采集到的井下压力与温度信息；
3】通过人机操作界面查看并设置预设参数，预设参数包括目标动液面高度LSet、动液面调节死区LDB、原油密度、频率调节上下限以及频率调节步长；
4】实际动液面计算单元根据原油密度及井下压力与温度信息计算井下原油的实际动液面高度LAct；
5】冲次调整单元根据实际动液面高度LAct判断抽油机运行冲次调整方式：
若LAct＞LSet+LDB，则上调输出频率；
若LAct＜LSet－LDB，则下调输出频率；
若LSet－LDB≤LAct≤LSet+LDB，则保持输出频率不变；
6】变频器输出控制单元根据步骤5】中确定的抽油机运行冲次调整方式向变频器输出调节频率；调节频率步长由步骤3】设置；
7】变频器调整抽油机运行冲次。
本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种便捷的电动潜油柱塞泵抽油系统的冲次调节方法，可以运用在程序容量较小的RTU控制芯片中，无需输入复杂的参数，简化了现场操作人员的工作量。
(2)本发明提供了从数据采集、处理与控制的整体本地控制方案，无需借助远程计算机进行抽油机控制辅助，有效避免了抽油机空抽，提高了油田的采油效率。
附图说明
图1为本发明电动潜油泵抽油系统智能冲次控制装置模块示意图；
图2为本发明电动潜油泵抽油系统智能冲次控制方法流程图。
具体实施方式
参见图1，本发明提供一种电动潜油泵抽油系统智能冲次控制装置，包括依次连接的压力温度传感器、智能冲次控制器和变频器；压力温度传感器位于电动潜油泵的吸入口处，用于采集井下压力与温度信息；变频器与抽油机相连，用于调节抽油机的电机频率。
智能冲次控制器包括压力温度信息采集单元、人机操作界面、实际动液面计算单元、冲次调整单元和变频器输出控制单元；
压力温度信息采集单元用于获取压力温度传感器采集到的井下压力与温度信息；
人机操作界面用于设置并显示预设参数，包括目标动液面高度LSet、动液面调节死区LDB、原油密度、频率调节上下限以及频率调节步长；
实际动液面计算单元根据预设参数及井下压力与温度信息计算井下原油的实际动液面高度LAct；
冲次调整单元根据实际动液面高度LAct判断抽油机运行冲次调整方式；
变频器输出控制单元根据预设参数及抽油机运行冲次调整方式调整变频器的输出频率。
智能冲次控制器可以通过模拟量输入接口与压力温度传感器连接，模拟量输入接口支持4～20mA或者0～10V标准信号。
智能冲次控制器可以通过485通讯接口与变频器进行连接，485通讯接口支持Modbus-RTU标准通讯协议。
参见图2，按照上述电动潜油泵抽油系统智能冲次控制装置的连接安装方式正确安装各设备后，采用以下方法对抽油机运行冲次进行实时智能调节：
步骤一，通过压力温度传感器，定时周期性读取采样结果；
步骤二，读取智能控制器中设置的相关参数，包括目标动液面高度LSet、动液面调节死区LDB、原油设定密度、变频器频率调节上下限与调节步长等参数；
步骤三，通过步骤一的测量值与步骤二的设置值，计算当前实际动液面高度LAct；
步骤四，判断实际动液面高度LAct与LSet+LDB的关系，如果LAct＞LSet+LDB则增大变频器设定频率FSet，增大的量可以是固定频率(如2Hz)，该固定值可以通过步骤二设置；或者根据LAct与LSet+LDB的差值大小线性调整增加量，差值越大增加越多；如果LAct≤LSet+LDB则进入步骤五；
步骤五，判断实际动液面高度LAct与LSet－LDB的关系，如果LAct＜LSet－LDB则减少变频器设定频率FSet，减少量的方法与步骤四相类似；如果LSet－LDB≤LAct≤LSet+LDB则FSet不做变化；
步骤六，根据步骤四与步骤五的变频器设定频率FSet调整结果，通过通讯下发到变频器，进而控制抽油机运行冲次。
循环步骤一至步骤六，逐步优化抽油机的运行冲次。

Claims (5)

1.一种电动潜油泵抽油系统智能冲次控制装置，其特征在于：包括依次连接的压力温度传感器、智能冲次控制器和变频器；所述压力温度传感器位于电动潜油泵的吸入口处，用于采集井下压力与温度信息；所述变频器与抽油机相连，用于调节抽油机的电机频率；
所述智能冲次控制器包括压力温度信息采集单元、人机操作界面、实际动液面计算单元、冲次调整单元和变频器输出控制单元；
所述压力温度信息采集单元用于获取压力温度传感器采集到的井下压力与温度信息；
所述人机操作界面用于设置并显示预设参数；
所述实际动液面计算单元根据预设参数及井下压力与温度信息计算井下原油的实际动液面高度LAct；
所述冲次调整单元根据实际动液面高度LAct判断抽油机运行冲次调整方式；
所述变频器输出控制单元根据预设参数及抽油机运行冲次调整方式调整变频器的输出频率。
2.根据权利要求1所述的电动潜油泵抽油系统智能冲次控制装置，其特征在于：所述预设参数包括目标动液面高度LSet、动液面调节死区LDB、原油密度、频率调节上下限以及频率调节步长。
3.根据权利要求1或2所述的电动潜油泵抽油系统智能冲次控制装置，其特征在于：所述智能冲次控制器通过模拟量输入接口与压力温度传感器连接，所述模拟量输入接口支持4～20mA或者0～10V标准信号。
4.根据权利要求3所述的电动潜油泵抽油系统智能冲次控制装置，其特征在于：所述智能冲次控制器通过485通讯接口与变频器进行连接，所述485通讯接口支持Modbus-RTU标准通讯协议。
5.一种电动潜油泵抽油系统智能冲次控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
1】压力温度传感器采集电动潜油泵吸入口处的井下压力与温度信息；
2】压力温度信息采集单元定时周期性获取压力温度传感器采集到的井下压力与温度信息；
3】通过人机操作界面查看并设置预设参数，预设参数包括目标动液面高度LSet、动液面调节死区LDB、原油密度、频率调节上下限以及频率调节步长；
4】实际动液面计算单元根据原油密度及井下压力与温度信息计算井下原油的实际动液面高度LAct；
5】冲次调整单元根据实际动液面高度LAct判断抽油机运行冲次调整方式：
若LAct＞LSet+LDB，则上调输出频率；
若LAct＜LSet－LDB，则下调输出频率；
若LSet－LDB≤LAct≤LSet+LDB，则保持输出频率不变；
6】变频器输出控制单元根据步骤5】中确定的抽油机运行冲次调整方式向变频器输出调节频率；调节频率步长由步骤3】设置；
7】变频器调整抽油机运行冲次。
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