CN106382214A - 一种有杆抽油系统冲次的调节装置及其方法 - Google Patents

一种有杆抽油系统冲次的调节装置及其方法 Download PDF

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Abstract

一种有杆抽油系统冲次的调节装置，其计算速度快，稳定性高，计算实精度高，控制反应时间短且过程平稳。其包括功图采集单元、冲次控制单元、变频器、继电控制单元；功图采集单元配置来采集抽油机在每个冲程内光杆上的载荷和位移数据并包含：载荷传感器、位移传感器；冲次控制单元包含：地面示功图分析部分、充满度分析部分和停机/冲次控制部分；在将功图采集单元采集来的位移和载荷数据的基础上，形成地面示功图，分析地面示功图，求取抽油泵的充满度，依据充满度和冲次实现停机或冲次控制；变频器配置来根据冲次控制单元的命令，调节抽油机电机的工作频率；继电控制单元与变频器相连，并为变频器提供电源和安全保护。还有方法。

Description

一种有杆抽油系统冲次的调节装置及其方法
技术领域
本发明属于自动化采油的技术领域，尤其涉及一种有杆抽油系统冲次的调节装置及其方法。
背景技术
随着科技的发展和油田生产环境的变化，节能降耗，延长抽油机设备的寿命成为油田生产的基本要求之一，由于地质条件的复杂和随着油井的开采油井流入动态的变化，固定的抽油机抽汲参数，会造成系统效率低下，严重的会损坏抽油机设备。因此合理调节抽油机的抽汲参数具有重要意义。
现有的抽油机调节技术多采用人工调整或采用上位机通过复杂的算法与变频器等相关设备相结合实现冲次调节。对数据的通信要求高，所需采集信息多，且具有一定的滞后性。严重的限制了冲次自动调节技术在实际生产中的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种有杆抽油系统冲次的调节装置，其计算速度快，稳定性高，计算实精度高，控制反应时间短且过程平稳。
解决上述问题的技术方案是：这种有杆抽油系统冲次的调节装置，其包括功图采集单元(A)、冲次控制单元(B)、变频器(C)、继电控制单元(D)；
功图采集单元配置来采集抽油机在每个冲程内光杆上的载荷和位移数据并包含:载荷传感器、位移传感器；
冲次控制单元包含：地面示功图分析部分、充满度分析部分和停机/冲次控制部分；在将功图采集单元采集来的位移和载荷数据的基础上，形成地面示功图，分析地面示功图，求取抽油泵的充满度，再依据充满度和冲次实现停机或冲次控制；
变频器配置来根据冲次控制单元的命令，调节抽油机电机的工作频率；
继电控制单元与变频器相连，并为变频器提供电源和安全保护。
本发明在采集地面功图的基础上结合变频器，采用优化的充满度分析方法和冲次调节方法，所以计算速度快，稳定性高，计算实精度高，控制反应时间短且过程平稳。
还提供了使用这种有杆抽油系统冲次的调节装置的方法，其包括以下步骤：
(1)在抽油机工作的每个冲程的过程中，通过载荷和位移传感器采集载荷和角位移数据，进一步形成地面示功图；
(2)求取载荷整个冲程过程中的载荷最大值FMax和载荷最小值FMin；
(3)通过公式和求取F1和F2，将地面示功图分成三个部分，
上行程区域
加载区域
下行程区域
(4)根据公式和求取抽油机上冲程部分的面积Su和下冲程部分面积Sd，并统计出下冲程部分的最后一点SDMAX和第一点位移SDMIN；上冲程功图部分的最后一点位移SUMAX和第一点SUMIN；
(5)根据公式和计算出抽油机的上冲程近似停机载荷Fu和下次程近似停机载荷Fd；
(6)求取抽油机的上冲程近似停机载荷Fu与抽油机地面示功图的交点处位移的最大值S1和最小值S2；求取抽油机的下冲程近似停机载荷Fd与抽油机地面示功图的交点处位移的最大值S3和最小值S4；
(7)求解泵的充满度：当S1-S2＝<S3-S4时，抽油泵的当前近似充满度为当S1-S2>S3-S4时，抽油泵的当前近似充满度为
(8)判断抽油机的当前充满度η是否小于设定抽油机最小充满度η0，当η＜η0，且抽油机的冲次N大于N0时，发送抽油机冲次调节命令，通过变频器将抽油机电机的工作频率降低Δh，完成本次抽油机冲次调节；
(9)在等待ΔT，等待抽油机运行平稳后，重复以上流程，再次判断抽油机当前的充满度是否满足要求，并进行调节，保证抽油机始终运行在合理的冲次范围之内；
(10)当η＜η0，且抽油机的冲次N小于等于N0时，发送抽油机冲次停机命令，等待恢复生产命令。
附图说明
图1是根据本发明的有杆抽油系统冲次的调节装置的结构示意图。
图2为使用根据本发明的有杆抽油系统冲次的调节装置的方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，这种有杆抽油系统冲次的调节装置，其包括功图采集单元A、冲次控制单元B、变频器C、继电控制单元D；
功图采集单元配置来采集抽油机在每个冲程内光杆上的载荷和位移数据并包含:载荷传感器、位移传感器；
冲次控制单元包含：地面示功图分析部分、充满度分析部分和停机/冲次控制部分；在将功图采集单元采集来的位移和载荷数据的基础上，形成地面示功图，分析地面示功图，求取抽油泵的充满度，再依据充满度和冲次实现停机或冲次控制；
变频器配置来根据冲次控制单元的命令，调节抽油机电机的工作频率；
继电控制单元与变频器相连，并为变频器提供电源和安全保护。
本发明在采集地面功图的基础上结合变频器，采用优化的充满度分析方法和冲次调节方法，所以计算速度快，稳定性高，计算实精度高，控制反应时间短且过程平稳。
冲次控制单元根据位移和载荷数据形成抽油机地面示功图，并求取载荷最大值(FMax)和载荷最小值(FMin)，将地面示功图在Y轴(载荷)，将其分为三个区域，分别为:
上行程区域
加载区域
下行程区域
求取上行程区域功图面积和下行程区域功图面积并计算其平均载荷值；做为计算抽油机近似充满度的标准。
求取抽油机在每个冲程中的充满度，并判断充满度是否合理，结合变频器实现对抽油机的冲次控制。对于欠液油井,当前冲次N>N0的油井，发送冲次调节命令，调节完成后，等抽油机运行稳定后再次判断，并调节，直至充满度达到最低要求标准。对于欠液油井,当前冲次N＝<N0的油井，发送停机命令，等待动液面恢复，并实现延时启动。
本发明提供的抽油机冲次调节装置可以根据抽油机地面示功图数据，实现油井的近似充满度分析，并进一步完成冲次调节。算法的稳定性好，精度高，可以实现无级控制，调节过程平稳且实时性高，无需借助其他外界设备和人为干预。
如图2所示，还提供了使用这种有杆抽油系统冲次的调节装置的方法，其包括以下步骤：
(1)在抽油机工作的每个冲程的过程中，通过载荷和位移传感器采集载荷和角位移数据，进一步形成地面示功图；
(2)求取载荷整个冲程过程中的载荷最大值FMax和载荷最小值FMin；
(3)通过公式和求取F1和F2，将地面示功图分成三个部分，
上行程区域
加载区域
下行程区域
(4)根据公式和求取抽油机上冲程部分的面积Su和下冲程部分面积Sd，并统计出下冲程部分的最后一点SDMAX和第一点位移SDMIN；上冲程功图部分的最后一点位移SUMAX和第一点SUMIN；
(5)根据公式和计算出抽油机的上冲程近似停机载荷Fu和下次程近似停机载荷Fd；
(6)求取抽油机的上冲程近似停机载荷Fu与抽油机地面示功图的交点处位移的最大值S1和最小值S2；求取抽油机的下冲程近似停机载荷Fd与抽油机地面示功图的交点处位移的最大值S3和最小值S4；
(7)求解泵的充满度：当S1-S2＝<S3-S4时，抽油泵的当前近似充满度为当S1-S2>S3-S4时，抽油泵的当前近似充满度为
(8)判断抽油机的当前充满度η是否小于设定抽油机最小充满度η0，当η＜η0，且抽油机的冲次N大于N0时，发送抽油机冲次调节命令，通过变频器将抽油机电机的工作频率降低Δh，完成本次抽油机冲次调节；
(9)在等待ΔT，等待抽油机运行平稳后，重复以上流程，再次判断抽油机当前的充满度是否满足要求，并进行调节，保证抽油机始终运行在合理的冲次范围之内；
(10)当η＜η0，且抽油机的冲次N小于等于N0时，发送抽油机冲次停机命令，等待恢复生产命令。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。本领域的普通技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种有杆抽油系统冲次的调节装置，其特征在于：其包括功图采集单元(A)、冲次控制单元(B)、变频器(C)、继电控制单元(D)；
功图采集单元配置来采集抽油机在每个冲程内光杆上的载荷和位移数据并包含:载荷传感器、位移传感器；
冲次控制单元包含：地面示功图分析部分、充满度分析部分和停机/冲次控制部分；在将功图采集单元采集来的位移和载荷数据的基础上，形成地面示功图，分析地面示功图，求取抽油泵的充满度，再依据充满度和冲次实现停机或冲次控制；
变频器配置来根据冲次控制单元的命令，调节抽油机电机的工作频率；
继电控制单元与变频器相连，并为变频器提供电源和安全保护。
2.一种使用根据权利要求1所述的有杆抽油系统冲次的调节装置的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)在抽油机工作的每个冲程的过程中，通过载荷和位移传感器采集载荷和角位移数据，进一步形成地面示功图；
(2)求取载荷整个冲程过程中的载荷最大值FMax和载荷最小值FMin；
(3)通过公式和求取F1和F2，将地面示功图分成三个部分，
上行程区域
加载区域
下行程区域
(4)根据公式和求取抽油机上冲程部分的面积Su和下冲程部分面积Sd，并统计出下冲程部分的最后一点SDMAX和第一点位移SDMIN；上冲程功图部分的最后一点位移SUMAX和第一点SUMIN；
(5)根据公式和计算出抽油机的上冲程近似停机载荷Fu和下次程近似停机载荷Fd；
(6)求取抽油机的上冲程近似停机载荷Fu与抽油机地面示功图的交点处位移的最大值S1和最小值S2；求取抽油机的下冲程近似停机载荷Fd与抽油机地面示功图的交点处位移的最大值S3和最小值S4；
(7)求解泵的充满度：当S1-S2＝<S3-S4时，抽油泵的当前近似充满度为当S1-S2>S3-S4时，抽油泵的当前近似充满度为
(8)判断抽油机的当前充满度η是否小于设定抽油机最小充满度η0，当η＜η0，且抽油机的冲次N大于N0时，发送抽油机冲次调节命令，通过变频器将抽油机电机的工作频率降低Δh，完成本次抽油机冲次调节；
(9)在等待ΔT，等待抽油机运行平稳后，重复以上流程，再次判断抽油机当前的充满度是否满足要求，并进行调节，保证抽油机始终运行在合理的冲次范围之内；
(10)当η＜η0，且抽油机的冲次N小于等于N0时，发送抽油机冲次停机命令，等待恢复生产命令。
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