CN108779668B - 自动抽油杆间距调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动抽油杆间距调节装置，所述装置包括：外壳；设置在所述外壳内并经由光杆连接到抽油杆柱的螺杆；与所述螺杆螺纹接合的螺母；用于将旋转力传递给所述螺母的装置，其中所述螺母的所述旋转可以降低或提升所述螺杆，从而降低或提升所述抽油杆柱。所述装置可用于停止碰触、确保Ml泵填充率以及避免气锁。

Description

自动抽油杆间距调节装置

相关申请

本申请要求2016年1月22日提交的美国临时专利申请序列号62/286,170；2016年1月27日提交的序列号62/287,784；以及2016年1月29日提交的序列号62/288,913的优先权，所述专利申请的全部内容通过引用方式具体地并入本文。

技术领域

本公开整体涉及油井的抽吸。本公开具体涉及用于调节抽油杆柱长度的装置。

背景技术

以不同名称（游梁式抽油机、抽油机、磕头机、油压千斤顶、油矿泵等等）命名的抽油泵系统是地上装置，用于驱动油井中位于地下地层的井筒井底的往复式活塞泵。利用抽吸作用从井筒中将井筒流体机械地提升到地面。抽油机通过电动驱动的原动机（无论是通过标准动力还是通过生成的气体）进行操作，所述原动机转动曲柄并以枢转的垂直运动移动连杆臂。该运动使游梁与连杆臂的可调节运动的量成比例地移动。驴头附接到井口上方的游梁。悬挂器悬挂在驴头上。光杆具有附接在其上的用于保持杆柱位置的光杆夹持器。夹持器位于承载环的顶部。光杆穿过填料盒并且附接到地下杆柱的其余部分，其中所述地下杆柱附接到井下泵。部件的这种定位允许抽油机的机械垂直运动传递到杆柱并且传递到井下抽油系统。也可以通过使用垂直安装的液压抽油系统产生用于生成抽油系统的井下运动的过程。虽然在地面上不同，但液压系统对于井下系统产生相同的运动。

井底可能距离地面相当长的距离，因此需要使用抽油杆柱。柱的长度/拉伸通常由于油井中的流体液位（即对杆的浮力作用）而改变。在每天的过程中，不断变化的条件会影响抽油杆柱的总长度，从而导致抽油杆柱长度增大或减小。长度的变化并非是完全可以预测的。抽油杆也倾向于在长时间的工作负载下拉伸。其他考虑因素是所需的调节范围随井深而增加。

为了确保完全泵填充率并提高生产效率，泵相对于阀间隙保持在相同位置。泵的柱塞应尽可能靠近泵的底部，以确保最大泵填充率。泵应尽可能靠近井底存在，这可导致在下行冲程期间将泵的拉杆附接到接触泵顶部的杆柱的联接。该联接和泵顶部的这种接触在业内称为碰触。这种碰触动作导致许多破坏性影响。该碰触动作增加了整个抽油杆柱上的应力。其还导致抽油杆弯曲并撞击油管内部，这导致对抽油杆和油管的磨损增加，并且开始在杆柱上引发疲劳过程。因此，需要不时进行补偿调节。

与抽油杆结合使用的泵可经历“气锁”。当柱塞位于行程的最高位置并且在向其最低位置行进时，气体进入柱塞下方的区域，从而无法充分压缩气体以迫使游动阀打开，这样就发生了“气锁”。在随后的上行冲程，气体膨胀并在柱塞下方保持足够高的压力，使得固定阀无法打开并允许流体进入泵。这种气体的压缩和膨胀在每次下行冲程和上行冲程重复，而不会将压力增加到足够大以打开游动阀或者将压力降低到足够小以允许固定阀打开并允许流体进入泵。该问题的简单解决方案是通过调节杆柱，周期性地调节柱塞在泵中的冲程深度。杆柱的“降低”可在泵内产生足够的压力以迫使阀打开。杆柱的降低也可被充分移动以使得拉杆上的联接撞击泵的顶部。这导致泵中产生振动并且可摇动游动阀以允许气体逸出到油管中，从而减弱“气锁”状态。

为避免对抽油杆的损坏和损失产量，应通过降低或提升抽油杆柱来控制抽油杆柱在井中的深度，以停止气锁或防止碰触。由于柱塞被完全接合，因此防止了碰触，同时确保最大泵填充率。已经做出许多努力来应对这项任务，由诺尔曼概述的一种方法（美国专利No. 5,101,676）提供一种抽油杆深度调节附件，所述附件包括横杆和位于其每一侧上的支承下悬式实心活塞冲杆。这些冲杆的上活塞端部邻接

深度调节杆，所述深度调节杆通过冲杆的延伸或回缩而被可调节地定位在横杆上方。

目前只有手动解决方案用于抽油杆柱的间距调节，即降低或提升抽油杆柱。用于调节抽油杆柱间距的现有手动装置是繁琐的，并且需要有人在现场进行调节。手动装置并非设计为持续监测柱塞的位置并且进行自动调节，以确保完整泵填充率而无碰触。此外，当人意识到抽油杆柱正在碰触并做出调节时，可能已经发生了对设备的损坏。

需要一种自动监测和调节抽油杆柱的深度的装置。

发明内容

本公开的一个实施方案是一种能够通过响应于某些测量结果而自动降低或提升抽油杆柱以自动控制抽油杆柱在井中的深度的装置，其中所述装置在地上并且可操作地连接到抽油杆柱。在一个实施方案中，所述装置通过选自由光杆和抽油杆组成的组中的一者可操作地连接到抽油杆柱。在一个实施方案中，所述装置还包括井筒中的传感器，所述传感器能够与位于地上的装置的一部分通信。在一个实施方案中，所述传感器选自由负载传感器、电机传感器、压力换能器、继电器、加速度计和电机传感器组成的组。在一个实施方案中，降低或提升抽油杆柱的方法是机械的。在一个实施方案中，所述机械方法选自由液压装置、空气活塞和悬挂器的卷绕装置组成的组。在一个实施方案中，所述装置还包括：外壳；设置在外壳内并经由光杆连接到抽油杆柱的螺杆；与螺杆螺纹接合的螺母；用于将旋转力传递给螺母的装置；其中螺母的旋转可以降低或提升螺杆，从而降低或提升抽油杆柱。在一个实施方案中，螺杆包括中央轴向孔洞；以及安装在螺杆顶部的负载支承板，其中所述负载支承板包括孔；其中光杆向上延伸穿过中央轴向孔洞和负载支承板的孔；并且其中光杆通过位于负载支承板顶部的夹持器而固定到螺杆。在一个实施方案中，光杆附接到螺杆的下端。在一个实施方案中，用于传递的装置包括选自由原动机和传动机构组成的组中的一者。在一个实施方案中，原动机选自由电动机、液压马达和气缸组成的组。在一个实施方案中，传动机构选自由链条和同步皮带组成的组。在一个实施方案中，所述装置还包括用于监测和控制抽油杆柱深度的自动控制系统；其中所述自动控制系统包括用于测量抽油杆柱操作的传感器和用于控制抽油杆柱深度的计算机。在一个实施方案中，传感器选自由加速度计、应变计和负载传感器组成的组。在一个实施方案中，传感器接收并分析信号以确定泵是否正在碰触；其中如果泵正在碰触，则计算机将抽油杆柱提升到没有碰触的水平。在一个实施方案中，自动控制系统周期性地降低抽油杆柱直到检测到碰触，并且提升抽油杆柱以确保泵的柱塞靠近井底。在一个实施方案中，自动控制系统周期性地调节抽油杆柱的深度以撞击井底，从而避免气锁。在一个实施方案中，自动控制系统经由通信网络与传感器通信。在一个实施方案中，通信网络选自由蓝牙集成和SCADA兼容系统组成的组。

本公开的一个实施方案是一种自动抽油杆间距调节装置，包括：具有孔的外壳，通过所述孔联接与抽油杆柱连接的光杆；门，光杆穿过所述门插入；设置在外壳内的两个螺杆，每个螺杆具有附接到驴头上的悬挂器的螺杆耳片；两个螺母，其与螺杆螺纹接合；用于将旋转力传递给两个螺母的装置；其中所述两个螺母的旋转可以降低或提升所述两个螺杆，从而降低或提升抽油杆柱。在一个实施方案中，用于传递的装置包括选自由原动机和传动机构组成的组中的一者。在一个实施方案中，原动机选自由电动机、液压马达和气缸组成的组中的一者。在一个实施方案中，电动机可以由变频器控制。在一个实施方案中，传动机构选自由链条和同步皮带组成的组。

本公开的一个实施方案是一种包括利用所述装置来自动控制抽油杆柱在井中的深度的方法。在一个实施方案中，所述方法还包括将数据记录到报告中。在一个实施方案中，所述数据是选自由抽油杆柱的初始位置、抽油杆柱深度的调节次数组成的组中的至少一者；每次调节的方向、每次调节的距离、正在调节中的抽油杆柱的位置、最近地面诊断示功图和最近井下诊断示功图组成的组中的至少一者。在一个实施方案中，所述方法还包括使所述装置与抽油机或抽空控制器经接口连接，以在没有足够的流体泵送时关井。在一个实施方案中，所

述方法还包括利用用户界面输入生产杆柱和泵来计算在设定时间段期间的大致产量。在一个实施方案中，所述方法还包括在可编程时间段内如果未满足一个或多个操作参数则停泵。在一个实施方案中，所述方法还包括绘制地面示功图和井下示功图；以及识别公共示功图以识别可能的问题。在一个实施方案中，所述方法被集成到诊断软件中以导出数据并生成问题通知。在一个实施方案中，所述方法还包括监测设备；以及从远程位置生成日志、报告和通知。在一个实施方案中，所述方法还包括利用人工智能系统，所述人工智能系统可动态地跟踪装置的各种参数、提供故障的早期指示、以及提供关于所需维护工作类型的建议。在一个实施方案中，人工智能系统从抽空控制器采集数据。在一个实施方案中，所述数据是选自由示功图面积、峰表面负载、最小表面负载、每分钟冲程、表面冲程长度、出油管线压力、泵填充率、昨日循环和每日运行时间组成的组中的至少一者。

为了更好地理解随后的详细描述，前述内容已经相当宽泛地概述了本公开的特征。下文将描述本公开的附加特征和优点，它们构成了权利要求书的主题。

附图说明

为了本公开的上述以及其他改进和目的实现所用的方式，以上简短描述的本公开的更具体描述将通过参考其特定实施方案提出，这些实施方案示出在附图中。应当理解，这些附图仅描绘了本公开的典型实施方案，因此不应视为限制本公开的范围，将通过使用附图更详细和具体地描述本公开，其中：

图1是自动抽油杆间距调节装置的前透视图；

图2是图1所示自动抽油杆间距调节装置的左侧透视图；

图3是图1所示自动抽油杆间距调节装置的右侧透视图；

图4是图1所示自动抽油杆间距调节装置的顶视图；

图5是自动抽油杆间距调节装置的前透视图；

图6是图5所示自动抽油杆间距调节装置的左侧透视图；

图7是图5所示自动抽油杆间距调节装置的右侧透视图；

图8a是自动抽油杆间距调节装置的前透视图；

图8b是图8a所示自动抽油杆间距调节装置的后透视图；

图8c是图8a所示自动抽油杆间距调节装置的侧透视图；

图8d是图8a所示自动抽油杆间距调节装置的底部透视图；

图9是自动抽油杆间距调节装置的示意图；以及

图10是不同条件下的井下示功图的不同形状的视图。

具体实施方式

这里示出的细节仅是示例性的，并且仅用于说明性地论述本公开的优选实施方案，而且所示细节的表达是为了提供相信是对于本公开的原理和概念方面最有用和最容易理解的描述。就这一点而言，没有试图显示比基本理解本公开所必需的内容更详细的本公开的结构详情，结合附图的说明向本领域技术人员清楚描述了本公开的几种形式如何在实际中实施。

下面的定义和解释意在在将来的任何构造中起控制作用，除非在下面的实施例中清楚并且明确地修饰，或者当所述含义的应用使得任何构造无意义或者基本上无意义时。在术语的构造使其无意义或基本上无意义的情况下，所述定义应取自韦氏词典第3版。

如本文所用，术语“光杆”是指穿过填料盒的活塞。

术语“抽空控制器”是指监测泵条件并基于预设条件关闭泵装置一段时间以允许流体进入井筒来优化性能的设备。

术语“泵填充率”是指在每个冲程中进入泵的流体量。

自动抽油杆间距调节装置监测柱塞的位置并进行自动调节，以确保完整的泵填充率而无碰触。在一个实施方案中，持续监测柱塞的位置。在一个实施方案中，装置的一部分是当前通用承载环的替代物。其将具有两个长螺杆，所述两个长螺杆将附接到驴头上的悬挂器，并且能够降低和/或回缩整个组件，以手动或通过软件或继电器控制的电机来调节抽油杆柱的间距。使用电动机（或另一种类型的运动装置），将经由齿轮箱旋转中央轴，以同步转动螺杆从而将工具移动到水平位置，其中所述齿轮箱经由链条、同步皮带或其他连接材料直接

送入装置底部上的螺旋齿轮。使用负载传感器、应变计，加速度计或其他此类装置，数据将被输送到集成计算机，计算机将对井下抽油杆柱的情况进行实时建模。负载传感器是一种产生电信号的换能器，信号的幅值与所测力成比例。随着所测力的增加，计算机将触发机动化装置以提升抽油杆柱。应变计将测量抽油杆柱上的应变。如果抽油杆柱上的应变增加，计算机将触发机动化装置以降低抽油杆柱。加速度计是一种测量结构的运动加速度的机电器械。由运动变化引起的力压缩压电材料，导致产生与施加在压电材料上的电荷成比例的电荷。如果抽油杆柱上的力增加，计算机将触发机动化装置以提升抽油杆柱。基于遇到的不同事件，计算机将根据最佳生产需求触发机动化装置缩短或伸长（提升/降低）整个杆柱。系统将实时监测杆柱的状态，并且能够在几分钟内进行多次无人值守的调节。可以使用各种方法执行机械运动，包括但不限于卷绕或解绕悬挂器以提升和降低杆柱的设备、使用液压装置以及使用空气冲压机。

参照图1至图4，自动抽油杆间距调节装置10包括外壳30和设置在外壳30内的螺杆21。锚定在外壳30中的螺母40与螺杆21螺纹接合，使得当螺母40旋转时，螺杆21可以向上或向下移动。止推滚珠轴承26位于螺母40下方，而螺杆支承轴承23位于螺杆21的下端。止推滚珠轴承26用于帮助旋转并支承螺母40，而螺杆支承轴承23用于保持螺杆21对准。螺母40有利地位于处于其回缩位置的螺杆21的顶部附近，以利用螺杆21的全部长度。覆盖件27位于螺杆21附近。顶部紧固件28和侧部紧固件25相对于外壳30存在。提供电机12以向螺母40供应旋转力。已通过使用双向电动机获得了有益的结果。可以使用包括AC电机或DC电机在内的任何类型的电动机。在一个实施方案中，电机12是与电机控制器（未示出）联接的三相感应电机。

存在各种用于将电机12的旋转力传递到螺母40的装置。在示出的实施方案中，电机12通过旋转减速器14联接到链轮60。旋转减速器14形成用于减小由电机12提供的旋转速度并将减小的速度传递到链轮60。链轮62安装在螺母40上。连续链条64被设置成与链轮

60, 62啮合。链条64和链轮60, 62都在同一平面内并且容纳在外壳30中以保护其免受天气、灰尘等的影响。

可以提供各种装置用于将光杆52联接到螺杆21，使得光杆52随着螺杆21提升和降低。螺杆21是中空的并且具有中央轴向孔洞22，负载支承板70安装在螺杆21的顶上并且具有中央轴向孔洞42。负载支承板基座29位于负载支承板70下方。光杆52向上延伸穿过孔洞22和负载支承板70的中央轴向孔，并且通过位于负载支承板70顶部的夹持器54而固定到螺杆21。应当理解，螺杆21不必是中空的，光杆52可以附接到螺杆21的下端。这样做的一个可能缺点是所需的高度。

外壳30搁置在承载环31上，光杆52穿过承载环31的中心孔以通过盘根压盖进入井口并连接到抽油杆柱，如本领域所熟知的。

现在将描述抽油杆间距调节装置10的操作。向电机12供电并且电机12可旋转，电机12的旋转力通过减速器14、链轮60、链条64和链轮62传递到螺母40。当螺母40沿第一方向旋转时，螺杆21向上行进，从而提升光杆52；当螺母40沿第二方向旋转时，螺杆21向下行进，从而降低光杆52。抽油杆柱连接到光杆52，因此抽油杆柱随着光杆52提升或降低。

在另一个实施方案中，参照图5至图7，抽油杆间距调节装置直接钩入承载环并代替悬挂器。所述装置被构造成使其符合承载环的当前尺寸要求。当前承载环将从悬挂器组件移除，并且耳钩34将按照所述承载环的设计配合在悬挂器环中。悬挂器的形式、配合和功能以及新设备的附件在功能上是相同的。

在图5至图7中，自动抽油杆间距调节装置包括外壳30和设置在外壳30内的螺杆21。锚定在外壳30中的螺母40与螺杆21螺纹接合，使得当螺母40旋转时，螺杆21可以向上或向下移动。止推滚珠轴承26位于螺母40下方。止推滚珠轴承26用于帮助旋转并支承螺母40。螺母40有利地位于处于其回缩位置的螺杆21的顶部附近，以利用螺杆21的全部长度。提供电机12以向螺母40供应旋转力。可以使用包括AC电机或DC电机在内的任何类型的电动机。在一个

实施方案中，电机12是与电机控制器（未示出）联接的三相感应电机。

存在各种用于将电机12的旋转力传递到螺母40的装置。在示出的实施方案中，电机12通过旋转减速器14联接到链轮60。旋转减速器14形成用于减小由电机12提供的旋转速度并将减小的速度传递到链轮60。链轮62安装在螺母40上。连续链条64被设置成与链轮60,62啮合。链条64和链轮60, 62都在同一平面内并且容纳在外壳30中以保护其免受天气、灰尘等的影响。

现在将描述抽油杆间距调节装置10的操作。向电机12供电并且电机12可旋转，电机12的旋转力通过减速器14、链轮60、链条64和链轮62传递到螺母40。当螺母40沿第一方向旋转时，螺杆21向上行进，从而提升光杆52；当螺母40沿第二方向旋转时，螺杆21向下行进，从而降低光杆52。抽油杆柱连接到光杆52，因此抽油杆柱随着光杆52提升或降低。

在又一个实施方案中，抽油杆间距调节装置可以是当前通用承载环的替代物。参照图8a至图8d，抽油杆间距调节装置包括两个具有耳片89的螺杆21，所述耳片将附接到驴头上的悬挂器。如前所述，使用电动机12和减速器14将螺杆21与螺母螺纹接合，电动机12的旋转力可经由链条、同步皮带或外科30中的其他连接材料（未示出）传递到螺母，光杆（未示出）穿过外壳30的中心孔32并且通过位于外壳30顶部的夹持器而固定到抽油杆间距调节装置。在螺母旋转时，螺杆21可以提升或降低，使得抽油杆柱随着光杆52提升或降低。

应当注意，这里使用的电机12仅是示例性的，并且可以采用能够增加和减小抽油杆柱高度的其他装置诸如液压马达、气缸和手动间距调节装置。

在一个实施方案中，为了自动控制抽油杆柱在井中的深度，使用自动控制系统监测抽吸操作并控制这种操作。参照图9，在一个实施方案中，加速度计80安装在光杆52上并通过电缆82连接到电子器件包84。来自电子器件包84的输出通过带状电缆85连接到计算机86，来自计算机86的指令通过命令电缆（未示出）连接到抽油杆间

距调节装置10的电机12的控制器。

连接自动控制系统中的装置的电缆特别是光杆52上随着光杆52一起移动的电缆可能会受损。在替代实施方案中，电子器件包84和电机12的控制器经由无线通信而不是通过电缆连接到计算机86。电子器件包84、电机12的控制器和计算机86形成为能够发送和接收无线信号。用于这些通信的通信协议是例如LIN（本地互连网络）或其他相对低速的通信协议。然而，也可以使用高速通信协议诸如CAN（控制器区域网络）。无线通信的优点包括无需物理电缆、故障少、易于维护、维修方便。

在图9中，加速度计80与光杆52一起上下移动，并且根据其经历的加速状态而生成变化的模拟电信号。该模拟电信号通过电缆82提供，放大并转换成电子器件包84内的数字数据。然后通过带状电缆85将数字数据提供给计算机86。然后，计算机86可以对井下抽油杆柱的情况进行实时建模。基于遇到的不同事件，计算机经由命令电缆88或wi-fi向抽油杆间距调节装置10中电机12的控制器发送命令，电机12可驱动螺杆提升或降低，从而缩短或伸长整个杆柱，具体取决于最佳生产需求。系统将实时监测杆柱的状态，并且能够在数分钟内进行多次无人值守的调节。

在一个实施方案中，自动控制系统可用于接收和分析信号以确定抽油杆柱是否正在“碰触”，或者泵柱塞是否正在撞击泵的底部。计算机86分析来自加速度计80的数据，当加速度计80的加速度突然改变时，计算机确定泵正在“碰触”，并且向电机12的控制器发送命令以将杆柱提升到停止“碰触”的水平。

应当理解，这里使用的加速度计80仅是示例性的，并且可以使用其他能够发送信号至计算机的装置诸如负载传感器或抽空控制器，其中所述信号能够被分析以确定泵柱塞是否正在“碰触”。

在另一个实施方案中，自动控制系统可用于周期性地自动降低杆柱以确保油井中没有过多间距，从而确保完全泵填充率。在这种情况下，自动控制系统会降低杆柱，直到其分析得出轻微的碰触，然后稍微提升杆柱以确保柱塞靠近底部而无碰触。

在安装了玻璃纤维杆的油井中，自动控制系统将具有额外的好处。玻璃纤维抽油杆比钢制抽油杆拉伸更显著。但它们无法处理反复的压缩负载。由于杆的拉伸并且无法处理压缩，油井操作人员通常将该抽油杆安装成比所需更加远离底部处，以确保它们永远不进入压缩状态。这个额外的间距减少了油井的产量，并且允许更多气体进入泵，从而进一步减少了产量并导致损坏抽油杆、泵和油管。此外，玻璃纤维杆的拉伸量随着井中的液位而不断变化。因此，自动控制系统将是玻璃纤维抽油杆柱确保柱塞靠近泵的底部而无碰触的理想选择。

在一个实施方案中，自动控制系统可用于避免气锁。在这种情况下，自动控制系统会周期性地调节杆柱的深度，以轻微撞击井底（泵的顶部，这使得柱塞尽可能靠近固定阀），从将任何气泡振散。

在一个实施方案中，所述方法包括将数据记录到报告中，所述数据可包括抽油杆柱的初始位置；抽油杆柱深度的调节次数；表示提升或降低抽油杆柱的每次调节的方向；每次调节的距离。当提升或降低抽油杆柱时，可以采用抽油杆柱的初始位置作为计算基准，初始位置的值增加或减小每次调节的距离，然后可以获得正在调节中的抽油杆柱的位置。记录还包括最近地面和井下诊断示功图。

在一个实施方案中，所述方法包括与抽油机或POC经接口连接以在油井抽空时关井。这样可以节省能源并防止损坏抽油机。存在各种检测抽空的方法。例如，可使用地面示功图或井下示功图检测抽空。可以通过测量杆上的负载，以与杆上负载的测量相关的方式测量杆的位移并且将测量的负载与位移相结合以获得井中的总输入功率，从而获得地面示功图。杆柱上的实际负载可以通过负载传感器测量，而杆柱的位移可以通过波束角换能器测量。当总功率降低到预先确定的最小值以下时，确定油井已经抽空。

通常，没有传感器用于测量井下泵的条件，其可能位于地下数千英尺处。替代地，使用数值方法通过杆柱在地面处的位置和负载的测量结果计算泵柱塞的位置以及作用在柱塞上的负载，从而间接获得井下示功图。井下示功图的使用消除了由于地面示功图的不确定性和沿着杆的井下摩擦的模糊效果而导致的误差。此外，井下泵功图的使用

允许控制器检测使用地面示功图难以检测的抽油机的另外的故障。

除了提供抽油机的常规启动和停止以控制油井之外，所述装置还可以通过改变抽吸速度来控制油井。抽吸速度响应于地面示功图或井下示功图的所选参数的变化而改变。该参数可以是井下示功图或地面示功图内部或外部面积或部分面积。同样，所述参数可以是泵的净液体冲程的变化。为了改变抽吸速度，泵由配备变频器(VFD)的电动机提供动力。因此，调节抽吸速度的过程不是开关工作循环过程，而是寻找连续负荷运行的最佳泵速以维持所选目标水平的过程。然后，随着条件的改变，诸如进入油井的流体的增加或减少，所述过程将泵加速或使其减速以匹配该条件从而保持期望的液位目标，其中所述过程可以手动或远程地改变。

在一个实施方案中，所述方法包括绘制地面和井下示功图并且识别公共示功图以识别可能的问题。可以通过判读井下示功图的形状利用井下示功图确定泵处的情况。参照图10，可能的问题包括但不限于满泵、自喷井、杆断脱、泵不工作、弯曲筒粘连泵、泵上下撞击、流体摩擦、气体干扰、制动摩擦、油管运动、筒磨损或破裂、液面撞击、固定阀磨损以及柱塞或游动阀磨损。在一个实施方案中，抽油杆间距调节装置分析示功图的形状、识别问题并且以补救问题的方式调节抽油杆柱。如果抽油机无法纠正该问题，则可生成可能的已识别问题的日志和通知。

在一个实施方案中，如果在可编程时间段内未满足操作参数，则抽油杆间距调节装置可关闭抽油机。例如，可能出现这样的情况，即泵在每个泵冲程没有完全充满流体或者无法调节碰触（失调），这将浪费能量甚至损坏抽油机。

在一个实施方案中，所述方法采用人工智能系统，所述系统可动态地跟踪装置的各种参数、自动调节条件、给出故障的早期指示或警告、以及基于从先前实践中获取的知识提供关于所需维护工作类型的建议。人工智能技术包括但不限于从示例中学习的能力、对噪声和不完整数据的容错管理、从大型历史数据库生成精确分析和结果的巨大潜力，使用个人或工程师在传统建模和分析过程中可能认为不重要的一类数据。

在一个实施方案中，从生产井采集数据。在一个实施方案中，可从POC采集数据。POC通过负载传感器、压力换能器、继电器和电机传感器来收集并记录测量产量和油井状态的周期性油井传感器测量结果。这些传感器可以记录示功图面积、峰表面负载、最小表面负载、每分钟冲程、表面冲程长度、出油管线压力、泵填充率、昨日循环和每日运行时间，这些属性可以经由无线网络发送并记录在数据库中。

在一个实施方案中，可以基于采集的数据并利用包括但不限于可用的人工神经网络、模糊逻辑、专家系统、通用算法、支持向量机、功能性网络来生成精确的分析。在一个实施方案中，可以在抽油杆间距调节装置中使用人工智能来检测“碰触”。

在一个实施方案中，本文公开的方法可以实施为由计算机执行的指令。此类计算机可执行指令可包括可用于执行特定任务和处理抽象数据类型的程序、例程、对象、组件、数据结构和计算机软件技术。可以用不同语言对上述方法的软件实施方案进行编码，以应用于多种计算平台和环境。

在一个实施方案中，可以在抽油杆间距调节系统的任何部件诸如用户界面、油井传感器、数据库、软件、处理器和报告单元之间经由通信网络来传输通信。通信网络可以是允许信息传输的任何装置。通信网络还可包括用于连接网络中的各个装置的任何硬件技术，诸如光缆或无线射频装置。在一个实施方案中，可以实现通信系统诸如蓝牙集成或SCADA兼容系统，和/或从远程位置监测设备（日志、报告、通知）。

在一个实施方案中，所述方法可以被集成到诊断软件中以导出数据并生成问题通知。该数据可包括但不限于地面示功图、井下示功图、输入的抽油杆柱、输入的泵、每分钟冲程、运行时间（24小时、周、月）、计算出的产量（24小时、周、月）和变频器。

在一个实施方案中，可利用抽油杆间距调节装置和方法来确定泵

效率。在一个实施方案中，可利用所述装置和方法来确定是否存在完整的泵填充率。在一个实施方案中，可利用所述装置和方法来确定泵中是否存在位移或滑移。在一个实施方案中，所述装置和方法可以将数据记录到报告中。在一个实施方案中，可以生成指示由抽油杆间距调节装置执行的各种调节发生的报告。在一个实施方案中，记录由抽油杆间距调节装置执行的调节的数量和类型。在一个实施方案中，抽油杆间距调节装置确定是增加还是减少抽油杆柱。在一个实施方案中，可以记录产量计算结果并将其与抽油杆间距调节装置所执行的调节进行比较，以确定对产量调节的影响。

在一个实施方案中，抽油杆间距调节装置知晓其当前位置和先前位置。在一个实施方案中，抽油杆间距调节装置记录诊断示功图。在一个实施方案中，诊断示功图包括但不限于地面诊断示功图和井下诊断示功图。在一个实施方案中，抽油杆间距调节装置与抽油机和/或抽空控制器经接口连接，以在没有足够的流体要抽吸或者杆的全部或一部分存在问题时关井。

在一个实施方案中，提供用于输入关于生产杆柱和泵的信息的用户界面，以便计算在所述时间段（例如，24小时、1周、1个月）期间的大致产量。

在一个实施方案中，如果在预编程时间段内未满足操作参数，则抽油杆间距调节装置可关闭抽油机。在一个实施方案中，操作参数可包括但不限于泵填充率和碰触无法调节（失调）的问题。

在一个实施方案中，可以从远程位置监测抽油杆间距调节装置、抽油杆柱和泵。在一个实施方案中，可以从远程位置访问并查看日志、报告和通知。

在一个实施方案中，抽油杆间距调节装置和传感器是蓝牙集成的。在一个实施方案中，抽油杆间距调节装置和传感器是SCADA兼容的。

在一个实施方案中，来自传感器的数据允许产生地面示功图和井下示功图。在一个实施方案中，抽油杆间距调节装置能够识别公共示功图，以识别油井所存在的问题的原因。

在一个实施方案中，抽油杆感测装置能够通知一方油井是否存在问题。

依据本公开无需过度实验可进行或执行本文所公开并要求保护的全部组合物和方法。虽然以优选实施方案对本公开的组合物和方法进行了描述，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的概念、精神和范围的情况下，可以对所述组合物和方法以及本文描述的方法的步骤或步骤顺序进行改变。更具体地，显而易见的是，可以用化学上相关的某些介质替代本文中所述的介质，同时获得相同或相似的结果。对于本领域技术人员显而易见的所有这些类似的替代和修改都被认为落在由所附权利要求限定的本公开的精神、范围和概念内。

Claims (20)

1.一种自动抽油杆间距调节装置，所述装置包括自动控制系统，所述自动控制系统用于监测和控制井中的井下泵的筒中的抽油杆柱上的柱塞的深度，

其中所述自动控制系统被配置为通过地面抽油机监测所述井中的所述抽油杆柱的往复运动，并且被配置为基于所监测的往复运动来确定对所述井中的所述井下泵的所述筒中的所述抽油杆柱上的所述柱塞的深度的自动调节，并且

其中所述装置能够通过响应于所确定的自动调节而自动降低或提升所述抽油杆柱以自动控制所述井中的所述抽油杆柱上的所述柱塞的深度，其中所述装置在地上并且可操作地连接在抽油杆柱与所述抽油机之间。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置通过选自由光杆和抽油杆组成的组中的一者可操作地连接到抽油杆柱。

3.根据权利要求1所述的装置，还包括井筒中的传感器，所述传感器能够与位于地上的所述装置的一部分通信。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述传感器选自由负载传感器、压力换能器、加速度计和电机传感器组成的组。

5.根据权利要求3所述的装置，其中降低或提升所述抽油杆柱的方式是机械的。

6.根据权利要求5所述的装置，其中机械的方式选自由液压装置、空气活塞和悬挂器的卷绕装置组成的组。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置还包括：

外壳；

设置在所述外壳内并经由光杆连接到抽油杆柱的螺杆；

与所述螺杆螺纹接合的螺母； 以及

用于将旋转力传递给所述螺母的装置；

其中所述螺母的旋转可以降低或提升所述螺杆，从而降低或提升所述抽油杆柱。

8. 根据权利要求7所述的装置，其中所述螺杆包括：

中央轴向孔洞；以及

安装在所述螺杆顶部的负载支承板，其中所述负载支承板包括孔；

其中所述光杆向上延伸穿过所述中央轴向孔洞和所述负载支承板的所述孔；并且

其中所述光杆通过位于所述负载支承板的顶部的夹持器而固定到所述螺杆。

9.根据权利要求7所述的装置，其中用于传递的所述装置包括传动机构。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述自动控制系统包括：用于测量所述抽油杆柱的往复运动的传感器；和用于控制所述抽油杆柱的深度的计算机。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述传感器选自由加速度计、应变计和负载传感器组成的组。

12.根据权利要求10所述的装置，其中所述计算机从所述传感器接收并分析信号以确定所述柱塞是否正在碰触泵的所述筒的底部；其中如果所述泵的所述柱塞正在碰触，则所述计算机操作所述装置以将所述抽油杆柱提升到没有碰触的水平。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述自动控制系统周期性地降低所述抽油杆柱直到检测到所述柱塞和所述泵的所述筒的底部之间的碰触，并且提升所述抽油杆柱以确保泵的柱塞靠近所述井中的所述筒的底部。

14.根据权利要求10所述的装置，其中所述自动控制系统周期性地调节所述抽油杆柱的深度以撞击所述井中的所述筒的底部，从而避免气锁。

15.一种自动控制抽油杆柱在井中的深度的方法，包括利用权利要求1所述的装置。

16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述方法被集成到诊断软件中以导出数据并生成问题通知。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括监测设备；以及从远

程位置生成日志、报告和通知。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括利用人工智能系统，所述人工智能系统可动态地跟踪所述装置的各种参数、提供故障的早期指示、以及提供关于所需维护工作类型的建议。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述人工智能系统从抽空控制器采集数据。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述数据是选自由示功图面积、峰表面负载、最小表面负载、每分钟冲程、表面冲程长度、出油管线压力、泵填充率、昨日循环和每日运行时间组成的组中的至少一者。

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