CN109681154A - 一种油井优化控制管理系统、方法及抽油机变频控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种油井优化控制管理系统、方法及抽油机变频控制方法，管理系统的数据采集模块进行数据采集，智能管理模块对控制抽油机的运行情况、监测油井实时数据，并针对各油井运行情况智能分析做出相关控制指令及预警，抽油机变频控制模块控制抽油机的工作频率或启停状态，应用平台为实时展现油井优化控制管理系统的窗口，采用无线通讯方式，实现油井生产运行状态的实时监控，电子巡检代签人工巡检，降低人工成本，减少环境因素、人为破坏影响；采用大数据技术，满足油田海量数据智能分析需求，确保测量数据实时性、准确性、全面性均达到100％。
Description
技术领域
本发明涉及大数据技术以及物联网技术领域，尤其涉及一种油井优化控制管理系统、方法及抽油机变频控制方法。
背景技术
我国油田地下原油分布不均，油井分布比较分散，部分油井之间存在几公里甚至十几公里的路程，人工巡检及维护工作量大，受环境因素、人为破坏等因素影响，油井生产数据缺乏实时性、准确性、全面性，部分数据需要现场测量、人工记录，容易出现错误，不利于数据管理，油井需要在线监测装置。
国内大多数油田已进入开采中后期阶段，油田供油存在间歇性，抽油机的启停及冲次需要根据油井供油情况及时调节，确保抽油机处于最优化工况运行。
目前，针对油井设备的在线测量仪表及其抽油机的启停与变频控制装置存在以下缺陷：在线监测设备种类多，数量大，成本高，不利于推广使用；油井需要测量的测点多，测量数据彼此孤立，没有实现数据间的联系，海量的在线测量数据需要统一的管理系统。国内部分油田已开始数字化建设，由于管理系统存在缺乏智能化，需要大量的人工操作，不便于应用，比如新油井及新测量设备接入需要对管理系统编程更改，操作复杂；油井部分故障发生时只能显示报警信号，具体到某一设备故障则需要人工排查；抽油机启停及变频控制缺乏智能，通常采用设定启停时间用于控制抽油机启停，根据经验设定变频器调节方式，原油得不到充分的开采利用。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种油井优化控制管理系统、方法及抽油机变频控制方法，通过对油井设备的在线监测、抽油机智能调节启停及冲次、系统智能管理，对油井优化控制管理，实现抽油机节能降耗、提高油井开采率、降低原油开采成本的目的。
为实现上述目的本发明采用如下方案：
一种油井优化控制管理系统，包括数据采集模块、抽油机变频控制模块、通讯模块、智能管理模块和应用平台；
所述的数据采集模块用于对油井、井场、管理区、采油厂、数据中心的测量仪表进行数据采集；
所述的通讯模块将数据采集模块采集的数据通过油井、井场、管理区、采油厂逐层快速传递到数据中心；
所述的智能管理模块采用嵌入式系统，用于控制抽油机的运行情况、监测油井实时数据，并针对各油井运行情况智能分析做出相关控制指令及预警，实现油井优化控制与智能管理；
所述的抽油机变频控制模块用于根据智能管理模块发出的控制指令控制抽油机的工作频率或启停状态；
所述的应用平台为实时展现油井优化控制管理系统的窗口，用户通过登录应用平台，能够查阅所需油井在线测量信息与历史数据，根据需求对运行的相关参数调整或者控制抽油机启停及调整抽油机冲次。
进一步，所述的数据采集模块采集的数据包括油井的温度、压力、动液面、示功图、功率、电流、视频、报警信息数据。
进一步，所述的通讯模块具有工业物联网通讯功能、数据通讯近距离有线通信及远距离无线通信功能，传感器至RTU之间通过近距离有线通信方式，远距离通信通过物联网网卡实现，无线通讯为采用RF433/315M或Zigbee无线通讯。
进一步，所述的应用平台能够通过电脑、手机、车载设备登录IP地址或下载APP安装登录。
一种油井优化控制管理方法，包括以下步骤：
(1)、通过数据采集模块采集油井的温度、压力、动液面、示功图、功率、电流、视频、报警信息数据；
(2)、实时数据通过电缆或导线汇聚至RTU；
(3)、通讯模块将各油井RTU汇聚的测量数据经过油井、井场、管理区、采油厂逐层传递，汇聚至数据中心；
(4)、智能管理模块将汇聚海量在线测量数据智能分析并生产报表、曲线，并将相关报表、曲线上传至应用平台和系统储存相关数据；
(5)、监控室实时在线监测各类仪表测量数据及历史数据，通过登录应用平台在线监控各油井运行情况。
一种抽油机变频控制方法，包括以下步骤：
(1)、抽油机工作时，抽油机变频控制模块控制抽油机开机运行；
(2)、智能管理模块分析当前抽油机运行参数，判断抽油机的变频控制方式：动液面上升时，增加抽油机频次，使抽油机处于最佳运行工况；动液面下降时，减小抽油机频次，使抽油机处于最佳运行工况；
(3)、当抽油机需要变频控制时，智能管理模块控制抽油机变频控制模块对现运行频率值每次减小0.5Hz，分析对应的抽油效率，抽油效率，最大抽油效率对应的频率或冲次即为最优化频率；
(4)、当动液面再次变化时，重复步骤(2)和(3)，使抽油机始终处于最优化工况运行；
(5)、当油井动液面降低至下限时或泵效低于设定下线时，抽油机变频控制模块控制抽油机停机。
进一步，步骤(1)抽油机开机以50HZ频率运行。
进一步，步骤(2)中智能管理模块分析当前抽油机运行参数包括动液面、示功图、载荷、冲次、泵效。
本发明的有益效果是：
本发明的油井优化控制管理系统，包括数据采集模块、抽油机变频控制模块、通讯模块、智能管理模块和应用平台；数据采集模块进行数据采集，智能管理模块对控制抽油机的运行情况、监测油井实时数据，并针对各油井运行情况智能分析做出相关控制指令及预警，抽油机变频控制模块控制抽油机的工作频率或启停状态，应用平台为实时展现油井优化控制管理系统的窗口，采用无线通讯方式，实现油井生产运行状态的实时监控，电子巡检代签人工巡检，降低人工成本，减少环境因素、人为破坏影响；采用大数据技术，满足油田海量数据智能分析需求，确保测量数据实时性、准确性、全面性均达到100％。对油井进行在线监测与智能管理、抽油机优化控制，该系统的使用可以促进智慧油田建设，实现抽油机节能降耗、提高油井开采率、降低原油开采成本。
本发明公开的管理方法，实现智能化分析在线数据、智能化预警、智能化管理；采用嵌入式设计，模块化结构，系统操作简单，在新油井及新测量设备接入时，无需编程只需要简单操作。
本发明公开的抽油机变频控制方法，采用抽油机启停及变频智能控制，实现抽油机优化控制，达到节能降耗、减少生产原油开采成本的目的；通过手机、车载移动终端、web、网页等工具登录油井优化控制管理系统，可查看油井生产情况，在权限范围内，可以通过远程、现场、手机进行抽油机参数调试和设置，实现油井智能化管理与精细化管理。
附图说明
图1油井优化控制管理系统框架图
图2抽油机启停控制原理图
图3为抽油机变频优化控制原理图
图中：101-数据采集模块、102-抽油机变频控制模块、103-通讯模块、104-智能管理模块、105-应用平台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明的油井优化控制管理系统、方法及抽油机变频控制方法，由数据采集模块101、抽油机变频控制模块102、通讯模块103、智能管理模块104和应用平台105组成，系统具有工业物联网的特点。
所述的数据采集模块101主要针对油井、井场、管理区、采油厂、数据中心现有的测量仪表进行数据采集，包括油井的温度、压力、动液面、示功图、功率、电流、视频、报警信息等实时数据。
通讯模块103将数据采集模块101采集的数据通过油井、井场、管理区、采油厂逐层快速传递到数据中心，确保数据的实时性和准确性。所述的通讯模块安装于油井、井场、管理区、采油厂、数据中心各层次，具有工业物联网通讯功能，数据通讯有近距离有线传输、远距离无线通讯方式三种，其中，传感器至RTU之间通过近距离有线通信方式，远距离通讯则通过物联网网卡(GPRS或WIFI)实现，无线通讯为RF433/315M、Zigbee低功耗无线通讯，用于将RTU(RemoteTerminalUnit)远程终端单元汇聚的在线测量数据逐层传递至数据中心。
所述的智能管理模块104采用嵌入式设计，用于控制抽油机的运行情况、监测油井实时数据，并针对各油井运行情况智能分析做出相关控制指令及预警，实现油井优化控制与智能管理。
抽油机变频控制模块102用于根据智能管理模块104发出的控制指令控制抽油机的工作频率或启停状态。
所述的应用平台105为实时展现油井优化控制管理系统、方法及抽油机变频控制方法的窗口，可通过电脑、手机、车载设备登录IP地址或下载APP安装登录，在权限范围内可以查阅所需油井在线测量信息与历史数据，根据需求对运行的相关参数调整或者控制抽油机启停与调整抽油机冲次。
所述的抽油机启停及变频控制是系统基于示功图与动液面高度智能分析实现，其中变频控制通过变频器实现，变频器为高可靠性的变频器。
通过实时监测油井动液面高度，智能分析并控制抽油机启停，油井有油时抽油机开机抽取，无油时自动停机；通过实时监测油井动液面高度变化情况增加或减少变频器频率，根据示功图、抽油机泵效、冲次分析抽油机最优化的变频参数，实现抽油机优化控制。抽油机启停及变频也可以通过人工控制，通常根据经验控制抽油机的启停、调节抽油机冲次频率，当有工作需求或者故障发生时，可以通过登录应用平台或现场操作方式实现。
系统管理主要实现的功能包括：在线测量数据的智能管理；抽油机启停与调整抽油冲次优化分析；数据的存储、分析、调用，通过报表、曲线等方式体现；电子巡井；故障智能诊断预警；资产管理等功能。这些功能均可以通过应用模块展示。
油井优化管理流程如下：
(1)油井在线监测主要由数据采集模块101采集油井的温度、压力、动液面、示功图、功率、电流、视频、报警信息等实时数据；
(2)实时数据通过电缆或导线汇聚至RTU；
(3)通讯模块103将各油井RTU汇聚的测量数据经过油井、井场、管理区、采油厂逐层传递，汇聚至数据中心；
(4)智能管理模块104将汇聚海量在线测量数据智能分析并生产报表、曲线，并将相关报表、曲线上传至应用平台，系统储存相关数据，便于后期历史调用。
(5)监控室可实时在线监测各类仪表测量数据及历史数据，通过电脑、手机、车载设备登录应用平台105也可以在线监控各油井运行情况。
图2为抽油机启停控制原理图，操作人员可通过登录管理平台设定好各油井动液面的上下限值，抽油机停机时，油井液面开始恢复，当测量到液面高度上升至上限高度时，系统控制抽油机开机抽油，随着原油开采，油井动液面下降，当动液面下降至设定的下限高度时，抽油机停机，油井液面开始恢复，当测量到液面高度上升至上限高度时，系统控制抽油机开机抽油。
图3为抽油机变频优化控制原理图，具体流程如下：
(1)抽油机工作时，抽油机变频控制模块102控制抽油机开机，并以50HZ频率运行。
(2)智能管理模块104分析当前抽油机运行参数(包括动液面、示功图、载荷、冲次、泵效等)，判断抽油机的变频控制方式：动液面上升时，增加抽油机频次，使抽油机处于最佳运行工况；动液面下降时，减小抽油机频次，使抽油机处于最佳运行工况。
(3)当抽油机需要变频控制时，智能管理模块104控制抽油机变频控制模块102对现运行频率值每次减小0.5Hz，分析对应的抽油效率，抽油效率可通过泵效冲次得到，最大抽油效率对应的频率(冲次)则为最优化频率。
(4)当动液面再次变化时，重复上述操作，使抽油机始终处于最优化工况运行。
(5)当油井动液面降低至下限时或泵效低于设定下线时，抽油机变频控制模块102控制抽油机停机。
最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种油井优化控制管理系统，其特征在于：包括数据采集模块(101)、抽油机变频控制模块(102)、通讯模块(103)、智能管理模块(104)和应用平台(105)；
所述的数据采集模块(101)用于对油井、井场、管理区、采油厂、数据中心的测量仪表进行数据采集；
所述的通讯模块(103)将数据采集模块(101)采集的数据通过油井、井场、管理区、采油厂逐层快速传递到数据中心；
所述的智能管理模块(104)采用嵌入式系统，用于控制抽油机的运行情况、监测油井实时数据，并针对各油井运行情况智能分析做出相关控制指令及预警，实现油井优化控制与智能管理；
所述的抽油机变频控制模块(102)用于根据智能管理模块(104)发出的控制指令控制抽油机的工作频率或启停状态；
所述的应用平台(105)为实时展现油井优化控制管理系统的窗口，用户通过登录应用平台，能够查阅所需油井在线测量信息与历史数据，根据需求对运行的相关参数调整或者控制抽油机启停及调整抽油机冲次。
2.如权利要求1所述的管理系统，其特征在于：所述的数据采集模块(101)采集的数据包括油井的温度、压力、动液面、示功图、功率、电流、视频、报警信息数据。
3.如权利要求1所述的管理系统，其特征在于：所述的通讯模块(103)具有工业物联网通讯功能、数据通讯近距离有线通信及远距离无线通信功能，传感器至RTU之间通过近距离有线通信方式，远距离通信通过物联网网卡实现，无线通讯为采用RF433/315M或Zigbee无线通讯。
4.如权利要求1所述的管理系统，其特征在于：所述的应用平台(105)能够通过电脑、手机、车载设备登录IP地址或下载APP安装登录。
5.一种基于权利要求1管理系统的油井优化控制管理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、通过数据采集模块(101)采集油井的温度、压力、动液面、示功图、功率、电流、视频、报警信息数据；
(2)、实时数据通过电缆或导线汇聚至RTU；
(3)、通讯模块(103)将各油井RTU汇聚的测量数据经过油井、井场、管理区、采油厂逐层传递，汇聚至数据中心；
(4)、智能管理模块(104)将汇聚海量在线测量数据智能分析并生产报表、曲线，并将相关报表、曲线上传至应用平台(105)和系统储存相关数据；
(5)、监控室实时在线监测各类仪表测量数据及历史数据，通过登录应用平台(105)在线监控各油井运行情况。
6.一种基于权利要求1管理系统的抽油机变频控制方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、抽油机工作时，抽油机变频控制模块(102)控制抽油机开机运行；
(2)、智能管理模块(104)分析当前抽油机运行参数，判断抽油机的变频控制方式：动液面上升时，增加抽油机频次，使抽油机处于最佳运行工况；动液面下降时，减小抽油机频次，使抽油机处于最佳运行工况；
(3)、当抽油机需要变频控制时，智能管理模块(104)控制抽油机变频控制模块(102)对现运行频率值每次减小0.5Hz，分析对应的抽油效率，抽油效率，最大抽油效率对应的频率或冲次即为最优化频率；
(4)、当动液面再次变化时，重复步骤(2)和(3)，使抽油机始终处于最优化工况运行；
(5)、当油井动液面降低至下限时或泵效低于设定下线时，抽油机变频控制模块(102)控制抽油机停机。
7.如权利要求6所述控制方法，其特征在于：步骤(1)抽油机开机以50HZ频率运行。
8.如权利要求6所述控制方法，其特征在于：步骤(2)中智能管理模块(104)分析当前抽油机运行参数包括动液面、示功图、载荷、冲次、泵效。
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