CN110617038A - 一种基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置，包括：监测控制设备、示功仪、变频器、转速传感器和通讯模块；监测控制设备与通讯模块间相互连接，通讯模块的输出端依次连接变频器、驱动单元、抽油机、示功仪后与通讯模块的输入端连接，驱动单元还通过转速传感器与通讯模块连接，抽油机还连接后续抽油机构，监测控制设备包括控制面板、存储器和专家分析系统；本发明利用专家分析系统对现场所得抽油机动力工况，油井产能工况等进行模拟分析，得出抽油机电机的最佳驱动规律曲线，从而自适应改变抽油机电机驱动方式实现柔性控制，使其与现场所采油井的工况相匹配，提高抽油效率、减少抽油消耗、增加抽油系统的寿命。

Description

一种基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置
技术领域
本发明涉及采油技术领域，尤其是涉及一种基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置。
背景技术
游梁式抽油机是现今使用最早，最普遍的抽油机。但随着油田开采进入中后期，游梁式抽油机原有的匀速驱动并不适应各种复杂生产工况，因此需求对抽油过程进行适应性控制，油田变频控制电机转速技术由此得到了广泛的发展与应用。现有的变频控制电机转速技术是依据下泵的深度以及测量的动液面深度来判断井下的供液情况，或者通过测算电动机的电能效率等变频调节电机转速。但它们没有明确适应不同生产工况的不同抽油机电机最佳驱动规律曲线，使抽油泵效率最佳。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置，包括：监测控制设备、示功仪、变频器、转速传感器和通讯模块；其中：
所述监测控制设备与所述通讯模块间相互连接，所述通讯模块的输出端依次连接变频器、驱动单元、抽油机、示功仪后与通讯模块的输入端连接，所述驱动单元还通过转速传感器与通讯模块连接，所述抽油机还连接后续抽油机构，所述监测控制设备包括控制面板、存储器和专家分析系统。
进一步，专家分析系统是一种模拟分析装置，包括链轮传动调速单元、流量调节单元和配重摩擦单元，还包括参数分析与计算单元、链轮生产单元、模拟抽油机单元和井下模拟单元，所述参数分析与计算单元连接监测控制设备，还依次连接链轮生产单元、链轮传动调速单元、模拟抽油机单元、模拟示功仪后与监测控制设备的输入端连接，所述模拟抽油机单元还连接井下模拟单元，所述链轮传动调速单元通过模拟驱动单元驱动，所述模拟抽油机的泵入口和泵出口均设有流量调节单元，所述井下模拟单元包括模拟抽油杆和模拟抽油泵，所述模拟抽油杆上设有配重摩擦单元。
进一步，后续抽油机构包括抽油泵和抽油杆。
进一步，通讯模块为有线通讯模块或无线通讯模块或有线和无线相结合的通讯模块。
进一步，示功仪设置在游梁式抽油机悬绳器上。
进一步，驱动单元包括电动机和减速机，所述转速传感器设置在电动机输出轴上。
进一步，模拟驱动单元包括依次连接的模拟电动机和模拟减速机，所述链轮传动调速单元包括设置在模拟减速机输出轴上的主动圆链轮，所述主动圆链轮和从动链轮间通过传动链连接，所述传动链上设有张紧机构，所述从动链轮上同轴安装有曲柄，所述曲柄通过连杆连接模拟抽油机单元，所述主动链轮为圆链轮，所述从动链轮为椭圆形链轮。
进一步，配重摩擦单元包括螺钉、螺纹挡圈、弹簧、左摩擦套、摩擦轮、轴承、右摩擦套和标尺，所述螺钉套设在摩擦轮内，且所述螺钉与摩擦轮间设有轴承，所述螺钉上摩擦轮的两侧设有左摩擦套和右摩擦套，设有左摩擦套的螺钉一端处设有螺纹挡圈，所述螺纹挡圈沿螺钉旋转移动，且螺纹挡圈与左摩擦套间设有弹簧，所述标尺设置在弹簧下部处。
本发明的有益效果是：本发明利用专家分析系统对现场所得抽油机动力工况，油井产能工况等进行模拟分析，得出抽油机电机的最佳驱动规律曲线，从而自适应改变抽油机电机驱动方式实现柔性控制，使其与现场所采油井的工况相匹配，提高抽油效率、减少抽油消耗、增加抽油系统的寿命，经试验，采用专家分析系统，使得抽油效率增效25％。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明专家分析系统流程图；
图3是本发明专家分析系统结构示意图；
图4是本发明链轮传动调速单元结构示意图一；
图5是本发明链轮传动调速单元结构示意图二；
图6是本发明配重摩擦单元结构示意图；
图7是本发明实施例1流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1至图6所示一种基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置，包括：监测控制设备1、示功仪2、变频器3、转速传感器4和通讯模块5；其中：通讯模块5为有线通讯模块或无线通讯模块或有线和无线相结合的通讯模块；
如图1所述监测控制设备1与通讯模块5间相互连接，通讯模块5的输出端依次连接变频器3、驱动单元、抽油机7、示功仪2后与通讯模块5的输入端连接，所述驱动单元还通过转速传感器4与通讯模块5连接，抽油机7还连接后续抽油机构8，监测控制设备1包括控制面板11、存储器12和专家分析系统13；驱动单元包括电动机61和减速机62，所述转速传感器4设置在电动机61输出轴上；后续抽油机构包括抽油泵和抽油杆；示功仪2设置在游梁式抽油机悬绳器A上；
监测控制设备1相当于“大脑”、安装在游梁式抽油机悬绳器处的示功仪相当于用于检测载荷和位移的“右手”、用于调节抽油机电机转速的变频器相当于“左手”、安装在电机输出轴处的用于检测电机转速的转速传感器相当于“眼睛”、用于接收和发送信息的通讯模块相当于“神经”，监测控制设备包括用于显示和人工操作的控制面板、用于储存信息的存储器、以及用于依据现场工况进行模拟分析的专家分析系统。该装置与游梁式抽油机相结合，构成一套抽油分析与控制系统。
如图2和图3所述专家分析系统13是一种模拟分析装置，包括链轮传动调速单元131、流量调节单元132和配重摩擦单元133，还包括参数分析与计算单元134、链轮生产单元135、模拟抽油机单元136和井下模拟单元137，参数分析与计算单元134连接监测控制设备1，还依次连接链轮生产单元135、链轮传动调速单元131、模拟抽油机单元136、模拟示功仪139后与监测控制设备1的输入端连接，所述模拟抽油机单元136还连接井下模拟单元137，所述链轮传动调速单元131通过模拟驱动单元130驱动，模拟抽油机136的泵入口和泵出口均设有流量调节单元132，用于模拟油井产能工况；井下模拟单元137包括模拟抽油杆1371和模拟抽油泵1372，模拟抽油杆1371上设有配重摩擦单元133。
模拟驱动单元包括依次连接的模拟电动机1301和模拟减速机1302，专家分析系统是一套基于模拟抽油实验技术装置，在原有装置的减速箱62和抽油机7之间安装有链轮传动调速单元，如图4和图5所示，链轮传动调速单元包括设置在模拟减速机1302输出轴上的主动圆链轮1311，主动圆链轮1311和从动链轮1312间通过传动链1313连接，传动链1313上设有张紧机构1314，从动链轮1312上同轴安装有曲柄1315，曲柄1315通过连杆1316连接模拟抽油机单元136，主动链轮1311为圆链轮，从动链轮1312为椭圆形链轮，链轮传动调速单元依据公式V＝WR，V是圆链轮即主动链轮的链条的线速度，R是从动链轮的旋转半径，W是从动链轮的角速度，在链条的线速度V不变的情况下，从动链轮变化的轮廓曲线，即旋转半径R变化，则从动链轮角速度W变化，进而使得与从动链轮同轴的曲柄旋转发生变化，通过模拟抽油机带动模拟抽油杆在上下冲程中进行变速运动。
如图6所示，配重摩擦单元包括螺钉1331、螺纹挡圈1332、弹簧1333、左摩擦套1334、摩擦轮1335、轴承1336、右摩擦套1337和标尺1338，螺钉1331套设在摩擦轮1335内，且螺钉1331与摩擦轮1335间设有轴承1336，螺钉1331上摩擦轮1335的两侧设有左摩擦套1334和右摩擦套1337，设有左摩擦套1334的螺钉一端处设有螺纹挡圈1332，螺纹挡圈1332沿螺钉1331旋转移动，且螺纹挡圈1332与左摩擦套1334间设有弹簧1333，标尺1338设置在设置在弹簧下部设，用于测量弹簧的压缩距离；通过旋动螺纹挡圈1332压缩弹簧1333，进而加大左摩擦套1334和右摩擦套1337两者与摩擦轮1335之间的摩擦力，使得摩擦轮1335的转动难度增大，从而改变钢丝绳与摩擦轮1335之间的摩擦力，实现配重；使用标尺1338测量出弹簧的压缩距离，从而计算配重的大小。
本装置在使用时，利用示功仪采集一个正常周期内的游梁式抽油机悬绳器处载荷和位移的信息，并将所采集信息通过通讯模块传输到监测控制设备，这些载荷和位移的信息经过处理后形成示功图并显示在监测控制设备的控制面板上，用于结合地层压力解析出流量特征。利用监测控制设备的专家分析系统对现场所得抽油机动力工况，油井产能工况等进行模拟分析，得出抽油机电机的最佳驱动规律曲线，并将这条驱动规律曲线显示在监测控制设备的控制面板上且编写成指令代码。这些指令代码将与示功图一并记录在监测控制设备的存储器中，同时通过通讯模块传输到变频器。变频器根据代码调节输出频率，控制抽油机电机转速，同时利用转速传感器采集抽油机电机转速的信息，并将所采集信息通过通讯模块传输到监测控制设备。这些抽油机电机转速的信息经过处理后形成当前驱动规律曲线并显示在监测控制设备的控制面板上，与最佳驱动规律曲线相对照。
专家分析系统依据现场所得抽油机驱动工况，油井产能工况等地层压力、动液压特征，通过计算分析模块得出预期驱动规律曲线，根据曲线加工出相应从动链轮，并将链轮安装到模拟实验装置中进行分析测试，评价规律曲线的合理性，之后将规律曲线形成数控变频程序，用于油井生产。
实施例1：如图7所示，图7中模拟装置包括模拟驱动单元、链轮传动调速单元、模拟抽油机单元、井下模拟单元和模拟示功仪；以江苏油田X井为例，冲程2.86米，冲次为2.8，泵径31毫米，泵深1601.80米，最大载荷48.73kN，最小载荷21.96kN，日产液量2.99立方米。油井系统运行时通过示功仪得到示功图。将示功图输入专家系统的监测控制设备，经参数分析与计算单元得出从动链轮轮廓为椭圆形，因此生产制作出从动椭圆链轮长短轴比2:1，旋转中心为长轴上偏置，主从链轮齿数比1:1，专家分析系统各单元模拟该井各项参数，试验得出抽油效率提升25％，模拟示功仪显示的示功图接近标准。将专家系统得出的规律曲线转化为变频代码，应用于江苏油田X井，系统运行结果与专家系统一致。
需要强调的是：以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置，其特征在于，包括：监测控制设备、示功仪、变频器、转速传感器和通讯模块；其中：
所述监测控制设备与所述通讯模块间相互连接，所述通讯模块的输出端依次连接变频器、驱动单元、抽油机、示功仪后与通讯模块的输入端连接，所述驱动单元还通过转速传感器与通讯模块连接，所述抽油机还连接后续抽油机构，所述监测控制设备包括控制面板、存储器和专家分析系统。
2.根据权利要求1所述基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置，其特征在于，所述专家分析系统是一种模拟分析装置，包括链轮传动调速单元、流量调节单元和配重摩擦单元，还包括参数分析与计算单元、链轮生产单元、模拟抽油机单元和井下模拟单元，所述参数分析与计算单元连接监测控制设备，还依次连接链轮生产单元、链轮传动调速单元、模拟抽油机单元、模拟示功仪后与监测控制设备的输入端连接，所述模拟抽油机单元还连接井下模拟单元，所述链轮传动调速单元通过模拟驱动单元驱动，所述模拟抽油机的泵入口和泵出口均设有流量调节单元，所述井下模拟单元包括模拟抽油杆和模拟抽油泵，所述模拟抽油杆上设有配重摩擦单元。
3.根据权利要求1所述基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置，其特征在于，所述后续抽油机构包括抽油泵和抽油杆。
4.根据权利要求1所述基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置，其特征在于，所述通讯模块为有线通讯模块或无线通讯模块或有线和无线相结合的通讯模块。
5.根据权利要求1所述基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置，其特征在于，所述示功仪设置在游梁式抽油机悬绳器上。
6.根据权利要求1所述基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置，其特征在于，所述驱动单元包括电动机和减速机，所述转速传感器设置在电动机输出轴上。
7.根据权利要求1所述基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置，其特征在于，所述模拟驱动单元包括依次连接的模拟电动机和模拟减速机，所述链轮传动调速单元包括设置在模拟减速机输出轴上的主动圆链轮，所述主动圆链轮和从动链轮间通过传动链连接，所述传动链上设有张紧机构，所述从动链轮上同轴安装有曲柄，所述曲柄通过连杆连接模拟抽油机单元，所述主动链轮为圆链轮，所述从动链轮为椭圆形链轮。
8.根据权利要求2所述基于自适应分析的抽油驱动控制和检测分析装置，其特征在于，所述配重摩擦单元包括螺钉、螺纹挡圈、弹簧、左摩擦套、摩擦轮、轴承、右摩擦套和标尺，所述螺钉套设在摩擦轮内，且所述螺钉与摩擦轮间设有轴承，所述螺钉上摩擦轮的两侧设有左摩擦套和右摩擦套，设有左摩擦套的螺钉一端处设有螺纹挡圈，所述螺纹挡圈沿螺钉旋转移动，且螺纹挡圈与左摩擦套间设有弹簧，所述标尺设置在弹簧下部处。
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