CN111088976A - 抽油机效率的监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种抽油机效率的监测系统及方法，其中，该系统包括：设计的抽油机效率的监测系统，控制设备用于同时向无线示功仪和无线电参采集装置下发采集指令，使得无线示功仪和无线电参采集装置同时进行采集数据，后续控制设备接收到反馈的载荷和/或位移数据，和电参数据后，尽快确定抽油机的工作效率。采用上述方案，解决了相关技术中抽油机的效率监测操作流程复杂的问题，实时准确地确定了抽油机的每个时刻的工作效率，进一步确定当前抽油机的节能效率。

Description

抽油机效率的监测系统及方法

技术领域

本申请涉及开采领域，具体而言，涉及一种抽油机效率的监测系统及方法。

背景技术

在相关技术中，机械采油(抽油机)系统是油田生产第一用电大户，油田抽油机的节能监测是油田节能生产的一项重要工作。目前的抽油机节能监测工作主要内容是测量抽油机示功图、泵的电参数、井下动态液面，以及现场人工记录抽油机井号、电机参数、套管压力、温度。涉及的仪器设备主要包括示功图监测设备、电参数监测设备和动液面测试设备，三套测试设备分别独立运行，功图数据、电参数、动态液面数据存储在设备内，现场测试完成后，回到办公场所再通过各自的软件从设备存储器导出数据，人工统计到分析表格中，计算分析抽油机的能耗情况，进行节能的评价。

针对相关技术中抽油机的效率监测操作流程复杂的问题，目前还没有有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种抽油机效率的监测系统及方法，以至少解决相关技术中抽油机的效率监测操作流程复杂的问题。

根据本申请的一个实施例，提供了一种抽油机效率的监测系统，包括：控制设备，用于同时向无线示功仪和无线电参采集装置下发采集指令，以及依据反馈的数据确定抽油机的工作效率；所述无线示功仪，用于在接收所述采集指令后，采集所述抽油机的载荷和/或位移数据，并反馈所述载荷和/或位移数据至所述控制设备；所述无线电参采集装置，用于在接收所述采集指令后，采集所述抽油机的电参数据，并反馈所述电参数据至所述控制设备。

根据本发明的另一个实施例，还提供了一种抽油机状态的监测方法，包括：接收采集指令；依据所述采集指令同时触发无线示功仪，无线电参采集装置开始采集抽油机的状态数据；接收所述无线示功仪和所述无线电参采集装置分别反馈的采集数据，依据所述采集数据确定抽油机状态。

根据本申请的又一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

根据本申请的又一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

通过本申请设计的抽油机效率的监测系统，控制设备用于同时向无线示功仪和无线电参采集装置下发采集指令，使得无线示功仪和无线电参采集装置同时进行采集数据，后续控制设备接收到反馈的载荷和/或位移数据，和电参数据后，尽快确定抽油机的工作效率。采用上述方案，解决了相关技术中抽油机的效率监测操作流程复杂的问题，实时准确地确定了抽油机的每个时刻的工作效率，进一步确定当前抽油机的节能效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请的抽油机效率的监测系统示意图；

图2是根据本申请实施例的一种抽油机效率的监测方法的流程图；

图3是根据本申请的抽油机节能监测同步采集分析系统的结构图；

图4是根据本申请的无线示功仪的示意图；

图5是根据本申请的应用上述抽油机节能监测同步采集分析系统的实体示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

相关技术中，示功图监测设备采用的是应变力传感器测量载荷，拉绳式位移传感器测量油杆位移，高精度的电能分析仪表测量电参数，声波测量井下液面深度。

相关技术中的现场抽油机节能监测工作存在的不足有：

1、数据采集没有同步，缺少结合电参数直观判断井底的设备工作状况的基础数据。抽油机测试后整合的数据(示功图、电参数)不在同一周期，电参数采集点数少，无法取出一个完整冲次周期的点，无法绘制同步与示功图的同一点采集时的电流、电压、有功、功率因数等电参数的变化，缺少了结合电参数协助判断分析抽油机工况的一种手段。

2、相关技术中的拉绳式位移传感器操作不便，易损坏。在油田的作业环境下，如果稍有疏忽，拉线脱钩或断线后会迅速卷回；由于拉线很长，在弹簧力的持续加速下，最后以极高的速度撞击传感器的外壳，往往造成传感器外壳受损或使得拉线完全卷入内部，直至弹簧的弹力全部释放。给使用带来了诸多不便、甚至传感器还需要重新标定。

3、动液面测试没有自动控制，存在一定操作风险。高压井现场动液面测试时，操作人员在井口手动拉动气枪枪栓，操作有一定风险。

4、现场不能立即出监测结果，复杂条件下，需要往返现场，重复测试工作。受现场和仪器条件限制，监测数据采用人工抄录，返回基地后再人工录入，然后才能进行数据分析处理，不仅人工工作量大、易发生输入错误，而且不易及时发现测试数据异常等方面的问题，引起重复监测提高成本，同时数据处理周期长，不能准确及时的向生产现场提供监测结果并指导其调整，影响油田公司整体节能管理水平。

国内各个油田近十年来抽油机自动化过程控制项目中，基本能实现抽油机功图、电参数、动液面的自动采集监测，但其采用的传感器精度不高，位移传感器多数采用测量角位移、加速度的传感器，再通过计算转换成位移，误差较大。示功图点数在200点左右，精度只能达到1％。在油田采油中大量使用的抽油机，都是由异步电机做动力的，其负载特性为周期性位能负载，而一般的电参数测量仪表不能正确测量这类负载的电参数。抽油机自动控制系统考虑到成本，电参数测量仪表基本上是国内厂家研发生产，电参数测量仪表及电能的计算处理方式各个厂家存在差异，计量的精度也不高，表的等级一般在1.0级。而目前节能监测工作使用的电参数测量仪器等级是0.25，随着电参数测量技术的提高，仪器的更新换代也很快，几年就有新技术出现，节能监测的电参数测量仪器也不断更新，使用最新的技术。在节能监测过程中电参数测量仍以人工操作，监测数据存储在仪器设备中，节能监测工作中要求设备安装、拆卸的便携性、移动性，电源的独立性，都是现有抽油机自动化控制系统不具备的。因此抽油机自动化控制系统中对抽油机监测的设备不适用于节能监测工作。

根据本申请的一个实施例，提供了一种抽油机效率的监测系统，图1是根据本申请的抽油机效率的监测系统示意图，如图1所示，包括：

控制设备102，用于同时向无线示功仪104和无线电参采集装置106下发采集指令，以及依据反馈的数据确定抽油机的工作效率；

所述无线示功仪104，用于在接收所述采集指令后，采集所述抽油机的载荷和/或位移数据，并反馈所述载荷和/或位移数据至所述控制设备102；

所述无线电参采集装置106，用于在接收所述采集指令后，采集所述抽油机的电参数据，并反馈所述电参数据至所述控制设备102。

可以理解的是，无线电参采集装置，无线示功仪和控制设备之间可以通过无线连接进行数据传输，但是不限定是否有线连接。无线连接较为便利，设置较为方便。

通过本申请设计的抽油机效率的监测系统，控制设备用于同时向无线示功仪和无线电参采集装置下发采集指令，使得无线示功仪和无线电参采集装置同时进行采集数据，后续控制设备接收到反馈的载荷和/或位移数据，和电参数据后，尽快确定抽油机的工作效率。采用上述方案，解决了相关技术中抽油机的效率监测操作流程复杂的问题，实时准确地确定了抽油机的每个时刻的工作效率，进一步确定当前抽油机的节能效率。

可选地，所述无线示功仪104包括无线载荷装置和/或无线位移装置，其中，所述无线载荷装置，用于在接收到所述采集指令后，依据应变力传感器采集所述抽油机的载荷；所述无线位移装置，用于在接收到所述采集指令后，通过激光传感器采集抽油杆的运动位移。

无线载荷装置，和无线位移装置均可以设置于抽油机的油井上方的悬绳处。

可选地，所述无线载荷装置和所述无线位移装置满足以下特征至少之一：所述无线载荷装置和所述无线位移装置的采集频率为20ms；所述无线载荷装置和所述无线位移装置采集到800个点的数据时，向所述控制设备102反馈采集的数据。

可选地，所述无线载荷装置包括以下部件至少之一：应变力传感器，MSP430单片机(混合信号处理器，Mixed Signal Proccessor，简称为MSP)，24位A/D转换芯片、490M无线数传模块，锂电池。

可选地，所述无线位移装置包括以下部件至少之一：激光传感器、MSP430单片机，24位A/D转换芯片、490M无线数传模块，锂电池。

可选地，所述无线电参采集装置106连接有3169钳位计；所述3169钳位计用于通过多路采样通道获取多路电参数据，其中，所述电参数据包括以下至少之一：有功，电流，电压，功率因数；以及用于传输所述电参数据至所述无线电参采集装置106。

可选地，所述无线电参采集装置106通过1路RS232串口获取所述3169钳位计采集的电能质量分析数据。

可选地，所述控制设备102在接收到反馈的数据后，还用于：确定载荷和位移对应的示功图；同步于所述示功图绘制以下示意图至少之一：电流与位移的示意图，有功与位移的示意图，功率因数与位移的示意图，电压与位移的示意图；依据所述示功图和至少之一示意图，确定所述抽油机的工作效率。

可选地，所述系统还包括：无线动液面装置，用于接收所述控制设备102的第二采集指令，通过采集回声波的方式确定所述抽油机对应的油井的液面深度，反馈所述液面深度至所述控制设备102。需要补充的是，第二采集指令与之前的采集指令可以是同一个指令，或者是采集指令之后发送第二采集指令，此处，不做限定。

在本实施例中提供了一种运行于上述监测系统的抽油机效率的监测方法，图2是根据本申请实施例的一种抽油机效率的监测方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S202，接收采集指令；

步骤S204，依据所述采集指令同时触发无线示功仪，无线电参采集装置开始采集抽油机的状态数据；

步骤S206，接收所述无线示功仪和所述无线电参采集装置分别反馈的采集数据，依据所述采集数据确定抽油机状态。

通过上述步骤，同时向无线示功仪和无线电参采集装置下发采集指令，使得无线示功仪和无线电参采集装置同时进行采集数据，后续控制设备接收到反馈的载荷和/或位移数据，和电参数据后，尽快确定抽油机的工作效率。采用上述方案，解决了相关技术中抽油机的效率监测操作流程复杂的问题，实时准确地确定了抽油机的每个时刻的工作效率，进一步确定当前抽油机的节能效率。

可选地，所述无线示功仪包括无线载荷装置和/或无线位移装置，依据所述采集指令同时触发无线示功仪，无线电参采集装置开始采集抽油机的状态数据，包括以下至少之二：触发所述无线载荷采集装置依据应变力传感器采集所述抽油机的载荷；触发所述无线位移装置通过激光传感器采集抽油杆的运动位移；触发所述无线电参采集装置通过A/D采样4路3169钳位计，采集所述抽油机的电参数据。

可选地，接收采集指令之后，所述方法还包括：触发无线动液面装置采集所述抽油机对应的油井的液面深度；并接收所述无线动液面装置反馈的所述液面深度。

可选地，接收所述无线示功仪和所述无线电参采集装置分别反馈的采集数据，依据所述采集数据确定抽油机状态，包括：依据反馈的采集数据绘制同步曲线，其中，所述同步曲线包括：电参和位移的曲线，载荷和位移的曲线，其中，所述位移和所述载荷均由所述无线示功仪采集并反馈。

本申请文件中的实施例的实现目的包括以下3个方面：

1、解决抽油机节能监测数据同步采集问题，增加判断抽油机工作状态的基础分析数据，更准确的判断抽油机的故障点；

2、配套系统可实现现场出具监测结果和节能评价结果；

3、解决位移传感器存在的易损坏，操作不便问题。

本申请主要包括用于抽油机节能监测同步采集分析系统，图3是根据本申请的抽油机节能监测同步采集分析系统的结构图，如图3所示，该系统结构包括：包括无线载荷装置、无线位移装置(无线载荷装置和无线位移装置统称为无线式示功仪)、3169钳位计、无线电参采集装置、无线动液面装置，无线视频装置、现场便携本、配套软件部分及通信模块、远程专家操作站。

第一部分、无线式示功仪包括无线载荷装置和无线位移装置

图4是根据本申请的无线示功仪的示意图，如图4所示，包括应力感应单元，载荷传感器转换电路，高能量电池，电源调制解调单元，CPU处理单元，无线通讯单元，A/D信号处理单元，位移传感器。

无线载荷装置采用高精度应变力传感器(图4中的应力感应单元的具体实施例)，低功耗MSP430单片机，24位高精度A/D转换芯片、490M无线数传模块，锂电池及配套电路设计完成。无线载荷装置具有1路0.5％高精度载荷采集，1路低频490M无线数据传输。

无线位移装置采用高精度激光传感器(图4中的位移传感器的具体实施例)、低功耗MSP430单片机，24位高精度A/D转换芯片、490M无线数传模块，锂电池及配套电路设计完成。使得无线位移装置具有1路高精度位移采集，重复精度5mm，1路低频490M无线数据传输。

两个装置接收上位机发送的同一个命令1，同时开始测量、存储，数据采集频率最快20ms(可调)，存储800个点。采集存储完后，发送结束标志，接收上位机数据请求，回传800个点数据。上位软件处理数据，绘制示功图。需要补充的是，本申请文件中的上位机相当于上述实施例中的控制设备，可以是笔记本等设备。

第二部分、3169钳位计无线电参采集装置采用低功耗MSP430单片机，24位高精度A/D转换芯片、490M无线数传模块，max232转换芯片、锂电池及配套电路设计完成，具有4路电压采集通道，1路RS232串口，1路低频490M无线数据传输。该装置无线接收到上位机发送的命令1，和无线式示功仪同时开始采集4路3169钳位计电压数据(有功、电流、电压、功率因数)，采集频率、存储点数相同。上位机绘制完全同步于示功图的同一个冲程的电流/位移、有功/位移、功率因数/位移、电压/位移。1路RS232串口与3169钳位计串口连接，采集、存储、分析、转发3169钳位计其余的电能质量分析数据。

第三部分、无线动液面装置利用现有的自动控制动液面设备，加装串口采集，无线转发装置。

第四部分、采集现场3套设备(上述的无线电参采集装置，无线动液面装置，无线式示功仪)的数据，自动绘制曲线，计算示功图面积、液面深度、平衡度、抽油机光杆功率、地面效率、井下效率等节能评价数据，自动出评价报告，自动记录原始数据报表，根据知识库进行基本的分析判断。

第五部分、无线载荷装置安装在悬绳处，利用应变力传感器采集抽油机载荷，接收上位机无线命令，进行采集、存储、发送。

无线电参采集装置通过A/D采样4路3169钳位计的输出，得到实时的电流、电压、有功、功率因数。通过RS232口，得到3169钳位计监测的其他电力参数。

无线动液面装置接收上位机无线命令，发枪，采集回声波，得到液面深度，数据回传上位机。

第六部分、现场便携本上位软件系统，接收现场设备490M低频无线信号，绘制同步曲线、功图、动液面曲线、节能效率计算，现场出节能检测报告。

第七部分、同步采集的实现方式：

现场便携本上位节能监测软件无线发送采集命令1(相当于上述实施例中的采集指令)，无线载荷装置、无线位移装置、无线电参采集装置接收到命令1，同时开始采集数据，采集频率统一，最快20ms(可设置)，采集存储点数一致，存储800个点。

采集结束后，自动停止，3个设备相继延时间隔一定时间，向上位机返回采集成功标志。上位机依次读取3个设备存储的数据，根据同步数据判断上下冲程，绘制5条同步曲线，即同一个冲程的电流/位移、有功/位移、功率因数/位移、电压/位移、载荷/位移(示功图)曲线。增加了前四条同步曲线后，可增加判断抽油机工作状态的基础分析数据，能更准确的判断抽油机的故障点。

图5是根据本申请的应用上述抽油机节能监测同步采集分析系统的实体示意图，如图5所示，其中，包括抽油机，无线示功仪(相当于上述的无线式示功仪)，无线采集装置(相当于上述实施例中的无线电参采集装置)，动液面测试仪(相当于上述实施例中的无线动液面装置)，电能综合测试仪(相当于上述实施例中的控制设备的一部分)。

应用上述抽油机节能监测同步采集分析系统的实施例包括以下步骤：

步骤一、无线载荷和位移装置安装在悬绳处，无线载荷利用应变力传感器采集抽油机载荷，接收上位机无线命令，进行采集、存储、发送。

位移装置利用激光传感器采集抽油机油杆的运动位移，接收上位机无线命令，进行采集、存储、发送。

步骤二、无线电参采集装置通过A/D采样4路3169钳位计的输出，得到实时的电流、电压、有功、功率因数。通过RS232口，得到3169钳位计监测的其他电力参数。

步骤三、无线动液面装置接收上位机无线命令，发枪，采集回声波，得到液面深度，数据回传上位机。

步骤四、现场便携本上位软件系统，接收现场设备490M低频无线信号，绘制同步曲线、功图、动液面曲线、节能效率计算，现场出具节能检测报告。

采用上述技术方案，本申请抽油机节能监测无线同步采集分析评价系统，满足或高于目前油田抽油机节能监测精度及数据量要求，采集频率最快20ms，示功图点数由每冲程200－256点提高到每冲程大于等于400点，节能计算的重要参数(平衡度、功图面积等)计算更为准确。

实现电参数和示功图的实时同步数据采集，采集的数据通过配套软件系统实现实时图形显示，增加了判断抽油机工作状态的手段，提高了节能监测数据的可分析性。

实现油田抽油机节能监测测试数据自动处理和评价分析，大大减轻了油田抽油机节能监测的人工工作量，避免人工输入错误，有效减少节能计算分析周期和复测率。

解决了拉绳式位移传感器操作不便，易损坏的问题。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

根据本申请的又一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

根据本申请的又一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抽油机效率的监测系统，其特征在于，包括：

控制设备，用于同时向无线示功仪和无线电参采集装置下发采集指令，以及依据反馈的数据确定抽油机的工作效率；

所述无线示功仪，用于在接收所述采集指令后，采集所述抽油机的载荷和/或位移数据，并反馈所述载荷和/或位移数据至所述控制设备；

所述无线电参采集装置，用于在接收所述采集指令后，采集所述抽油机的电参数据，并反馈所述电参数据至所述控制设备。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线示功仪包括无线载荷装置和/或无线位移装置，其中，

所述无线载荷装置，用于在接收到所述采集指令后，依据应变力传感器采集所述抽油机的载荷；

所述无线位移装置，用于在接收到所述采集指令后，通过激光传感器采集抽油杆的运动位移。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述无线载荷装置和所述无线位移装置满足以下特征至少之一：

所述无线载荷装置和所述无线位移装置的采集频率为20ms；

所述无线载荷装置和所述无线位移装置采集到800个点的数据时，向所述控制设备反馈采集的数据。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述无线载荷装置包括以下部件至少之一：

应变力传感器，MSP430单片机，24位A/D转换芯片、490M无线数传模块，锂电池。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述无线位移装置包括以下部件至少之一：

激光传感器、MSP430单片机，24位A/D转换芯片、490M无线数传模块，锂电池。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线电参采集装置连接有3169钳位计；

所述3169钳位计用于通过多路采样通道获取多路电参数据，其中，所述电参数据包括以下至少之一：有功，电流，电压，功率因数；

以及用于传输所述电参数据至所述无线电参采集装置。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述无线电参采集装置通过1路RS232串口获取所述3169钳位计采集的电能质量分析数据。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述控制设备在接收到反馈的数据后，还用于：

确定载荷和位移对应的示功图；

同步于所述示功图绘制以下示意图至少之一：电流与位移的示意图，有功与位移的示意图，功率因数与位移的示意图，电压与位移的示意图；

依据所述示功图和至少之一示意图，确定所述抽油机的工作效率。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

无线动液面装置，用于接收所述控制设备的第二采集指令，通过采集回声波的方式确定所述抽油机对应的油井的液面深度，反馈所述液面深度至所述控制设备。

10.一种抽油机状态的监测方法，其特征在于，包括：

接收采集指令；

依据所述采集指令同时触发无线示功仪，无线电参采集装置开始采集抽油机的状态数据；

接收所述无线示功仪和所述无线电参采集装置分别反馈的采集数据，依据所述采集数据确定抽油机状态。

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