CN111810126A - 提高游梁式抽油机泵效的自动控制设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉石油排采工艺技术领域，尤其涉及一种提高游梁式抽油机泵效的自动控制设备和方法。本申请提供的提高游梁式抽油机泵效的自动控制方法，包括：设置在所述抽油机上的采集模块，用于采集载荷信号和游梁角度信号；连接所述采集模块的第一控制器，接收并基于所述载荷信号和游梁角度信号，绘制示功图；连接所述第一控制器的第二控制器，基于所述示功图和预设数据确定所述抽油机的实际充满度；连接所述第二控制器的第三控制器，用于基于所述实际充满度的变化调节所述抽油机的驱动电机的转速，以在不改变抽油机最佳工作冲次的条件下，通过改变抽油机上冲程和下冲程的时间分配，来改善抽油机泵的充满度。
Description
技术领域
本申请涉及石油排采相关技术领域，尤其涉及一种提高游梁式抽油机泵效的自动控制设备和方法。
背景技术
在石油生产中，对抽油机泵效的了解是一项重要和必要的日常管理工作。因为泵效直接反映了抽油机的生产效率，即是说，抽油机的单位产出所需要的消耗的大小。泵效越高则抽油机生产单位产量所需要的投入就越小，经济效益就越好。而抽油机的实时泵效与泵的实时充满度有直接关系。因此，在很大程度上游梁式抽油机的实时泵效取决于泵充满度的大小。
通常，游梁式抽油机泵的充满度受到多重因素的影响。其中，抽油机在单位时间内抽取的次数，行业术语称为“冲次”，对抽油机泵的充满度有较为直接的影响。一般地说，在抽油机各部分机械性能良好时，当抽油机在单位时间内从地下油层抽取的油液量与该油井从地下油层中获取的油液补给量相等时(称为“供排平衡”)，抽油机泵的充满度会处于比较理想的状态。但如果抽油机在单位时间内排出量大于油井油液的补给量，则抽油机的充满度就会有降低的趋势。极端情况下，当抽油机的排出量>>井下油液的补给量时，则抽油机泵的充满度将可能处于完全不能接受的状态。因而，在石油的日常生产中，保持抽油机的供排平衡是一项最为重要的工作。
实现抽油机供排平衡的方法可以是根据实时监测到的油井内石油油液在抽油机工作状态下的实际液位(称为“动液面”)的高度的变化来调整抽油机的冲次数；也可以是根据监测到的抽油机泵内的充满度的变化来调整抽油机的冲次。特别是后者，最常见于对于地下石油储量不够十分丰富时对抽油机冲次的调整。极端条件下，当油井的供液量低至无法满足抽油机最低运行冲次时的充满度或泵效的最小要求时，人们将使抽油机运行于一种称为“间抽”的生产工艺，以避免抽油机的空抽(又称为“泵空”)现象的发生。在间抽运行下，抽油机是间歇性工作的。即抽油机运行一定的时间，停止一定的时间，周而复始。
但是这种间抽运行的运行与停止时间也是由人工根据经验设定的，一般很难比较精确地与井下的供液能力实现较好的匹配。
发明内容
本申请的目的是提供一种提高游梁式抽油机泵效的自动控制设备和方法，以解决相关技术中的问题。
本申请的目的是通过以下技术方案实现的：
基于本申请的第一方面，提供一种提高游梁式抽油机泵效的自动控制系统，包括：
设置在所述抽油机上的采集模块，用于采集载荷信号和游梁角度信号；
连接所述采集模块的第一控制器，接收并基于所述载荷信号和游梁角度信号，绘制示功图；
连接所述第一控制器的第二控制器，基于所述示功图和预设数据确定所述抽油机的实际充满度；
连接所述第二控制器的第三控制器，用于基于所述实际充满度的变化调节所述抽油机的驱动电机的转速，以在不改变抽油机最佳工作冲次的条件下，通过改变抽油机上冲程和下冲程的时间分配，来改善抽油机泵的充满度。
可选的，所述采集模块包括：
设置在抽油机悬点处的载荷测量仪，用于连续测量抽油机的载荷状态，并输出载荷信号；
安装在抽油机游梁支撑轴处游梁摆角测量仪，用于连续测量游梁角度信号。
可选的，所述游梁摆角测量仪为脉冲输出式游梁摆角测量仪。
可选的，还包括：人机交互设备；
所述人机交互设备分别连接所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器，用于供他人输入预设数据。
可选的，还包括：显示器；
所述显示器分别连接所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器，用于显示运行数据；
其中，所述运行数据包括：冲次、充满度。
可选的，所述第三控制器用于：
调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间；
比较调节前后充满度的变化；
若调节后充满度提高，则再次执行步骤：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间；
若调节后充满度不变，调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间；
若调节后充满度降低，则调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间；
比较调节前后充满度的变化，若调节后充满度提高，则再次执行步骤：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间。
可选的，所述第三控制器包括：存储器；第一比较器；第二比较器、计算单元、控制单元；
所述存储器用于存储每次采集的实际充满度；
计算单元分别连接所述存储器、所述第一比较器、所述第二比较器、所述控制单元和所述控制单元、用于计算所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间后的第一目标值，并将所述第一目标值记为下冲程时间，并基于所述下冲程时间计算上冲程时间；
所述控制器用于基于所述下冲程时间和所述上冲程时间，调节所述驱动电机的转速；
所述第一比较器，用于在计算单元完成计算一个冲次的时间周期后，比较最近一次采集的充满度和之前一次采集的充满度的大小关系；若最近一次采集的充满度大于之前一次采集的充满度，则计算单元，再次计算所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间后的第一目标值，并将所述第一目标值记为下冲程时间，并基于所述下冲程时间计算上冲程时间；若最近一次采集的充满度等于或小于之前一次采集的充满度，则计算单元，计算所述抽油机下冲程时间减去第一预设值的时间后的第二目标值，并将所述第二目标值记为下冲程时间，并基于所述下冲程时间计算上冲程时间；
所述第二比较器，当所述第一比较器的比较结果为：最近一次采集的充满度小于之前一次采集的充满度的时间节点，且计算单元完成计算一个冲次的时间周期之后，比较最近一次采集的充满度和之前一次采集的充满度的大小关系；若最近一次采集的充满度大于之前一次采集的充满度，则计算单元，再次计算所述抽油机下冲程时间减去第一预设值的时间后的第二目标值，并将所述第二目标值记为下冲程时间，并基于所述下冲程时间计算上冲程时间。
可选的，所述控制器用于基于所述下冲程时间和所述上冲程时间，确定所述驱动电机在的下冲程时间的转速和上冲程时间的转速，并调节所述驱动电机的转速。
可选的，所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器封装在一块电路板上。
基于本申请的第二方面，提供一种提高游梁式抽油机泵效的自动控制方法，包括：
采集抽油机的充满度；
在保证抽油机一个冲次的时间周期不变的情况下，基于最近两次采集的充满度的变化，调节所述抽油机下冲程时间，以提高所述抽油机当前的充满度。
可选的，所述在保证抽油机一个冲次的时间周期不变的情况下，基于最近两次采集的充满度的变化，调节所述抽油机下冲程时间，以提高所述抽油机当前的充满度，包括：
调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间；
比较调节前后充满度的变化；
若调节后充满度提高，则再次执行步骤：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间；
若调节后充满度不变，调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间；
若调节后充满度降低，则调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间。
可选的，步骤：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间，之后还包括：
比较调节前后充满度的变化，若调节后充满度提高，则再次执行步骤：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间。
本申请采用以上技术方案，具有如下有益效果：
本申请提供的技术方案中，基于抽油机泵效与下冲程所用时间之间的关系，通过调整下冲程时间来提高充满度，以提高抽油泵效率。在不降低冲次的条件下提高泵的充满度，能够最大限度地提高单位时间内的产能；即：在井下供液充足、泵的沉没度良好的情况下，在保持抽油机冲次不变的情况下，通过连续调整抽油机的运行工况，并实时观测与抽油机工况调整方向相对应的充满度，并对相邻两次充满度的数值进行比较，根据比较结果幅值的大小和正负值决定下一次对抽油机的工况进行调整的方向。当在某个调整工况方式下获得的抽油机的充满度达到了最大值，即保持这种工况。动态连续地调整抽油机的工况，就可时刻获得抽油机充满度始终保持在最大值附近。在抽油机的冲次和其他条件不变的情况下，这种最大充满度的运行工况必然带来最佳的抽油机泵效和产能的提高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个实施例提供的一种提高游梁式抽油机泵效的自动控制系统的结构示意图。
图2是本申请一个实施例提供的一种提高游梁式抽油机的示功图。
图3是本申请一个实施例提供的一种提高游梁式抽油机的一个冲次的时间周期。
图4是本申请一个实施例提供的一种提高游梁式抽油机的第三控制器的结构示意图。
图5是本申请一个实施例提供的一种提高游梁式抽油机泵效的自动控制方法的流程示意图。
图6是本申请一个实施例提供的一种提高游梁式抽油机泵效的自动控制方法的部分流程示意图。
附图标记：
1-采集模块、11-载荷测量仪、12-游梁摆角测量仪、2-第一控制器、3-第二控制器、4-第三控制器、41-存储器、42-第一比较器；43-第二比较器、45-计算单元、46-控制单元、5-人机交互设备。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
首先对本发明实施例的应用场景进行说明，在石油生产中，对抽油机泵效的了解是一项重要和必要的日常管理工作。因为泵效直接反映了抽油机的生产效率，即是说，抽油机的单位产出所需要的消耗的大小。泵效越高则抽油机生产单位产量所需要的投入就越小，经济效益就越好。而抽油机的实时泵效与泵的实时充满度有直接关系。因此，在很大程度上游梁式抽油机的实时泵效取决于泵充满度的大小。通常，游梁式抽油机泵的充满度受到多重因素的影响。其中，抽油机在单位时间内抽取的次数，行业术语称为“冲次”，对抽油机泵的充满度有较为直接的影响。一般地说，在抽油机各部分机械性能良好时，当抽油机在单位时间内从地下油层抽取的油液量与该油井从地下油层中获取的油液补给量相等时(称为“供排平衡”)，抽油机泵的充满度会处于比较理想的状态。但如果抽油机在单位时间内排出量大于油井油液的补给量，则抽油机的充满度就会有降低的趋势。极端情况下，当抽油机的排出量>>井下油液的补给量时，则抽油机泵的充满度将可能处于完全不能接受的状态。因而，在石油的日常生产中，保持抽油机的供排平衡是一项最为重要的工作。实现抽油机供排平衡的方法可以是根据实时监测到的油井内石油油液在抽油机工作状态下的实际液位(称为“动液面”)的高度的变化来调整抽油机的冲次数；也可以是根据监测到的抽油机泵内的充满度的变化来调整抽油机的冲次。特别是后者，最常见于对于地下石油储量不够十分丰富时对抽油机冲次的调整。极端条件下，当油井的供液量低至无法满足抽油机最低运行冲次时的充满度或泵效的最小要求时，人们将使抽油机运行于一种称为“间抽”的生产工艺，以避免抽油机的空抽(又称为“泵空”)现象的发生。在间抽运行下，抽油机是间歇性工作的。即抽油机运行一定的时间，停止一定的时间，周而复始。这种间抽运行的运行与停止时间也是由人工根据经验设定的，一般很难比较精确地与井下的供液能力实现较好的匹配。
对于上述工作中关于抽油机泵充满度的获取，在现行的管理手段中，并没有一个直接的测量办法，通常是根据安装在抽油机悬点处的载荷传感器测量获得的一种称为“示功图”的闭合图形由人工来推算的。参照图2，图的横坐标表示抽油机在上下一个冲程的循环过程中行走的单程(上或下)的距离L，一般为1米至数米；纵坐标表示抽油机悬点处在其做上下运动时不同位置时各点处所负担的载荷数据。这种根据抽油机示功图由人工进行推算泵充满度的方法存在两个主要问题：一个问题是滞后性，一般油田的油井数量都在数万口之上，这种由人工推算的方法作业量极其庞大，无法实现对油井充满度及时、准确地判断；另一个问题是，推算过程十分复杂、不便。纵然使用计算机计算软件进行计算，其效率依然不高，时效性差，无法作为抽油机自动控制的反馈依据使用；本申请针对这一问题提出了对应的解决方案。
实施例
参见图1，图1是本申请一个实施例提供的一种提高游梁式抽油机泵效的自动控制系统的结构示意图。
基于本申请的第一方面，如图1所示，本申请提供一种提高游梁式抽油机泵效的自动控制系统，至少包括：
设置在所述抽油机上的采集模块1，用于采集载荷信号和游梁角度信号；
连接所述采集模块1的第一控制器2，接收并基于所述载荷信号和游梁角度信号，绘制示功图；
连接所述第一控制器2的第二控制器3，基于所述示功图和预设数据确定所述抽油机的实际充满度；
连接所述第二控制器3的第三控制器4，用于基于所述实际充满度的变化调节所述抽油机的驱动电机的转速，以在不改变抽油机最佳工作冲次的条件下，通过改变抽油机上冲程和下冲程的时间分配，来改善抽油机泵的充满度。
需要说明的是，参照图2，图中，平行四边形的图形为游梁式抽油机的标准示功图。图中，从a经b到c部分为上冲程(即悬点从最低点(下死点)向最高点(上死点)运动的过程)的载荷与位置曲线；从c经d到a的部分为下冲程(即悬点从最高点(上死点)向最低点(下死点)运行的过程)的载荷与位置的曲线。而红色曲线所表示的则是一个比较常见的实际示功图。Fr和Fd分别是抽油机悬点在上升过程和下降过程中的平均有效静载荷。Fr和Fd可通过抽油机固定的设计数据做近似计算获得。其计算公式如下：
Fr＝Wg+Wy+f
Fd＝Wg-Wgf-f
式中：
Wg：全部杆系重量。主要包括杆的直径、泵深(杆的长度)及其附件、活塞重量等已知数据；
Wy：与活塞截面积相等的油管中的液柱重量。主要有活塞的截面积、泵深和油管中油液的密度等已知数据；
Wgf：抽油杆在液体中的浮力。抽油杆在液体中的体积和液体的密度也为已知数据；
f：自悬点以下的全部摩擦力(此处假定抽油机上冲程和下冲程的摩擦力相等)
在上述两个公式中，假定摩擦力f为杆重Wg的2％，则所有因子均为已知数。所以，Fr和Fd均为已知常数。
在油井井况正常的条件下，该两数值近似等于常数。Ls称为抽油机的理论冲程。Ifrs代表泵的理论充满度下抽油机悬点所在的冲程位置，此时的充满度为100％；Ifra表示泵的实际充满度对应的抽油机悬点所在的冲程位置(称为“抽油机的卸载点”，见图2中的d’点)，实际充满度为
在实际生产中，由于种种因素的影响，泵的实际充满度总是小于其理论充满度100％的。因而，设法提高泵的充满度进而提高泵效对于提高石油生产的效率就显得十分重要了。
本发明的关键点在于：
根据实时测量获得泵的充满度，动态调整抽油机的运行工况，使泵充满度朝着提高的方向发展；
在不降低冲次的条件下提高泵的充满度，能够最大限度地提高单位时间内的产能；
在实际运行中，有诸多因素影响着抽油机泵的充满度(如泵的沉没度、固定阀的开启性能、油层液体的粘度、抽油机活塞在泵腔中的运动速度等)，其中，油液通过固定阀进入泵腔并将其充满是需要一定的时间的。地下油液粘度越大(如稠油)，其进入泵腔所需的时间就越长。由于泵的活塞是在泵腔内做上下往复运动的，如果活塞上下往复运动一次(单位时间内的往复运动次数称为“冲次”)的时间远远小于油液进入并充满泵腔所需的时间，则泵腔内在这一个冲次内所获得的充满度就会很低。还显然，通过某种手段使抽油机活塞的往复运行速度与油液进入泵腔的时间匹配起来，将能获得较为理想的泵的充满度。
值得指出的是，如果单纯考虑充满度的提高，则抽油机的冲次数越低，充满度越越趋于饱满。但是：1)抽油机运行速度(冲次)的下限受制约于抽油机的机械性能(如漏失)和电机的最低转速时的输出扭矩能力。所以，速度(冲次)下限不能无限低；2)即使降低抽油机的速度能够得到泵充满度的提高，但过低的运行速度也会影响到抽油机的产能，充满度和单位时间的产能必须达到平衡；最理想的效果是，在不降低抽油机运行速度(冲次)的前提下，提高泵的充满度，从而提高泵效、提高单位时间的产能。
本发明的技术要点是，在井下供液充足、泵的沉没度良好的情况下，在保持抽油机冲次不变的情况下，通过连续调整抽油机的运行工况，并实时观测与抽油机工况调整方向相对应的充满度，并对相邻两次充满度的数值进行比较，根据比较结果幅值的大小和正负值决定下一次对抽油机的工况进行调整的方向。当在某个调整工况方式下获得的抽油机的充满度达到了最大值，即保持这种工况。动态连续地调整抽油机的工况，就可时刻获得抽油机充满度始终保持在最大值附近。在抽油机的冲次和其他条件不变的情况下，这种最大充满度的运行工况必然带来最佳的抽油机泵效和产能的提高。
具体的，所述第一控制器2，用于基于所述载荷信号和游梁角度信号，绘制示功图。
示功图是相关人员了解抽油机工作状态的一个重要手段。相关技术人员可以基于施工图判断出该抽油机的工作状态，进而通过自己的经验，对抽油机泵效自动控制系统进行一些调节。
具体的，所述采集模块1包括：
设置在抽油机悬点处的载荷测量仪11，用于连续测量抽油机的载荷状态，并输出载荷信号；
安装在抽油机游梁支撑轴处游梁摆角测量仪，用于连续测量游梁角度信号。
具体的，在抽油机悬点处设置带输出电信号(4-20mA)的载荷测量仪，用于连续测量抽油机的载荷状态；在抽油机游梁支撑轴处安装游梁摆角测量仪(脉冲输出)，用于连续测量抽油机悬点在冲程范围内所处的实际位置。
进一步的，提高游梁式抽油机泵效的自动控制系统，其特征在于，还包括：人机交互设备5；
所述人机交互设备5分别连接所述第一控制器2、所述第二控制器3和所述第三控制器4，用于供他人输入预设数据。
人机交互设备5可以包括输入设备和显示器。
所述显示器分别连接所述第一控制器2、所述第二控制器3和所述第三控制器4，用于显示运行数据；
如此设置。人机交互设备5可以用于输入程序运行必须的原始机械数据，抽油机的各项基础数据，并显示必要的运行数据，如冲次、充满度等；
具体的，所述第三控制器4用于：
调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间；
比较调节前后充满度的变化；
若调节后充满度提高，则再次执行步骤：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间；
若调节后充满度不变，调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间；
若调节后充满度降低，则调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间；
比较调节前后充满度的变化，若调节后充满度提高，则再次执行步骤：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间。
首先阐明几个用到的物理概念或定义：
抽油机的地面结构通过悬绳器与抽油杆连接，其结合部位称为“悬点”。测量抽油机机械负荷的测量仪器通常安装在悬点处；
抽油机的“冲次”是指，单位时间内抽油机上下往复的工作次数，一般单位为n次/每分钟。抽油机工作时，悬点上下往复运行一次称为一个“冲次”。抽油机上行时称为“上冲程”，其悬点载荷与运行位置的关系对应于图2中的abc线段；抽油机下行时称为“下冲程”，对应图2中cda线段。在抽油机的原始设计中，其上冲程与下冲程的运行时间相等；
抽油机运行时的冲次与电机的转速呈唯一对应关系，电机转速高则冲次数大，电机转速低则冲次数小。调节电机的转速，即可认为是调节抽油机的冲次。当代技术通常都是使用变频调速器调节电机的转速；
抽油机悬点运行的最高点称为“上死点”，运行的最低点为“下死点”。上、下死点之间的距离称为“冲程距离，L”；
本发明进一步的技术要点是，在不改变抽油机最佳工作冲次的条件下，通过改变抽油机上冲程和下冲程的时间分配，来改善抽油机泵的充满度的方法，以此来获得抽油机单位时间和单位能耗时产量的提高。或者说在单位产量下能耗的降低。具体方法如下：
设抽油机的一个冲次的时间周期为T，则下冲程或冲程就为
(见图3)。为了延长井下液体进入泵腔的时间，令抽油机的下冲程的时间为
ΔT≥0(ΔT称为时间偏移量)；又有上冲程的运行时间为
则有上冲程和下冲程的总时间为，
即改变上冲程和下冲程各自运行时间后，总的运行周期不变，一个冲次的运行周期依然为T。就是说，抽油机上冲程和下冲程的时间偏移量ΔT是完全互补的。特别地，ΔT即可为正值，亦可为负值。其正负数值的选择须根据抽油机的机械工况来选择。
这种既维持抽油机冲次数不变，又能改善抽油机泵充满度的方法，可以有效提高抽油机的泵效和在单位时间内的产出。同时，由于虽然抽油机在单位时间内的产出提高了，但冲次并没有增加，所以各种摩擦损耗并未增加，达到了在相同产能下的投入的消耗降低的目的。这对于石油生产具有重要意义。
对于△T的实施，可以是从抽油机的下死点开始，提高抽油机电机的转速，从而提高抽油机从下死点向上死点的运动速度，此为
的过程；而抽油机运行到上死点时，可以降低抽油机电机的转速，从而降低抽油机从上死点向下死点的运动速度，此为
的过程。
具体的，参照图4，本申请提供的提高游梁式抽油机泵效的自动控制系统中，所述第三控制器4包括：存储器41；第一比较器42；第二比较器43、计算单元45、控制单元46；
所述存储器41用于存储每次采集的实际充满度；
计算单元45分别连接所述存储器41、所述第一比较器42、所述第二比较器43、所述控制单元46和所述控制单元46、用于计算所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间后的第一目标值，并将所述第一目标值记为下冲程时间，并基于所述下冲程时间计算上冲程时间；
所述控制器用于基于所述下冲程时间和所述上冲程时间，调节所述驱动电机的转速；
所述第一比较器42，用于在计算单元45完成计算一个冲次的时间周期后，比较最近一次采集的充满度和之前一次采集的充满度的大小关系；若最近一次采集的充满度大于之前一次采集的充满度，则计算单元45，再次计算所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间后的第一目标值，并将所述第一目标值记为下冲程时间，并基于所述下冲程时间计算上冲程时间；若最近一次采集的充满度等于或小于之前一次采集的充满度，则计算单元45，计算所述抽油机下冲程时间减去第一预设值的时间后的第二目标值，并将所述第二目标值记为下冲程时间，并基于所述下冲程时间计算上冲程时间。
所述第二比较器43，当所述第一比较器42的比较结果为：最近一次采集的充满度小于之前一次采集的充满度的时间节点，且计算单元45完成计算一个冲次的时间周期之后，比较最近一次采集的充满度和之前一次采集的充满度的大小关系；若最近一次采集的充满度大于之前一次采集的充满度，则计算单元45，再次计算所述抽油机下冲程时间减去第一预设值的时间后的第二目标值，并将所述第二目标值记为下冲程时间，并基于所述下冲程时间计算上冲程时间。
其中，所述控制器用于基于所述下冲程时间和所述上冲程时间，确定所述驱动电机在的下冲程时间的转速和上冲程时间的转速，并调节所述驱动电机的转速。
所述第一控制器2、所述第二控制器3和所述第三控制器4封装在一块电路板上。
如此设置，本申请提供的控制器可以执行如下所述的提高游梁式抽油机泵效的自动控制方法。
参照图5，本申请提供的提高游梁式抽油机泵效的自动控制方法包括：
步骤51，采集抽油机的充满度；
步骤52，在保证抽油机一个冲次的时间周期不变的情况下，基于最近两次采集的充满度的变化，调节所述抽油机下冲程时间，以提高所述抽油机当前的充满度。
具体的，参照图6，所述在保证抽油机一个冲次的时间周期不变的情况下，基于最近两次采集的充满度的变化，调节所述抽油机下冲程时间，以提高
所述抽油机当前的充满度，包括：
调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间；
比较调节前后充满度的变化；
若调节后充满度提高，则再次执行步骤：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间；
需要说明的是，图6中，是采用±Δt的方式，改变ΔT，进而调节下冲程时间，达到使得下冲程时间±Δt的结果。一预设值的时间为Δt。
若调节后充满度不变，调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间；
若调节后充满度降低，则调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间。
调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间，之后还包括：
比较调节前后充满度的变化，若调节后充满度提高，则再次执行步骤：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间。
进一步的，本申请提供的方案中，需要用到的一些数据是基于现有的方法和测量的数据进行计算得到，也可以是由工作人员事先输入，具体的这些数据包括：
冲程长度：抽油机游梁摆角的测量仪本质上是一个与游梁支撑轴连接的增量型编码器，当游梁向上或下摆动时，游梁每摆动一定的角度，编码器便输出一个脉冲。计算机(本例中为第一控制器)悉数记录游梁从一个死点向另一个死点过度时所发出的脉冲数，将该脉冲数与编码器一周(360°)所设定的标准脉冲数进行比较，便可获得游梁从下死点向上死点摆动的角度了。反之亦然。将此角度与悬点到游梁支撑轴的有效距离S做弧长换算，即可得到抽油机悬点的运行长度，即冲程长度L。
上死点和下死点：增量型编码器具有转向判别功能。即A、B相脉冲发生相位颠倒时，表示编码器的轴发生的反向旋转。当抽油机的游梁从其冲程的任意位置开始摆动时，计算机(本例中为第一控制器)开始记录编码器的输出脉冲数和A、B相的相位关系。一旦发现A、B相脉冲的相位发生颠倒，便可判定游梁到达了一个死点位置(上死点，或下死点)。也就是图2给出的示功图中的a点和c点。假定游梁角度测量仪在安装时，编码器的A相在前B相在后，且游梁是从下死点向上死点的运行放行方向。则当A相脉冲信号和B相脉冲信号的相位发生颠倒时，说明抽油机的悬点到达了上死点c。
抽油机卸载点：当抽油机运行到上死点后开始向下死点过度。计算机(本例中为第一控制器)从示功图的c点开始，连续采集悬点载荷和相应点的实时位置并与最小载荷Fd进行比较。若发现Fn＝Ffra≈Fd，则Ffra所对那个的冲程位置与下死点(a)的距离即是卸载点lfra。
活塞冲程Ls：计算机(本例中为第一控制器)从下死点开始采集每个游梁角度Ψ的悬点瞬时载荷数据Fm并与Fr比较，若Fm＝Fr，则计算悬点从下死点开始向上行走的距离，
(游梁从下死点向上转动的角度乘以圆周率乘以悬点到游梁支撑轴的距离，此为抽油杆的弹性拉伸长度)。则有活塞冲程，Ls＝L-lr(地面悬点冲程减去抽油杆拉伸长度)。
完成上述各个必要数据的测算、计算、确定之后，本系统事实上已经完成抽油机一个冲次的实时充满度的计算，即实际充满度为fra＝lfra/Ls已经确定。
如此本申请提供的方案中，首先记录本次抽油过程的充满度(本申请中将抽油机一个运动周期叫做一个抽油过程。)，之后调节下个抽油过程中下冲程所用时间，即：上述文件中的“调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间；”。在调节的过程中，为了保证整个过程的时间既运动周期不变，需要令上冲程时间，减少第一预设值的时间。当然，具体的调节过程是通调调节驱动电机的转速，来调节整个运动周期中，下冲程和上冲程所用的时间。比较调节前后充满度的变化；若调节后充满度提高，则说明上述调节方式有效，再次执行步骤：“调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间；”以进一步调节，使得充满度更高。若调节后充满度不变，说明上一次调节无效，此时需要返回上一次调节之前，即：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间；若调节后充满度降低，说明上一次调节是失败的，那么需要返回上一次调节之前，即：则调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间。
通过上述过程完成了一次调节。在抽油机的实际运行过程中，可以每个预测时间段执行一次调节过程。
需要说明的是，第一预设值的时间(即：Δt)一般为正值。但是，第一预设值的时间可以是正的也可以是负的。当第一预测时间为负值时，增加第一预设值的时间即为减少，第一预设值的时间的绝对值。在实际调节中，相邻的两次调节过程中，第一预设值的时间的正负值可以不同。如此可以在相邻的两次调节过程中，分别尝试增加下冲程时间和减少下冲程时间带来的变化，找到一个合适的下冲程时间使得充满度提高。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种提高游梁式抽油机泵效的自动控制系统，其特征在于，包括：
设置在所述抽油机上的采集模块，用于采集载荷信号和游梁角度信号；
连接所述采集模块的第一控制器，接收并基于所述载荷信号和游梁角度信号，绘制示功图；
连接所述第一控制器的第二控制器，基于所述示功图和预设数据确定所述抽油机的实际充满度；
连接所述第二控制器的第三控制器，用于基于所述实际充满度的变化调节所述抽油机的驱动电机的转速，以在不改变抽油机最佳工作冲次的条件下，通过改变抽油机上冲程和下冲程的时间分配，来改善抽油机泵的充满度。
2.根据权利要求1所述的提高游梁式抽油机泵效的自动控制系统，其特征在于，所述第一控制器，用于基于所述载荷信号和游梁角度信号，绘制示功图。
3.根据权利要求1所述的提高游梁式抽油机泵效的自动控制系统，其特征在于，所述采集模块包括：
设置在抽油机悬点处的载荷测量仪，用于连续测量抽油机的载荷状态，并输出载荷信号；
安装在抽油机游梁支撑轴处游梁摆角测量仪，用于连续测量游梁角度信号。
4.根据权利要求2所述的提高游梁式抽油机泵效的自动控制系统，其特征在于，所述游梁摆角测量仪为脉冲输出式游梁摆角测量仪。
5.根据权利要求1所述的提高游梁式抽油机泵效的自动控制系统，其特征在于，还包括：人机交互设备；
所述人机交互设备分别连接所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器，用于供他人输入预设数据。
6.根据权利要求5所述的提高游梁式抽油机泵效的自动控制系统，其特征在于，所述人机交互设备包括：显示器；
所述显示器分别连接所述第一控制器、所述第二控制器和所述第三控制器，用于显示运行数据；
其中，所述运行数据包括：冲次、充满度。
7.根据权利要求1所述的提高游梁式抽油机泵效的自动控制系统，其特征在于，所述第三控制器用于：
调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间；
比较调节前后充满度的变化；
若调节后充满度提高，则再次执行步骤：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间；
若调节后充满度不变，调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间；
若调节后充满度降低，则调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间；
比较调节前后充满度的变化，若调节后充满度提高，则再次执行步骤：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间。
8.一种提高游梁式抽油机泵效的自动控制方法，其特征在于，包括：
采集抽油机的充满度；
在保证抽油机一个冲次的时间周期不变的情况下，基于最近两次采集的充满度的变化，调节所述抽油机上冲程和下冲程的时间分配，以提高所述抽油机当前的充满度。
9.根据权利要求8所述的提高游梁式抽油机泵效的自动控制方法，其特征在于，所述在保证抽油机一个冲次的时间周期不变的情况下，基于最近两次采集的充满度的变化，调节所述抽油机上冲程和下冲程的时间分配，以提高所述抽油机当前的充满度，包括：
调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间；
比较调节前后充满度的变化；
若调节后充满度提高，则再次执行步骤：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间增加第一预设值的时间；
若调节后充满度不变，调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间；
若调节后充满度降低，则调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间。
10.根据权利要求8所述的提高游梁式抽油机泵效的自动控制方法，其特征在于，步骤：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间，之后还包括：
比较调节前后充满度的变化，若调节后充满度提高，则再次执行步骤：调节所述抽油机下冲程时间，使得所述抽油机下冲程时间减少第一预设值的时间。
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