CN112412403A - 一种使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及抽油机自控技术领域，特别涉及一种使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法。该方法包括实时采集抽油井的生产参数，当检测出抽油井的冲次低于2次/分时，控制抽油机进入间抽模式，将盘式电机断电，记录间抽开始时间；待抽油井停机后，根据抽油井停机时刻的生产参数，确定抽油井的间抽周期，确定间抽幅摆运行状态下的曲柄转角值、幅摆运行曲柄中心线和运行时间值；抽油井在确定好的参数下进行间抽期幅摆运行；重复上述步骤。本发明提供的使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法，控制抽油杆只在合理的行程范围内运动，既可满足低产井在间抽期协调地层供液能力的需要，用较少的用电成本就杜绝了杆断脱的施工作业，经济效益显著。
Description
技术领域
本发明涉及抽油机自控技术领域，特别涉及一种使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法。
背景技术
随着低渗透油层的开发，油田的低产井逐年增多，生产成本显著增加。为降低生产成本，油田采用了先进的生产设备和控制技术。其中，在低产井安装盘式电机和智能控制柜是比较成功的案例。
盘式电机相较于传统电机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高的优点，与抽油机减速器的输入轴联接，取消了传动皮带，经现场试验测算可将抽油机动力系统的传动效率提高了5-20%。
智能控制柜由电压传感器、电流传感器、智能控制器与同步变频伺服控制器组成。智能控制柜通过综合电参、悬点功图、历史数据及当前数据，实时在线分析诊断抽油机井的运行工况；根据工况变化情况，对同步伺服控制器发出控制调节指令，驱动盘式电机，确保电机高效运行，并实现冲次调节、间抽控制和上下冲程平衡优化控制等工艺措施，如图1所示。
在低产井上通过安装智能化控制柜和盘式电机，优化低产井的供采关系，提高抽油井的系统效率，经现场试验测算单井日节电15-30%。
由于地层供液能力不足，低产井经常需要采用间抽管理，一方面可以协调油层的供液能力，另一方面可以降低机采系统用电成本和抽油杆、油管的摩擦损耗。但也存在电机停止运行后，油管内的垢、蜡和死油堆积速度加快，情况严重的或停机时间过长的井，垢蜡油的混合物甚至会堵死油管内环形空间，出现抱死抽油杆的现象。此时，如抽油机再启动，会将抽油杆拔断，引发施工作业（杆断脱），增加生产成本。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明提供了一种使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法，以克服现有技术中的抽油机井在间抽停机期间，抽油杆易被垢、蜡和死油混合物堆积抱死导致影响生产效率且增加生产成本的缺陷。
（二）技术方案
为解决上述问题，本发明提供使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法，包括如下步骤：
步骤S1、实时采集抽油井的生产参数，所述生产参数包括冲次、动液面深度和液面恢复速度；当检测出抽油井的冲次低于2次/分时，控制抽油机进入间抽模式，将盘式电机断电，抽油井停机，记录间抽开始时间；
步骤S2、待抽油井停机后，根据抽油井停机时刻的生产参数，确定抽油井的间抽周期，间抽周期等于再次启机时间减去本次停机时间；当间抽周期大于等于结蜡周期的三分之一时，抽油井采用间抽期幅摆运行状态；
步骤S3、确定间抽幅摆运行状态下的曲柄转角值、曲柄中心线和运行时间值；
抽油井在上述确定好的参数下进行间抽期幅摆运行。
步骤S4、重复上述步骤S1~步骤S3。
优选地，确定幅摆运行中曲柄转角值包括：
根据抽油井的示功图，确定所述幅摆运行光杆的最大行程，取幅摆运行光杆最大行程的3/4-4/5的距离进行曲柄转角的初始计算，通过电机损耗最小化优化，确定最终转角值。
优选地，确定幅摆运行曲柄中心线具体包括：
当平衡块的配重大于预定的阈值时，盘式电机断电后，光杆处于冲程的上死点处，曲柄所处的位置为幅摆运行曲柄的中心线的位置；
当平衡块的配重小于预定的阈值时，盘式电机断电后，光杆处于冲程的下死点处，曲柄此刻停留在高位；曲柄先运行到中心线，然后进行幅摆运行；
第三种是平衡块配重等于预定的阈值时，盘式电机断电后，光杆停留在以游梁支点为中心，驴头的悬点载荷的力矩和游梁尾轴的悬点载荷的力矩相互平衡位置，曲柄在对应的任意点，曲柄先运行到中心线，然后进行幅摆运行。
优选地，所述确定幅摆运行时间包括：
所述幅摆运行的开始时间为结蜡周期的五分之一，所述幅摆运行的结束时间根据悬点最大载荷确定。
优选地，所述幅摆运行的结束时间根据悬点最大载荷确定包括：
将抽油井正常生产的示功图中的悬点最大载荷为基准载荷，幅摆运行时，每摆动一次，计算当次的悬点最大载荷；
当实际摆动中的幅摆最大悬点载荷小于基准载荷时，幅摆运行5-10分钟后结束；
当实际摆动中的幅摆最大悬点载荷大于基准载荷时，幅摆运行到幅摆悬点载荷下降到基准载荷时为止。
优选地，当间抽周期小于结蜡周期的三分之一时，抽油井不进入间抽期幅摆运行状态。
（三）有益效果
本发明提供的使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法，使得抽油机的间抽管理中增加了抽油机自启前的幅摆运行控制，抽油杆只在合理的行程范围内运动，井口不产液量，既可满足低产井在间抽期协调地层供液能力的需要，又只用较少的用电成本就杜绝了杆断脱的施工作业，经济效益显著。
附图说明
图1为现有技术中抽油井的控制方法逻辑流程图；
图2为本发明实施例使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法流程图；
图3为本发明抽油井幅摆运行最大光杆行程示意图；
图4为本发明实施例中使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法逻辑流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。
如图2-4所示，本发明提供的使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法包括：
步骤S1、实时采集抽油井的生产参数，所述生产参数包括冲次、动液面深度和液面恢复速度；当检测出抽油井的冲次低于2次/分时，控制抽油机进入间抽模式，将盘式电机断电，抽油井停机，记录间抽开始时间；
在安装有智能控制柜和盘式电机的低产井生产过程中，每个冲程智能控制柜都会通过测量用电参数，通过计算转化，形成当次的各种生产参数，包括上、下冲程电流、电流平衡率、电压、冲程、冲次、示功图、有功功率、无功功率、动液面估计、产液量估计等。智能控制柜中的智能控制器通过的调取这些参数，再结合人工输入的泵挂深度、结蜡周期、抽油机型号、行程传感器起始值等参数，对抽油机的运行参数进行优化设计，然后发出调节指令，控制盘式电机调节扭矩输出，使低产井的下个冲程能在优化的工况下工作。
步骤S2、待抽油井停机后，根据抽油井停机时刻的生产参数，确定抽油井的间抽周期，间抽周期等于再次启机时间减去本次停机时间；当间抽周期大于等于结蜡周期的三分之一时，抽油井采用间抽期幅摆运行状态；
其中，当间抽周期小于结蜡周期的三分之一时，抽油井不进入间抽期幅摆运行状态。该自控方法保持现有的方法即可，只包括停机控制和启动控制状态。
步骤S3、确定间抽幅摆运行状态下的曲柄转角值、曲柄中心线和运行时间值；
抽油井在上述确定好的参数下进行间抽期幅摆运行。
其中，确定幅摆运行中曲柄转角值包括：
根据抽油井的示功图，确定所述幅摆运行光杆的最大行程，取幅摆运行光杆最大行程的3/4-4/5的距离进行曲柄转角的初始计算，通过电机损耗最小化优化，确定最终转角值。
如图3所示，根据低产井示功图显示，幅摆运行光杆的最大行程是示功图冲程的上死点到游动凡尔接触泵筒内液面的距离，即C’E’的距离。在这个距离内，游动凡尔不打开，泵筒内的液体进入不到游动凡尔上部，油井不产液，实现间抽协调供排的目的。而且抽油杆的运行距离最大，对防止结垢、结蜡和死油堆积的效果最好。实际计算时，取3/4-4/5的C’E’的距离进行转角计算，并通过电机损耗最小化优化，确定最佳转角。这里所说的转角是垂直线任意一侧的转角。
安装盘式电机的抽油机都安装有行程传感器，行程传感器的位移与盘式电机的转角是一一对应的。当安装好行程传感器后，只需测出行程传感器的初始值和电机转角的初始值，以后就可以根据行程确定转角或根据转角确定行程。
其中，确定幅摆运行曲柄中心线具体包括：
当平衡块的配重大于预定的阈值时，盘式电机断电后，光杆处于冲程的上死点处，曲柄所处的位置为幅摆运行曲柄的中心线的位置；
当平衡块的配重小于预定的阈值时，盘式电机断电后，光杆处于冲程的下死点处，曲柄此刻停留在高位；曲柄先运行到中心线，然后进行幅摆运行；
第三种是平衡块配重等于预定的阈值时，盘式电机断电后，光杆停留在以游梁支点为中心，驴头的悬点载荷的力矩和游梁尾轴的悬点载荷的力矩相互平衡位置，曲柄在对应的任意点，曲柄先运行到中心线，然后进行幅摆运行。
其中，确定幅摆运行时间包括：
所述幅摆运行的开始时间为结蜡周期的五分之一，所述幅摆运行的结束时间根据悬点最大载荷确定。其中，幅摆运行的结束时间根据悬点最大载荷确定包括：
将抽油井正常生产的示功图中的悬点最大载荷为基准载荷，幅摆运行时，每摆动一次，计算当次的悬点最大载荷；
当实际摆动中的幅摆最大悬点载荷小于基准载荷时，幅摆运行5-10分钟后结束；
当实际摆动中的幅摆最大悬点载荷大于基准载荷时，幅摆运行到幅摆悬点载荷下降到基准载荷时为止。
步骤S4、重复上述步骤S1~步骤S3。
在实际应用中，低产井的来电线路上连接智能控制柜，在低产井抽油机减速箱的输入轴端已安装盘式电机，该盘式电机与智能控制柜连接，接受智能控制柜的指令。
智能控制器可以实现抽油工况的实时优化控制。通过电压、电流传感器实时测量永磁力矩电机在抽油机完整冲程周期内的电参数据，并实时通过电参数据、扭矩因数、位置因数等计算出悬点的载荷位移数据，获得悬点的示功图。通过综合电参、悬点功图，结合历史数据及当前数据，实现在线实时分析诊断抽油机井的运行工况。（如图4所示）同步变频伺服器对盘式电机的控制，在无传感器矢量控制技术的基础上，加入了损耗最小化控制算法，进一步提高了电机的高效工作区间。通过同步伺服控制器发出控制的调节指令，即停机、运行、调速（调参）三种控制命令，控制盘式电机完成调参（冲次）、间抽（包括停抽不停机控制）和上下冲程的平衡优化等工艺措施。
在抽油井底座上装行程传感器，记录曲柄的转角，数据反馈给智能控制柜。智能控制柜根据间抽期幅摆运行自控方法，控制盘式电机的运行，利用行程传感器判断变向运行位置。
本发明提供的使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法，使得抽油机的间抽管理中增加了抽油机自启前的幅摆运行控制，抽油杆只在合理的行程范围内运动，井口不产液量，既可满足低产井在间抽期协调地层供液能力的需要，又只用较少的用电成本就杜绝了杆断脱的施工作业，经济效益显著。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (6)
1.一种使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、实时采集抽油井的生产参数，所述生产参数包括冲次、动液面深度和液面恢复速度；当检测出抽油井的冲次低于2次/分时，控制抽油机进入间抽模式，将盘式电机断电，抽油井停机，记录间抽开始时间；
步骤S2、待抽油井停机后，根据抽油井停机时刻的生产参数，确定抽油井的间抽周期，间抽周期等于再次启机时间减去本次停机时间；当间抽周期大于等于结蜡周期的三分之一时，抽油井进入间抽期幅摆运行状态；
步骤S3、确定间抽幅摆运行状态下的曲柄转角值、幅摆运行的曲柄中心线和运行时间值；
抽油井在上述确定好的参数下进行间抽期幅摆运行；
步骤S4、重复上述步骤S1~步骤S3。
2.如权利要求1所述的使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法，其特征在于，确定幅摆运行中曲柄转角值包括：
根据抽油井的示功图，确定所述幅摆运行光杆的最大行程，取幅摆运行光杆最大行程的3/4-4/5的距离进行曲柄转角的初始计算，通过电机损耗最小化优化，确定最终转角值。
3.如权利要求1所述的使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法，其特征在于，确定幅摆运行曲柄中心线具体包括：
当平衡块的配重大于预定的阈值时，盘式电机断电后，光杆处于冲程的上死点处，曲柄所处的位置为幅摆运行曲柄的中心线的位置；
当平衡块的配重小于预定的阈值时，盘式电机断电后，光杆处于冲程的下死点处，曲柄此刻停留在高位；曲柄先运行到中心线，然后进行幅摆运行；
第三种是平衡块配重等于预定的阈值时，盘式电机断电后，光杆停留在以游梁支点为中心，驴头的悬点载荷的力矩和游梁尾轴的悬点载荷的力矩相互平衡位置，曲柄在对应的任意点，曲柄先运行到中心线，然后进行幅摆运行。
4.如权利要求1所述的使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法，其特征在于，所述确定幅摆运行时间包括：
所述幅摆运行的开始时间为结蜡周期的五分之一，所述幅摆运行的结束时间根据悬点最大载荷确定。
5.如权利要求4所述的使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法，其特征在于，所述幅摆运行的结束时间根据悬点最大载荷确定包括：
将抽油井正常生产的示功图中的悬点最大载荷为基准载荷，幅摆运行时，每摆动一次，计算当次的悬点最大载荷；
当实际摆动中的幅摆最大悬点载荷小于基准载荷时，幅摆运行5-10分钟后结束；
当实际摆动中的幅摆最大悬点载荷大于基准载荷时，幅摆运行到幅摆悬点载荷下降到基准载荷时为止。
6.如权利要求1所述的使用盘式电机抽油机间抽期幅摆运行自控方法，其特征在于，
当间抽周期小于结蜡周期的三分之一时，抽油井不进入间抽期不定期幅摆运行状态。
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