CN112983364A - 一种抽油机曲柄摆动间抽控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抽油机曲柄摆动间抽控制装置及方法，包括电机转速传感器、电参采集模块、曲柄位置传感器、载荷及位移传感器、变频器及控制系统，其中，电机转速传感器、电参采集模块、曲柄位置传感器及载荷及位移传感器与控制系统的输入端相连接，控制系统的输出端经变频器抽油机中电动机的控制端相连接，该装置及方法能够解决影响产液量、井筒结蜡及人员安全的问题，达到节能增效的目的，实现井场自动、安全、无人值守间抽运行的目的。
Description
技术领域
本发明属于机采系统数字化设备领域，涉及一种抽油机曲柄摆动间抽控制装置及方法。
背景技术
长庆油田属典型的“三低”油田，低产井较多，截至2014年底，日产液小于1.2m3的油井1万口，占总开井数22.2％。由于受油藏低孔低渗特征及地层原始压力等的影响，低产低效油井储层物性差地层能量不足，使得油层渗流能力较小；低产低效油井一般液量小，压力恢复缓慢，续流时间长，流体渗流速度小，导致其液面以稳定缓慢的速度恢复；另外，如果油井连续开抽，流体液面会快速降低至一定值，其沉没度趋近于零，供液能力小，泵效极低，通常小于10％，致使泵筒长时间处于干磨状态。针对这部分井，通常根据动液面恢复情况，建立相应合理的间开制度，使油井实施间开生产，这样对于降低机采系统耗电量，提高机采效率具有重要的意义。
采用人工间抽控制，存在管理难度大、费时费力的问题，管理制度相对单一，动液面波动范围相对较大，影响产液量。采用远程自动间抽控制，可根据油井出液情况实时调整工作制度，但存在安全隐患，抽油机停止工作再次启动时，设备自动运转容易造成人员和牲畜的伤害。不论哪种类型的间抽都存在停井后油管内壁结蜡、过载卡井的风险。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种抽油机曲柄摆动间抽控制装置及方法，该装置及方法能够解决影响产液量、井筒结蜡及人员安全的问题，达到节能增效的目的，实现井场自动、安全、无人值守间抽运行的目的。
为达到上述目的，本发明所述的抽油机曲柄摆动间抽控制装置包括电机转速传感器、电参采集模块、曲柄位置传感器、载荷及位移传感器、变频器及控制系统，其中，电机转速传感器、电参采集模块、曲柄位置传感器及载荷及位移传感器与控制系统的输入端相连接，控制系统的输出端经变频器抽油机中电动机的控制端相连接。
电机转速传感器、电参采集模块、曲柄位置传感器及载荷及位移传感器与控制系统的输入端通过Zigbee模块相连接。
曲柄位置传感器采用霍尔开关传感器及光电编码器。
控制系统为RTU控制器。
一种抽油机曲柄摆动间抽控制方法包括以下步骤：
在曲柄整周运行时，抽油泵正常工作，电动机运行在额定转速下；当抽油时间到达时，则进入曲柄摆动运行阶段，抽油泵停止工作，抽油杆以预设冲程上下运动，曲柄在指定范围内无冲击柔性往复摆动，摆动期间电机耗能为正常运转的10％，当摆动时间到达时，再循环进入整周运行阶段。
在曲柄整周运行阶段，控制系统控制电动机以额定转速工作；
在曲柄摆动运行阶段，以耗能最小为控制目标，同时要满足曲柄存在摆动迹象；
对于摆动角度，首先根据光杆示功图计算油井的冲程损失，光杆运动长度小于冲程损失，满足抽油杆上下运动而抽油泵停止工作；曲柄旋转一周为360度，光杆完成一个周期的往复运行，根据光杆运动长度计算曲柄摆动角度；
对于摆动最佳位置，由于每口井平衡状态不同，摆动过程中的最小功率值点不一定在光杆上死点位置，因此根据实时采集的电功率曲线对比摆动过程中功率最小值点，确定最佳驱动位置。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的抽油机曲柄摆动间抽控制装置及方法在具体操作时，通过电机转速传感器、电参采集模块、曲柄位置传感器和载荷及位移传感器对抽油泵的状态参数进行检测，然后通过变频器对抽油机进行控制，即通过不停机摆动曲柄做到停机不停泵，有效解决影响产液量、井筒结蜡及人员安全的问题，达到节能增效的目的，实现井场自动、安全、无人值守间抽运行的目的。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明的电路图；
图3为曲柄摆动间抽摆动控制图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图2，本发明所述的抽油机曲柄摆动间抽控制装置包括电机转速传感器、电参采集模块、曲柄位置传感器、载荷及位移传感器、变频器及控制系统，其中，电机转速传感器、电参采集模块、曲柄位置传感器及载荷及位移传感器与控制系统的输入端相连接，控制系统的输出端经变频器抽油机中电动机的控制端相连接。
电机转速传感器、电参采集模块、曲柄位置传感器及载荷及位移传感器与控制系统的输入端通过Zigbee模块相连接；控制系统为RTU控制器。
三相异步电机YZFY180L，变频器型号为CHF100-7R5G/011P-4，功率与三相异步电机相匹配，载荷、位移传感器的输出信号为4～20mA信号，电压为15～26VDC，精度±0.5％F.S，采样频率≤50ms，可调，每张示功图载荷数据采集点数>200点。电参采集模块，供电电源：直流12/24VDC，功耗0.5W，信号处理：16位A/D转换，6通道，每通道均以4KHz速率采样，采样频率≥50mS，精度±0.5％F.S。曲柄位置传感器采用霍尔开关传感器及光电编码器，线宽为20μm～30μm，响应频率为30kHz。输入电压三相四线制380V±20％；输入频率为50Hz±5Hz；输出频率为20～50Hz；防护等级IP45；综合功率因数＞0.95；使用环境温度：－30℃～60℃；海拔高度≤2000m；相对湿度≤100％(+20℃)；通讯协议MODBUS－RTU协议。
参考图1及图3，本发明所述的抽油机曲柄摆动间抽控制方法包括以下步骤：
在曲柄整周运行时，抽油泵正常工作，电动机运行在额定转速下；当抽油时间到达时，则进入曲柄摆动运行阶段，抽油泵停止工作，抽油杆以预设冲程上下运动，曲柄在指定范围内无冲击柔性往复摆动，摆动期间电机耗能为正常运转的10％，当摆动时间到达时，再循环进入整周运行阶段。
在曲柄整周运行阶段，控制系统控制电动机以额定转速工作；
在曲柄摆动运行阶段，以耗能最小为控制目标，同时要满足曲柄存在摆动迹象；
对于摆动角度，首先根据光杆示功图计算油井的冲程损失，光杆运动长度小于冲程损失，满足抽油杆上下运动而抽油泵停止工作；曲柄旋转一周为360度，光杆完成一个周期的往复运行，根据光杆运动长度计算曲柄摆动角度；
对于摆动最佳位置，由于每口井平衡状态不同，摆动过程中的最小功率值点不一定在光杆上死点位置，因此根据实时采集的电功率曲线对比摆动过程中功率最小值点，确定最佳驱动位置。
电动机实际转速的原理为：
n＝(1-s)60f/p
其中，s为三相异步电机的转差率，p为电机的磁极对数，f为电动机定子电源频率，当p一定时，在转差率的浮动不大的情况下，对f进行调节，n与其的变化成正相关变化，其中，变频器的作用主要是利用通断半导体器件而作用于频率固定的交流电，而将此变成频率可调的交流电。
参考图3，，当时间从0到t1时，为曲柄整周运行阶段，电机加速运行到转速为额定转速后开始减速到0，时间从t1到t2时，为曲柄摆动运行阶段，电机开始加速达到某一设定值后减速，电机反转开始加速达到某一设定值后减速，如此反复，到达t2时刻开始下一个周期运转。
综上所示，本发明解决了影响产液量、井筒结蜡和人员安全问题，达到节能增效的目的，真正实现了井场自动、安全、无人值守间抽运行。
Claims (6)
1.一种抽油机曲柄摆动间抽控制装置，其特征在于，包括电机转速传感器、电参采集模块、曲柄位置传感器、载荷及位移传感器、变频器及控制系统，其中，电机转速传感器、电参采集模块、曲柄位置传感器及载荷及位移传感器与控制系统的输入端相连接，控制系统的输出端经变频器抽油机中电动机的控制端相连接。
2.根据权利要求1所述的抽油机曲柄摆动间抽控制装置，其特征在于，电机转速传感器、电参采集模块、曲柄位置传感器及载荷及位移传感器与控制系统的输入端通过Zigbee模块相连接。
3.根据权利要求1所述的抽油机曲柄摆动间抽控制方法，其特征在于，曲柄位置传感器采用霍尔开关传感器及光电编码器。
4.根据权利要求1所述的抽油机曲柄摆动间抽控制方法，其特征在于，控制系统为RTU控制器。
5.一种抽油机曲柄摆动间抽控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在曲柄整周运行时，抽油泵正常工作，电动机运行在额定转速下；当抽油时间到达时，则进入曲柄摆动运行阶段，抽油泵停止工作，抽油杆以预设冲程上下运动，曲柄在指定范围内无冲击柔性往复摆动，摆动期间电机耗能为正常运转的10％，当摆动时间到达时，再循环进入整周运行阶段。
6.根据权利要求5所述的抽油机曲柄摆动间抽控制方法，其特征在于，在曲柄整周运行阶段，控制系统控制电动机以额定转速工作；
在曲柄摆动运行阶段，以耗能最小为控制目标，同时要满足曲柄存在摆动迹象；
对于摆动角度，首先根据光杆示功图计算油井的冲程损失，光杆运动长度小于冲程损失，满足抽油杆上下运动而抽油泵停止工作；曲柄旋转一周为360度，光杆完成一个周期的往复运行，根据光杆运动长度计算曲柄摆动角度；
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