CN201650261U - 抽油机间抽节能控制装置和抽油机间抽节能控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及游梁式抽油机的间抽节能技术领域，是一种抽油机间抽节能控制装置和抽油机间抽节能控制电路，该抽油机间抽节能控制装置，其特征在于包括单片机主控系统模块、示功图数据采集转换模块、电源模块、数字量输入输出模块，该抽油机间抽节能控制电路，其特征在于包括游梁式抽油机的三相交流电动机的三相交流电源电路和控制电路。本实用新型构造合理而紧凑，使用方便，可明显对油井产量有不同程度的增产作用，节电效益非常显著，减少甚至避免了空抽现象，基本能实现有油就抽，无油就停，达到节能和减少抽油机维修的效果。

Description

抽油机间抽节能控制装置和抽油机间抽节能控制电路

一、技术领域

本实用新型涉及游梁式抽油机的间抽节能技术领域，是一种抽油机间抽节能控制装置和抽油机间抽节能控制电路。

二、背景技术

当油田不具有自喷能力时，主要开采手段是采取抽油机从地面抽汲。随着对油田的连续开采，油田就进入了开采的中后期，其油井中的原油出现明显的供液能力不足现象。这部分油井上的抽油机正常工作时多是以轻载运行，有时还会出现不同程度的“泵空”，甚至会出现空捞现象。资料表明：有30％以上的供液不足井在50％至80％的运行时间内处于空抽状态。

油田开采中后期的抽油井，在经过一段时期的连续抽油，油井的动液面会随之不断增大，即井下液面不断降低。当液面降至泵的沉没度设定值以下的时候，此时，抽油泵出现“泵空”，即抽油机所谓的空抽。空抽时油泵在上冲程时充满度非常低，井口油管基本上不出油，明显的一个现象是导致光杆发烫，冒烟。对采油设备来说，长时间泵空会产生泵充满度低或空抽时抽油机电机处于轻载运行，使抽油机工作效率低，设备损耗增大，造成电能浪费。

通过油井调参，如调整加大泵挂深度，以提供较大的生产压差；加长冲程、慢冲数、小泵径，可以提高油井的抽油泵效率和产量，但是一旦油井调参困难，当泵排量大于地层供液量时，长时间抽油所带来的动液面下降的负面影响将会加剧。

针对这类油井，为了尽量避免油泵空抽的发生，提高泵效及抽油机工作效率，减少不必要的电能浪费，最直接有效的方法就是控制抽油机间歇抽油。通过各种手段摸索液面变化规律，根据每一口井的实际情况，制定出一套间抽制度，让抽油机按照间抽制度工作。这样基本能做到有油就抽，无油就停，达到节能和减少抽油机维修的目的。

油井间抽就是当油井出液量不足或发生空抽时，就关闭抽油机，等待井下液量蓄积；当液面超过一定深度时，再开启抽油机进行抽汲。

目前采取间开制度的方法是人为根据油井产量、功图、液面等动态资料，决定油井定时开机、停机来实现。这种方法对抽油井开抽和停抽时间间隔的确定比较模糊，对岗位工人责任心要求也较高。人工调开控制精度不高，人员工作量大，抽油机不能工作在合理的沉没度下，抽油机工作效率不高，加之如无法及时避免空抽情况，还可能会引起事故发生。

三、发明内容

本实用新型提供了一种抽油机间抽节能控制装置和抽油机间抽节能控制电路，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决油井间抽所存在的问题，其合理而紧凑、操作方便、节能效果显著。

本实用新型的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种抽油机间抽节能控制装置，其包括单片机主控系统模块、示功图数据采集转换模块、电源模块、数字量输入输出模块；单片机主控系统模块包括单片机电路、时钟电路和扩展存储器电路；示功图数据采集转换模块包括电流输入隔离转换放大电路、光电隔离电路和A/D芯片转换电路，在抽油机的悬绳器上安装有载荷变送器，游梁式抽油机的光杆的载荷数据由载荷变送器变成电流信号并经过电流输入隔离转换放大电路、光电隔离电路和A/D芯片转换电路变换为数字量而送入单片机；数字量输入输出模块包括光电放大电路、继电器，接近开关安装在游梁式抽油机的曲柄附近而用于检测曲柄旋转一周所需要的时间，接近开关检测到的信号经过光电放大电路送入单片机，而单片机的控制信号经过光电放大电路来控制继电器工作；继电器通过游梁式抽油机的交流电动机控制电路来控制游梁式抽油机运行或停止。

下面是对上述实用新型技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述数字量输入输出模块包括报警电路或/和指示电路或/和串口通信电路。

本实用新型的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种采用上述抽油机间抽节能控制装置的抽油机间抽节能控制电路，其包括游梁式抽油机的三相交流电动机的三相交流电源电路和控制电路；交流接触器的三个主触点分别电串联在三相交流电源电路的三相交流电动机的三相电路上；控制电路包括抽油机间抽节能控制装置，该抽油机间抽节能控制装置的继电器包括第一常开触点和常闭触点，第二相交流电源电接点与第三相交流电源电接点之间依序电串联有常开触点、交流接触器的控制线圈、常闭触点。

下面是对上述实用新型技术方案之二的进一步优化或/和改进：

上述交流接触器的三个主触点与三相交流电动机的电源输入端之间电串联有第一快速熔断器，交流接触器的三个主触点与三相交流电源之间电串联有手动三相交流电源开关。

上述第二相交流电源电接点与第一常开触点之间电串联有自动手动转换开关，交流接触器的控制线圈与自动手动转换开关的手动触点之间依序电串联有开机按钮和关机按钮，交流接触器的自锁触点并联在开机按钮上。

上述继电器的第二常开触点与报警器或/和指示灯电串联后电连接在第二相交流电源电接点和零线电接点上。

上述第三相交流电源电接点与常闭触点之间依序电串联有第二手动单相电源开关和第二快速熔断器，第二相交流电源电接点与自动手动转换开关之间串联有第一手动单相电源开关，第三手动单相电源开关串联在本实用新型的电源输入端与第一相交流电源接点之间。

本实用新型构造合理而紧凑，使用方便，可明显对油井产量有不同程度的增产作用，节电效益非常显著，减少甚至避免了空抽现象，基本能实现有油就抽，无油就停，达到节能和减少抽油机维修的效果。

四、附图说明

附图1为本实用新型抽油机间抽节能控制装置最佳实施例的原理示意图。

附图2为本实用新型抽油机间抽节能控制电路最佳实施例的原理示意图。

附图3为油泵满抽时的示功图。

附图4为油进供液不足时的示功图。

附图5为油泵空抽时的示功图。

附图6为求解地面示功图面积的微分法的图。

附图7为求解地面示功图面积的微分法的冲程位移的划分图。

附图中的编码分别为：A为第一相交流电源电接点，B、B1为第二相交流电源电接点，C、C1为第三相交流电源电接点；JK1为继电器的第一常开触点，JK2为继电器的常闭触点，JK3为继电器的第二常开触点；FR1为第一快速熔断器，FR2为第二快速熔断器；K为自动手动转换开关K；KM1为交流接触器的控制线圈KM1，Km为交流接触器的三个主触点，KM2为交流接触器的自锁触点；N为零线点；QF1为第一手动单相电源开关，QF2为第二手动单相电源开关，QF3为第三手动单相电源开关；QS为手动三相交流电源开关；SB1为关机按钮，SB2为开机按钮；X为本实用新型的电源输入端；Y为报警电路或/和指示电路。

五、具体实施方式

本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述：

实施例1：如附图1所示，该抽油机间抽节能控制装置包括单片机主控系统模块、示功图数据采集转换模块、电源模块、数字量输入输出模块；单片机主控系统模块包括单片机电路、时钟电路和扩展存储器电路；示功图数据采集转换模块包括电流输入隔离转换放大电路、光电隔离电路和A/D芯片转换电路，在抽油机的悬绳器上安装有载荷变送器，游梁式抽油机的光杆的载荷数据由载荷变送器变成电流信号并经过电流输入隔离转换放大电路、光电隔离电路和A/D芯片转换电路变换为数字量而送入单片机；数字量输入输出模块包括光电放大电路、继电器，接近开关安装在游梁式抽油机的曲柄附近而用于检测曲柄旋转一周所需要的时间，接近开关检测到的信号经过光电放大电路送入单片机，而单片机的控制信号经过光电放大电路来控制继电器工作；继电器通过游梁式抽油机的交流电动机控制电路来控制游梁式抽油机运行或停止。

可根据实际需要，对上述实施例1作进一步优化或/和改进：

上述数字量输入输出模块还包括报警电路或/和指示电路或/和串口通信电路，其中，报警电路起到报警作用，指示电路起到提示作用，串口通信电路可用于远程传输相关信号。

实施例2：如附图2所示，该抽油机间抽节能控制电路包括游梁式抽油机的三相交流电动机的三相交流电源电路和控制电路；交流接触器的三个主触点KM分别电串联在三相交流电源电路的三相交流电动机的三相电路上；控制电路包括抽油机间抽节能控制装置，该抽油机间抽节能控制装置的继电器包括第一常开触点JK1和常闭触点JK2，第二相交流电源电接点B与第三相交流电源电接点C之间依序电串联有常开触点JK1、交流接触器的控制线圈、常闭触点JK2。

可根据实际需要，对上述实施例2作进一步优化或/和改进：

上述交流接触器的三个主触点KM与三相交流电动机的电源输入端之间电串联有第一快速熔断器FR1，交流接触器的三个主触点KM与三相交流电源之间电串联有手动三相交流电源开关QS。

上述第二相交流电源电接点B与第一常开触点JK1之间电串联有自动手动转换开关K，交流接触器的控制线圈KM1与自动手动转换开关K的手动触点之间依序电串联有开机按钮SB2和关机按钮SB1，交流接触器的自锁触点KM2并联在开机按钮SB2上。

上述继电器的第二常开触点JK3与报警器或/和指示灯电串联后电连接在第二相交流电源电接点B和零线电接点N上。

上述第三相交流电源电接点C与常闭触点JK2之间依序电串联有第二手动单相电源开关QF2和第二快速熔断器FR2，第二相交流电源电接点B与自动手动转换开关K之间串联有第一手动单相电源开关QF1，第三手动单相电源开关QF3串联在本实用新型的电源输入端与第一相交流电源接点A之间。

以上技术特征构成了本实用新型的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

在本实用新型中：抽油井地面示功图的纵坐标为光杆(露出地面，通过悬绳器与驴头连接的第一根抽油杆)在抽油过程中受力的载荷坐标，横坐标为抽油杆上下行程时的位移坐标。抽油机驴头所悬挂的悬绳器承受光杆和井下全部抽油杆柱，并带动最下部深井泵的柱塞做上、下运动一个过程即构成一个冲程周期，相应地可画出一个载荷与位移的函数关系曲线，即地面示功图，标准的地面示功图形状呈平行四边形；当油井井下动液面较高时，泵的充满度大，取得地面示功图数据求得的面积就大，如附图3所示；反之当泵的充满度小的时候上下冲程之间的载荷差值就比较小，面积就会小，如附图4所示，所以，空抽抽的地面示功图普遍显示形为长条状，如附图5所示。

如附图6和7所示，地面示功图面积的求解方程为：

$L=\frac{1}{2}{L}_{\max }(1-\cos \mathrm{\φ}),$

$\mathrm{\Δl}=\frac{1}{2}{L}_{\max }(\cos \mathrm{n\α}-\cos (n+1)\mathrm{\α})$

式中：S为地面示功图的面积；P_上和P_下为同一位移上下冲程的载荷值；l为光杆的冲程变量，L_max为光杆的冲程；φ为曲柄转过的角度，α为曲柄转过的角度变量差即等于360°角度/N；N为一个冲程过程中采集载荷数据的总次数，n＝0，1，2....N。

本实用新型的使用过程：安装了本实用新型的游梁式抽油机开始工作后，在自动手动转换开关K处于自动状态时，通过载荷变送器和接近开关给单片机提供相关数据，并由单片机计算出每个抽油冲程的地面示功图的面积值；当地面示功图的面积值小于已经设定的停抽标准面积值时，单片机发送停抽指令并通过继电器工作使游梁式抽油机的三相交流电动机断电而处于停抽状态；当停抽后的停抽时间长度大于已经设定的停抽时间长度时，单片机发送停抽指令并通过继电器工作使游梁式抽油机的三相交流电动机通电而处于抽油状态；这样的控制就能实现节能和减少抽油机维修的效果，具体实验结果如下：选取产量明确并能够准确计量产量的间开抽油机的油井二口即第一油井和第二油井，在人工状态下检测工作60天，本实用新型的自动状态下检测工作90天，实测数据见下表，运行效果统计结果见下面的统计公式，由试验结果可明显看出本实用新型对间抽的油井产量有不同程度的增产作用，节电效益非常显著。

实验运行效果统计结果如下：

第一油井：

增产效益：增产率＝(现产液量-原产液量)/原产液量

                ＝(2.3-2.2)/2.2＝4.5％

节电效益：节电率＝(原周期电耗-现周期电耗)/原周期电耗

                ＝(72-14.78)/72＝79.5％(192小时内)

第二油井：

增产效益：增产率＝(现产液量-原产液量)/原产液量

                ＝(1.72-1.7)/1.7＝1.1％

节电效益：节电率＝(原周期电耗-现周期电耗)/原周期电耗

                ＝(72-13.96)/72＝80.6％(192小时内)

	第一油井	第二油井
			抽油机的机型	CYJQ10	CYJQ12
电动机功率	22KW	30KW
			抽油机类型	两级平衡节能抽油机	两级平衡节能抽油机
冲程	4.2m	4.2m
			冲次	5次/分钟	5次/分钟
原间开制度	开72小时/关120小时	开72小时/关120小时
			本实用新型的自动状态时的间开制度	开1.5小时/关18小时	开1.2小时/关15小时

Claims (10)

1.一种抽油机间抽节能控制装置，其特征在于包括单片机主控系统模块、示功图数据采集转换模块、电源模块、数字量输入输出模块；单片机主控系统模块包括单片机电路、时钟电路和扩展存储器电路；示功图数据采集转换模块包括电流输入隔离转换放大电路、光电隔离电路和A/D芯片转换电路，在抽油机的悬绳器上安装有载荷变送器，游梁式抽油机的光杆的载荷数据由载荷变送器变成电流信号并经过电流输入隔离转换放大电路、光电隔离电路和A/D芯片转换电路变换为数字量而送入单片机；数字量输入输出模块包括光电放大电路、继电器，接近开关安装在游梁式抽油机的曲柄附近而用于检测曲柄旋转一周所需要的时间，接近开关检测到的信号经过光电放大电路送入单片机，而单片机的控制信号经过光电放大电路来控制继电器工作；继电器通过游梁式抽油机的交流电动机控制电路来控制游梁式抽油机运行或停止。

2.根据权利要求1所述的抽油机间抽节能控制装置，其特征在于数字量输入输出模块包括报警电路或/和指示电路或/和串口通信电路。

3.一种采用权利要求1所述的抽油机间抽节能控制装置的抽油机间抽节能控制电路，其特征在于包括游梁式抽油机的三相交流电动机的三相交流电源电路和控制电路；交流接触器的三个主触点分别电串联在三相交流电源电路的三相交流电动机的三相电路上；控制电路包括抽油机间抽节能控制装置，该抽油机间抽节能控制装置的继电器包括第一常开触点和常闭触点，第二相交流电源电接点与第三相交流电源电接点之间依序电串联有常开触点、交流接触器的控制线圈、常闭触点。

4.根据权利要求3所述的抽油机间抽节能控制电路，其特征在于交流接触器的三个主触点与三相交流电动机的电源输入端之间电串联有第一快速熔断器，交流接触器的三个主触点与三相交流电源之间电串联有手动三相交流电源开关。

5.根据权利要求3或4所述的抽油机间抽节能控制电路，其特征在于第二相交流电源电接点与第一常开触点之间电串联有自动手动转换开关，交流接触器的控制线圈与自动手动转换开关的手动触点之间依序电串联有开机按钮和关机按钮，交流接触器的自锁触点并联在开机按钮上。

6.根据权利要求3或4所述的抽油机间抽节能控制电路，其特征在于继电器的第二常开触点与报警器或/和指示灯电串联后电连接在第二相交流电源电接点和零线电接点上。

7.根据权利要求5所述的抽油机间抽节能控制电路，其特征在于继电器的第二常开触点与报警器或/和指示灯电串联后电连接在第二相交流电源电接点和零线电接点上。

8.根据权利要求3或4所述的抽油机间抽节能控制电路，其特征在于第三相交流电源电接点与常闭触点之间依序电串联有第二手动单相电源开关和第二快速熔断器，第二相交流电源电接点与自动手动转换开关之间串联有第一手动单相电源开关，第三手动单相电源开关串联在本实用新型的电源输入端与第一相交流电源接点之间。

9.根据权利要求5所述的抽油机间抽节能控制电路，其特征在于第三相交流电源电接点与常闭触点之间依序电串联有第二手动单相电源开关和第二快速熔断器，第二相交流电源电接点与自动手动转换开关之间串联有第一手动单相电源开关，第三手动单相电源开关串联在本实用新型的电源输入端与第一相交流电源接点之间。

10.根据权利要求7所述的抽油机间抽节能控制电路，其特征在于第三相交流电源电接点与常闭触点之间依序电串联有第二手动单相电源开关和第二快速熔断器，第二相交流电源电接点与自动手动转换开关之间串联有第一手动单相电源开关，第三手动单相电源开关串联在本实用新型的电源输入端与第一相交流电源接点之间。

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