CN212716565U - 一种抽油机智能间抽定位启停系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抽油机智能间抽定位启停系统，包括用于监测驴头运行状态的角位移传感器、用于控制抽油机间歇抽油的间抽智能控制箱、多个区域检测报警节点，间抽智能控制箱包括动液面采集机构和间抽智能控制机构。本实用新型通过角位移传感器采集抽油机游梁转动角度并识别驴头上下运行状态，通过动液面采集机构直接采集油井内液面深度，并将油井内液面深度传输至间抽智能控制机构，与间抽智能控制机构的存储器内存储的油泵深度比较，当连续采集的油井内液面深度深于油泵深度时，间抽智能控制机构控制抽油机停机且停在指定位置，当油井内液面深度恢复，淹没油泵时，间抽智能控制机构控制抽油机启动，间歇抽油过程中驴头停靠位置定位有效可靠。

Description

一种抽油机智能间抽定位启停系统

技术领域

本实用新型属于抽油机定位启停技术领域，具体涉及一种抽油机智能间抽定位启停系统。

背景技术

目前我国已探明油藏中低渗透油藏储量高达60％以上，且很多常规油田已逐渐步入开发中后期，在开采过程中往往出现地层压力不足、供液严重不足、间歇出油、产量下降等现象，导致抽油泵出现严重的空抽现象，这种情况不仅对抽油机设备遭成机械损耗，加速设备老化，同时造成电能的大量浪费，由于液击现象甚至会导致更严重的抽油杆断裂等事故。因此找出一种节能开采的方式对油田增效至关重要。

通过不懈尝试提出了间歇采油的抽汲方式，简称间抽。而传统的间抽通常经过一段时间记录得出间抽规律，采用统一固定的间抽制度，由油田现场的采油工程师手动开启和关闭抽油机，关井时根据经验把抽油机驴头停在下死点，等液面上升至一定高度时开启抽汲。这种方式对关井时间没有明确把握，关井时间过长，会造成产量降低，进而降低油田生产效益。此外，过长的关井时间会导致原油粘度增大，再次开机时由于摩擦力过大极容易造成抽油杆断脱的危险。如果开井时间过长，会造成空抽和液击现象，造成电能浪费并且加大设备损耗，如果开井时间过短，会造成产量过低，降低效益。尽管这种固定时间的间抽制度便于油田的管理，但对于井况各不相同的油井而言，环空液面上升时间和下降时间各不相同，这也就失去了间抽的意义。另外，不是所有的油场中抽油机驴头均适宜停止在下死点位置，现如今缺少一种能对抽油机自适应定位启停的控制系统。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种抽油机智能间抽定位启停系统，其设计新颖合理，通过角位移传感器采集抽油机游梁转动角度并识别驴头是上运行状态还是下运行状态，通过动液面采集机构直接采集油井内液面深度，并将油井内液面深度传输至间抽智能控制机构，与间抽智能控制机构的存储器内存储的油泵深度比较，当连续采集的油井内液面深度深于油泵深度时，间抽智能控制机构控制抽油机停机且停在指定位置，当油井内液面深度恢复，淹没油泵时，间抽智能控制机构控制抽油机启动，间歇抽油过程中驴头停靠位置定位有效，间歇抽油直接可靠，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种抽油机智能间抽定位启停系统，其特征在于：包括安装在抽油机游梁转动支点位置且用于监测驴头运行状态的角位移传感器、安装在套管支管上用于控制抽油机间歇抽油的间抽智能控制箱、以及多个围绕油井套管顶端且均匀布设在油场的区域检测报警节点，所述间抽智能控制箱包括防爆外壳、穿过防爆外壳且与套管支管对接的测试管以及设置在防爆外壳内的动液面采集机构和间抽智能控制机构，所述动液面采集机构包括储气仓、声波发射气管、第一微控制器以及均与第一微控制器连接的定时器、压力传感器、套管电磁阀、爆破电磁阀和微音器，微音器和压力传感器的探测端与测试管连通，爆破电磁阀安装在测试管上，声波发射气管的一端与储气仓连通，声波发射气管的另一端与测试管连通，套管电磁阀安装在声波发射气管上；

所述间抽智能控制机构包括与第一微控制器通信的第二微控制器以及均与第二微控制器连接用于感应油场人员流动的红外感应传感器、用于提醒抽油机旁侧的人员离开的机载报警器、用于与区域检测报警节点通信的第一通信模块、用于与上位机通信的第二通信模块、用于存储油泵深度和抽油机游梁转动角位移区间的存储器；

角位移传感器的信号输出端与第二微控制器的输入端连接；

第一微控制器、定时器、第二微控制器、存储器、第一通信模块和第二通信模块均集成在电子线路板上，区域检测报警节点包括第三微控制器以及均与所述第三微控制器连接的微波传感器、区域报警器和第三通信模块。

上述的一种抽油机智能间抽定位启停系统，其特征在于：所述储气仓上连接有进气管，进气管远离储气仓的一端伸出至防爆外壳外。

上述的一种抽油机智能间抽定位启停系统，其特征在于：所述防爆外壳上设置有为电子线路板供电的外接电路接头。

上述的一种抽油机智能间抽定位启停系统，其特征在于：所述第一通信模块、第二通信模块和所述第三通信模块均为无线通信模块。

上述的一种抽油机智能间抽定位启停系统，其特征在于：所述区域检测报警节点的数量至少为八个。

上述的一种抽油机智能间抽定位启停系统，其特征在于：所述防爆外壳上开设有两个通孔，红外感应传感器的探测端朝向一个通孔，机载报警器的输出端朝向另一个通孔。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过角位移传感器采集抽油机游梁转动角度并识别驴头是上运行状态还是下运行状态，当需要停机时，选择驴头下运行状态进行停机，避免在驴头上运行大惯性状态下停机，安全可靠，便于推广使用。

2、本实用新型通过动液面采集机构直接采集油井内液面深度，动液面采集机构设置压力传感器采集油井压力，以便第一微控制器决定是采用内爆方式测量油井内液面深度还是采用外爆方式测量油井内液面深度，功能完备，适应性强，同时设置定时器周期性测量油井内液面深度，获取油井内液面深度连续变化曲线，参考性强。

3、本实用新型通过动液面采集机构直接采集油井内液面深度，并将油井内液面深度传输至间抽智能控制机构，与间抽智能控制机构的存储器内存储的油泵深度比较，当连续采集的油井内液面深度深于油泵深度时，间抽智能控制机构控制抽油机停机且停在指定位置，当油井内液面深度恢复，淹没油泵时，间抽智能控制机构控制抽油机启动，间歇抽油过程中驴头停靠位置定位有效，间歇抽油直接可靠。

4、本实用新型设计新颖合理，通过在井场内设置多个围绕油井套管顶端且均匀布设的区域检测报警节点划分油井作业区，为现场人员规避安全隐患，通过在间抽智能控制箱内设置红外感应传感器采集油井作业区内的人员流动情况，当抽油机启动或停机时，均需要现场人员远离油井作业区，同时为油井作业区配合报警器，安全性高，便于推广使用。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，通过角位移传感器采集抽油机游梁转动角度并识别驴头是上运行状态还是下运行状态，通过动液面采集机构直接采集油井内液面深度，并将油井内液面深度传输至间抽智能控制机构，与间抽智能控制机构的存储器内存储的油泵深度比较，当连续采集的油井内液面深度深于油泵深度时，间抽智能控制机构控制抽油机停机且停在指定位置，当油井内液面深度恢复，淹没油泵时，间抽智能控制机构控制抽油机启动，间歇抽油过程中驴头停靠位置定位有效，间歇抽油直接可靠，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型区域检测报警节点、间抽智能控制箱和抽油机的布设俯视图。

图2为本实用新型间抽智能控制箱与套管支管的安装关系示意图。

图3为本实用新型角位移传感器和抽油机游梁的安装关系示意图。

图4为本实用新型的电路原理框图。

附图标记说明:

1—定时器； 2—压力传感器； 3—套管电磁阀；

4—爆破电磁阀； 5—微音器； 6—第一微控制器；

7—第二微控制器； 8—存储器； 9—红外感应传感器；

10—机载报警器； 11—抽油机； 12—第一通信模块；

13—区域检测报警节点； 14—第二通信模块；

15—上位机； 16—测试管； 17—防爆外壳；

18—声波发射气管； 19—储气仓； 20—电子线路板；

21—外接电路接头； 22—进气管； 25—套管支管；

26—间抽智能控制箱； 27—油井套管； 28—接箍；

29—油管； 30—油泵； 31—角位移传感器；

32—抽油机游梁； 33—驴头。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型包括安装在抽油机游梁32转动支点位置且用于监测驴头33运行状态的角位移传感器31、安装在套管支管25上用于控制抽油机11间歇抽油的间抽智能控制箱26、以及多个围绕油井套管27顶端且均匀布设在油场的区域检测报警节点13，所述间抽智能控制箱26包括防爆外壳17、穿过防爆外壳17且与套管支管25对接的测试管16以及设置在防爆外壳17内的动液面采集机构和间抽智能控制机构，所述动液面采集机构包括储气仓19、声波发射气管18、第一微控制器6以及均与第一微控制器6连接的定时器1、压力传感器2、套管电磁阀3、爆破电磁阀4和微音器5，微音器5和压力传感器2的探测端与测试管16连通，爆破电磁阀4安装在测试管16上，声波发射气管18的一端与储气仓19连通，声波发射气管18的另一端与测试管16连通，套管电磁阀3安装在声波发射气管18上；

所述间抽智能控制机构包括与第一微控制器6通信的第二微控制器7以及均与第二微控制器7连接用于感应油场人员流动的红外感应传感器9、用于提醒抽油机11旁侧的人员离开的机载报警器10、用于与区域检测报警节点13通信的第一通信模块12、用于与上位机15通信的第二通信模块14、用于存储油泵30深度和抽油机游梁32转动角位移区间的存储器8；

角位移传感器31的信号输出端与第二微控制器7的输入端连接；

第一微控制器6、定时器1、第二微控制器7、存储器8、第一通信模块12和第二通信模块14均集成在电子线路板20上，区域检测报警节点13包括第三微控制器以及均与所述第三微控制器连接的微波传感器、区域报警器和第三通信模块。

实际使用中，微波传感器优选的采用GH719微波传感器，角位移传感器31优选的采用MCJSV010系列角位移传感器。

需要说明的是，通过角位移传感器31采集抽油机游梁32转动角度并识别驴头33是上运行状态还是下运行状态，当需要停机时，选择驴头33下运行状态进行停机，避免在驴头33上运行大惯性状态下停机，安全可靠；通过动液面采集机构直接采集油井内液面深度，动液面采集机构设置压力传感器2采集油井压力，以便第一微控制器6决定是采用内爆方式测量油井内液面深度还是采用外爆方式测量油井内液面深度，功能完备，适应性强，同时设置定时器1周期性测量油井内液面深度，获取油井内液面深度连续变化曲线，参考性强；通过动液面采集机构直接采集油井内液面深度，并将油井内液面深度传输至间抽智能控制机构，与间抽智能控制机构的存储器8内存储的油泵30深度比较，当连续采集的油井内液面深度深于油泵深度时，间抽智能控制机构控制抽油机停机，当油井内液面深度恢复，淹没油泵30时，间抽智能控制机构控制抽油机11启动，间歇抽油直接可靠；通过在井场内设置多个围绕油井套管顶端且均匀布设的区域检测报警节点13划分油井作业区，为现场人员规避安全隐患，通过在间抽智能控制箱内设置红外感应传感器9采集油井作业区内的人员流动情况，当抽油机启动或停机时，均需要现场人员远离油井作业区，同时为油井作业区配合报警器，安全性高。

本实施例中，所述储气仓19上连接有进气管22，进气管22远离储气仓19的一端伸出至防爆外壳17外。

本实施例中，所述防爆外壳17上设置有为电子线路板20供电的外接电路接头21。

外接电路接头21的设置是为了将间抽智能控制箱26的供电系统分开，减少间抽智能控制箱26的体积同时减少套管支管25上的负荷，当需要测量工作时，连接外部供电系统为间抽智能控制箱26供电，使用效果好。

本实施例中，所述第一通信模块12、第二通信模块14和所述第三通信模块均为无线通信模块。

需要说明的是，第二通信模块14优选的采用GSM无线通信模块，第一通信模块12和第三通信模块优选的采用WIFI无线通信模块或ZIGBEE无线通信模块，第一微控制器、第二微控制器和第三微控制器优选的采用STM32系列ARM微控制器。

本实施例中，所述区域检测报警节点13的数量至少为八个。

本实施例中，所述防爆外壳17上开设有两个通孔，红外感应传感器9的探测端朝向一个通孔，机载报警器10的输出端朝向另一个通孔。

本实用新型使用时，在存储器8中预先设置抽油机定位停机时抽油机游梁转动角位移模糊区间，利用动液面采集机构定时的采集动液面深度数据，并根据动液面深度数据绘制实时沉没度曲线，其中，利用多个区域检测报警节点13围绕油井作业区，多个区域检测报警节点13和间抽智能控制箱26内的红外感应传感器9覆盖整个油井作业区人员检测，利用压力传感器2采集油井套管27内压力，当压力传感器2采集的油井套管27内压力大于压力设定值时，采用内爆方式测量油井内液面深度，此时，第一微控制器6控制爆破电磁阀4开启一次发出次声波，使用微音器5接收回波信息后传输至第一微控制器6，第一微控制器6通过专利号为201810168944.8公开的发明专利“一种油井动液面识别方法”对动液面数据进行识别，获取精确的动液面深度结果和套压值；

当压力传感器2采集的油井套管27内压力不大于压力设定值时，选择外爆的工作模式测量动态液面位置，保持套管电磁阀3关闭，采用加气泵通过进气管22为储气仓19输送高压气体，高压气体通过声波发射气管18向测试管16内发出次声波，使用微音器5接收回波信息后传输至第一微控制器6，第一微控制器6通过专利号为201810168944.8公开的发明专利“一种油井动液面识别方法”对动液面数据进行识别，获取精确的动液面深度结果和套压值；

当动液面采集机构采集的连续的两个定时周期上的液面深度深于油泵深度时，抽油机进入停机准备状态，利用角位移传感器31采集抽油机游梁当前转动角度，将抽油机游梁当前转动角度记作第一角度，当第一角度不在抽油机游梁转动角位移模糊区间内时，保持角位移传感器31的采集状态，抽油机继续运行，直至第一角度在抽油机游梁转动角位移模糊区间内；

当第一角度在抽油机游梁转动角位移模糊区间内时，接着获取抽油机游梁下一时刻转动角度，将抽油机游梁下一时刻转动角度记作第二角度，当第二角度在抽油机游梁转动角位移模糊区间内且大于第一角度，或者第二角度不在抽油机游梁转动角位移模糊区间内时，保持角位移传感器31的采集状态，抽油机继续运行，直至第一角度再次进入抽油机游梁转动角位移模糊区间内；当第二角度在抽油机游梁转动角位移模糊区间内且小于第一角度时，说明驴头为下运行状态，第二微控制器控制抽油机停机；

其中，角位移传感器31的0°夹角为：以角位移传感器31为起点沿抽油机游梁32朝向驴头33的一侧绘制的射线与指定竖直平面的夹角，指定竖直平面为与抽油机游梁32在地面的投影垂直的平面；

利用动液面采集机构持续采集液面深度，当动液面采集机构采集的连续的两个定时周期上的液面深度浅于油泵深度时，抽油机开机；

通过在井场内设置多个围绕油井套管顶端且均匀布设的区域检测报警节点13划分油井作业区，为现场人员规避安全隐患，通过在间抽智能控制箱内设置红外感应传感器9采集油井作业区内的人员流动情况，当抽油机启动或停机时，均需要现场人员远离油井作业区，同时为油井作业区配合报警器，安全性高；

需要说明的是，抽油机停机的驴头为上运行状态时为泵抽过程，此时抽油机停机的驴头惯性大，难以控制其定位停机，因此控制抽油机停机选择在驴头为下运行状态，此时抽油机的驴头惯性小、轻负荷，易于控制其定位停机，且安全性高。另外抽油机开机时保持下运行状态，驴头的下运行状态避免过长的关井时间导致原油粘度增大，再次开机时由于摩擦力过大而造成的抽油杆断脱的危险。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种抽油机智能间抽定位启停系统，其特征在于：包括安装在抽油机游梁(32)转动支点位置且用于监测驴头(33)运行状态的角位移传感器(31)、安装在套管支管(25)上用于控制抽油机(11)间歇抽油的间抽智能控制箱(26)、以及多个围绕油井套管(27)顶端且均匀布设在油场的区域检测报警节点(13)，所述间抽智能控制箱(26)包括防爆外壳(17)、穿过防爆外壳(17)且与套管支管(25)对接的测试管(16)以及设置在防爆外壳(17)内的动液面采集机构和间抽智能控制机构，所述动液面采集机构包括储气仓(19)、声波发射气管(18)、第一微控制器(6)以及均与第一微控制器(6)连接的定时器(1)、压力传感器(2)、套管电磁阀(3)、爆破电磁阀(4)和微音器(5)，微音器(5)和压力传感器(2)的探测端与测试管(16)连通，爆破电磁阀(4)安装在测试管(16)上，声波发射气管(18)的一端与储气仓(19)连通，声波发射气管(18)的另一端与测试管(16)连通，套管电磁阀(3)安装在声波发射气管(18)上；

所述间抽智能控制机构包括与第一微控制器(6)通信的第二微控制器(7)以及均与第二微控制器(7)连接用于感应油场人员流动的红外感应传感器(9)、用于提醒抽油机(11)旁侧的人员离开的机载报警器(10)、用于与区域检测报警节点(13)通信的第一通信模块(12)、用于与上位机(15)通信的第二通信模块(14)、用于存储油泵(30)深度和抽油机游梁(32)转动角位移区间的存储器(8)；

角位移传感器(31)的信号输出端与第二微控制器(7)的输入端连接；

第一微控制器(6)、定时器(1)、第二微控制器(7)、存储器(8)、第一通信模块(12)和第二通信模块(14)均集成在电子线路板(20)上，区域检测报警节点(13)包括第三微控制器以及均与所述第三微控制器连接的微波传感器、区域报警器和第三通信模块。

2.按照权利要求1所述的一种抽油机智能间抽定位启停系统，其特征在于：所述储气仓(19)上连接有进气管(22)，进气管(22)远离储气仓(19)的一端伸出至防爆外壳(17)外。

3.按照权利要求1所述的一种抽油机智能间抽定位启停系统，其特征在于：所述防爆外壳(17)上设置有为电子线路板(20)供电的外接电路接头(21)。

4.按照权利要求1所述的一种抽油机智能间抽定位启停系统，其特征在于：所述第一通信模块(12)、第二通信模块(14)和所述第三通信模块均为无线通信模块。

5.按照权利要求1所述的一种抽油机智能间抽定位启停系统，其特征在于：所述区域检测报警节点(13)的数量至少为八个。

6.按照权利要求1所述的一种抽油机智能间抽定位启停系统，其特征在于：所述防爆外壳(17)上开设有两个通孔，红外感应传感器(9)的探测端朝向一个通孔，机载报警器(10)的输出端朝向另一个通孔。

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