一种抽油机智能间抽控制装置及其使用方法

1.本发明属于石油开采技术领域，涉及一种抽油机智能间抽控制装置及其使用方法。


背景技术：

2.目前油田生产中大量存在低压、低渗、低产油井，一般通过间歇抽油生产方式进行生产，该方式可有效降低生产能耗并提高油井经济效益，是一种有效的方法。目前虽然各油田在低渗透油田的开发中积累了丰富的经验，形成了配套的低渗透油田勘探开发技术。但是，对以间歇方式生产的油井的流压变化规律没有从根本上掌握，低渗透油田间歇试采井的定产仍然是一个难题，需要在生产中根据人工经验进行不断的调整。而且当前油井智能间抽控制系统大多自动化程度不高，不具备良好的人机交互功能和完整的通信系统，进而导致现场操作不便以及维护成本偏高。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种抽油机智能间抽控制装置及其使用方法，从而解决当前油井智能间抽控制系统大多自动化程度不高，不具备良好的人机交互功能的技术问题。
4.本发明是通过以下技术方案来实现：
5.一种抽油机智能间抽控制装置，包括上位机、间抽控制器、数据采集模块以及人机交互模块；
6.所述上位机与间抽控制器通讯连接设置；
7.所述间抽控制器的数据输入端与数据采集模块的数据输出端以及人机交互模块的数据输出端通讯连接；
8.所述间抽控制器与控制抽油机电连接设置。
9.优选的，所述间抽控制器与控制抽油机的电机及刹车机的电控单元电连接设置。
10.优选的，所述抽油机智能间抽控制装置还包括通信模块；所述通信模块(4)包括rs485通讯芯片、rs232通讯芯片以及zigbee通讯芯片；
11.所述间抽控制器与数据采集模块以及人机交互模块均通过rs485通讯芯片通讯连接；
12.所述间抽控制器与上位机之间通过rs232通讯芯片通讯连接；
13.所述间抽控制器与间抽控制器的数据监控平台之间通过zigbee通讯芯片通讯连接。
14.优选的，所述数据采集模块包括电压电流传感器、载荷传感器、角位移传感器、电能计量模块以及功图采集器；所述电压电流传感器、载荷传感器、角位移传感器以及电能计量模块的数据输出端与功图采集器的数据输入端连接设置，所述功图采集器的数据输出端与间抽控制器的数据输入端连接。
15.优选的，所述电压电流传感器设置在抽油机电机的输入电线上；载荷传感器设置在抽油机的空心抽油管上；角位移传感器设置在抽油机的油梁处；电能计量模块设置在抽油机的电箱内三相火线上。
16.优选的，所述人机交互模块包括显示模块和参数输入模块，所述显示模块以及参数输入模块均与间抽控制器通讯连接。
17.优选的，所述抽油机智能间抽控制装置还包括声光预警装置，所述声光预警装置与所述间抽控制器连接设置。
18.上述的抽油机智能间抽控制装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
19.s1：通过人机交互模块设定抽油机运行的初始阈值参数；所述初始阈值参数包括现场最短停井时间、现场最高停井时间、启井持续时间、停井持续时间以及抽油机的初始运行状态；
20.s2：间抽控制器读取设定的初始阈值参数以及抽油机当前运行模式；
21.s3：间抽控制器判断当前抽油机实际状态是否为停井状态，如果是，间抽控制器调用停井程序，并计算间歇停井时间，当停井时间大于设定的现场最高停井时间时，输出启动控制信号，抽油机启动运行，并将运行结果输出至人机交互模块；
22.s4：重复步骤s3过程，进行抽油机运行阈值参数的优化，得到最优的抽油机运行阈值参数；
23.s5：抽油机按照所述最优的抽油机运行阈值参数进行运行，并将运行结果输出至人机交互模块，同时间抽控制器实时接收数据采集模块的数据，所述间抽控制器根据接收到的数据采集模块的数据绘制施工图，当所述抽油机的运行参数不符合所述施工图要求时，所述间抽控制器调整抽油机的初始运行状态，抽油机按照调整后的运行状态继续运行。
24.优选的，所述施工图根据所述电压电流传感器、载荷传感器、角位移传感器、电能计量模块以及功图采集器的数据实时绘制。
25.优选的，所述步骤s3中，输出启动控制信号的同时启动声光预警装置。
26.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
27.一种抽油机智能间抽控制装置，设置有上位机、间抽控制器、数据采集模块以及人机交互模块，其中上位机与间抽控制器通讯连接设置，间抽控制器与据采集模块的数据输出端以及人机交互模块的数据输出端通讯连接，有效实现了数字化系统对接，实现无人值守，有效提高了自动化程度以及人机交互的功能，该装置中间抽控制器与控制抽油机电连接设置，实现联动配合，采用安全电压进行启停控制，实现了抽油机的智能化控制。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
29.图1为本发明油井智能间抽信号处理模块及传感器模块示意图；
30.图2为本发明油井智能间抽控制装置控制面板外观图；
31.图3为本发明油井智能间抽控制装置结构示意图。
32.其中：1、间抽控制器，2、数据采集模块，3、人机交互模块，4、通信模块，5、声光预警装置，2-1、电压电流传感器，2-2、载荷传感器，2-3、角位移传感器，2-4、电能计量互感器，功图采集器2-5，3、人机交互模块，3-1、显示模块，3-2、参数输入模块。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
36.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
38.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
40.如图1所示，一种抽油机智能间抽控制装置，包括上位机、间抽控制器，1，、数据采集模块，2，以及人机交互模块，3，；上位机与间抽控制器，1，通讯连接设置；间抽控制器，1，的数据输入端与数据采集模块，2，的数据输出端以及人机交互模块，3，的数据输出端通讯连接；间抽控制器，1，与控制抽油机电连接设置。间抽控制器，1，与控制抽油机的电机及刹车机的电控单元电连接设置。本发明专利的间抽控制器1安装在油井智能间抽控制柜中，主控芯片为stm32f103，通过pc端仿真软件进行编程与调试，可实现连开模式、定点启停模式、定间隔运行模式以及自适应控制模式的逻辑控制。间抽控制器1通过外部io口接收数据采集模块的外部反馈数据以及人机交互模块3的预设参数，间抽控制器1通过外部io口输出控制信号来控制抽油机电机及刹车机的运行。在自动控制模式下间抽控制器1基于接收数据采集模块2的外部反馈数据以及人机交互模块3进行相应的逻辑控制。其中定间隔模式为间
抽控制器1根据现场单井实际情况人工设置抽油机的启抽时刻与停抽时刻来控制抽油机进行运行；其中自适应控制模式是以所采集到的电功图的变化趋势为依据，通过不断的迭代学习来建立数学摸型，分析提取其相关的特征值，判断油井地层的供液情况，并以示功图的变化来验证算法的逻辑，通过内部算法的运算来给出合理的间抽制度，再通过控制器1的外部接口输出数字信号或模拟信号来进行抽油机的间开控制。
41.本发明的数据采集模块，2，包括电压电流传感器，2-1，、载荷传感器，2-2，、角位移传感器，2-3，、电能计量模块，2-4，以及功图采集器，2-5，；电压电流传感器，2-1，、载荷传感器，2-2，、角位移传感器，2-3，以及电能计量模块，2-4，的数据输出端与功图采集器，2-5，的数据输入端连接设置，功图采集器，2-5，的数据输出端与间抽控制器，1，的数据输入端连接。电压电流传感器2-1均为霍尔传感器，电压电流传感器2-1安装在抽油机电机的输入电线上，测量抽油机电机的三相电压与电流并通过功图采集器2-5传递数据到油井智能间抽控制器；载荷传感器2-2安装在空心抽油管上，测量空心抽油管载荷并通过功图采集器2-5传递数据到油井智能间抽控制器；角位移传感器2-3安装于油梁处，测量油梁处的角位移并通过功图采集器2-5传递数据到油井智能间抽控制器；电能计量互感器2-4安装在安装于电气控制柜内，即电箱内三相火线上，测量抽油机用电量，测量抽油机用电量并通过功图采集器2-5传递数据到油井智能间抽控制器。
42.如图2所示，本发明的人机交互模块，3，包括显示模块，3-1，和参数输入模块，3-2，，所述显示模块，3-1，以及参数输入模块，3-2，均与间抽控制器，1，通讯连接。显示模块3-1和参数输入模块3-2，安装在油井智能间抽控制柜外面板上，并通过rs485通讯与油井智能间抽控制器1进行通讯。显示模块3-1可显示电机的运行参数，电机的运行参数包括冲程、冲次、电机总运行时长、电机有功功率、电机无功功率、电机三相输入电压、电机三相输入电流和运行频率。参数输入模块3-2，可以设置抽油机间歇抽油的相关参数，主要包括电机功率、功率、启井最长时间、停井最长时间、滤波窗口、停井步长、自学习周期，用于提升控制装置在不同井况下的通用性。
43.本发明专利的通信模块4包括rs485、rs232与zigbee通讯方式。rs485通讯主要用于控制器与变频器、控制器与数据采集模块、控制器与人机交互模块间的通讯，以便于控制器获取外部状态反馈并向人机交互模块更新当前运行状态；rs232通讯主要用于控制器与上位机之间的通讯，便于对控制器进行程序刷写与升级；zigbee通讯主要用于控制器与数据监控平台之间的通讯，可通过该种通讯方式与现场大数据平台进行通讯，上传现场的相关生产数据与状态，并接收大数据平台的远程指令，控制器与大数据平台通过这种通讯方式实现油田生产的远程监控与控制。变频器受控于控制器，控制器内部程序通过对当前采集的数据进行分析之后，如果系统当前数据参数符合调频运行，则控制器给出控制信号到变频器，变频器开始工作，系统进入调频运行模式。
44.本发明还包括有声光预警装置5，声光预警装置5包括红色警示灯与扩音喇叭。其部件直接与间抽控制器1连接，主要用于在间抽控制器1改变抽油机运行状态时发出声光报警，以提醒现场的工作人员与抽油机保持一定的安全距离，避免现场的安全事故的发生。
45.本发明的目的在于针对低产井产量低、泵效低、耗能高、磨损大等情况，对低效井的间歇抽油制度设计方法与控制技术进行研究。设计出基于油井智能间开控制器为主控的智能间歇抽油控制装置，以节约生产能耗，降低设备磨损。本发明设计的一种油井智能间抽
控制装置，该装置具有多种控制模式，并与油井地层供液情况相结合，可自动形成间抽闭环控制；装置内自带的功图采集器可与油田井场主数据采集器进行多种方式通讯，符合数字化井场油气生产物联网技术规定。智能间抽控制柜与智能刹车联动配合，采用安全电压进行启停控制，使刹车装置更安全可控；支持本地与远程双模式控制，可实现与现有数字化系统对接，实现无人值守，降低人工劳动强度，节省人力资源成本。
46.本发明中的抽油机智能间抽控制装置的使用方法，包括以下步骤：
47.s1：通过人机交互模块，3，设定抽油机运行的初始阈值参数；所述初始阈值参数包括现场最短停井时间、现场最高停井时间、启井持续时间、停井持续时间以及抽油机的初始运行状态；
48.s2：间抽控制器，1，读取设定的初始阈值参数以及抽油机当前运行模式；
49.s3：间抽控制器，1，判断当前抽油机实际状态是否为停井状态，如果是，间抽控制器，1，调用停井程序，并计算间歇停井时间，当停井时间大于设定的现场最高停井时间时，输出启动控制信号，抽油机启动运行，并将运行结果输出至人机交互模块，3，；
50.s4：重复步骤s3过程，进行抽油机运行阈值参数的优化，得到最优的抽油机运行阈值参数；
51.s5：抽油机按照所述最优的抽油机运行阈值参数进行运行，并将运行结果输出至人机交互模块，3，，同时间抽控制器，1，实时接收数据采集模块，2，的数据，所述间抽控制器，1，根据接收到的数据采集模块，2，的数据绘制施工图，当所述抽油机的运行参数不符合所述施工图要求时，所述间抽控制器，1，调整抽油机的初始运行状态，抽油机按照调整后的运行状态继续运行。
52.进一步的的具体步骤为：
53.步骤一：油井智能间抽控制装置上电后初始化各类阈值参数电机额定功率、功率系数、现场最短停井时间、现场最高停井时间、启井持续时间、停井持续时间、控制器初始控制状态。
54.步骤二：间抽控制器读取人机交互模块中人工设定的相关阈值参数以及当前运行模式。
55.步骤三：判断当前抽油机实际状态是否为停井状态，如果是，调用停井程序；并计算间歇停井时间，当停井时间大于面板设置的现场最高停井时间后，输出启动控制信号，并开始计算自学习次数同时启动声光预警装置进行声光预警以提醒现场工作人员。
56.步骤四：间抽控制器通过通讯模块的rs485通讯接收数据采集模块相关传感器数据，并经内部相关数据处理算法进行数据处理。
57.步骤五：处理后的数据进入控制算法中进行控制逻辑判断，根据内部算法逻辑求解算法结果，并将算法结果通过通讯模块实时向人机交互模块进行传输，人机交互模块将控制器求解结果实时显示于显示面板之上。
58.步骤六：当数据采集模块采集到的各项数据特征满足控制算法的停井要求后，间抽控制器通过外部io口输出停井信号，控制抽油机电机停止运行进行停井蓄液的同时启动声光预警装置进行声光预警以提醒现场工作人员，同时间抽控制器将本次抽油运行时长、预测的间抽制度通过通讯模块同步传输至人机交互模块与生产大数据平台，使运行状态可视化。
59.步骤七：在间抽控制器控制抽油机停井后，控制器启用内部时钟，并调用内部停井控制算法，当停井时间达到算法输出制度的停井制度要求的时间后，控制器的外部io口输出启井信号，并重复步骤二所述内容，循环运行以寻找最佳间抽运行制度，实现节约生产能耗，降低设备磨损的目的。
60.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。