一种抽油井监控系统及监控方法技术方案

本发明专利技术公开了一种抽油井监控系统及监控方法，该监控系统包括监控装置、抽油机和电动机，所述监控装置包括微处理器模块、存储器、电动机控制器和抽油井检测模块，所述微处理器模块的输入端接有数据采集单元和参数设置单元，所述微处理器模块的输出端接有液晶显示屏、预警装置和平衡块调整指示单元；该监控方法包括步骤：一、故障样本获取；二、判断抽油井是否正常工作；三、判断抽油机是否平衡；四、抽油井系统效率和百米顿液耗电量计算并同步输出。本发明专利技术结构简单、设计合理且使用操作简便、功能全面、使用效果好，能对抽油井故障诊断、抽油机平衡状态和抽油井系统效率进行及时、准确监测。

Pumping well monitoring system and monitoring method

The invention discloses an oil pumping system and method for monitoring, the monitoring system comprises a monitoring device, oil pump and motor, the monitoring device comprises a microprocessor, memory module, motor controller and pumping detection module, the microprocessor module input end is connected with a data acquisition unit and a parameter setting unit output the microprocessor module is connected with a liquid crystal display, warning device and balance adjustment indication unit; the monitoring method comprises the following steps: A, two, judge the fault sample acquisition; pumping is normal; three, determine the pumping unit balance; four, pumping system efficiency and power consumption calculation and 100 Milton liquid synchronous output. The invention has the advantages of simple structure, reasonable design and convenient operation, complete function, good use effect, can fault diagnosis for pumping well, pumping unit balance and pumping system efficiency timely and accurate monitoring.

【技术实现步骤摘要】
一种抽油井监控系统及监控方法
本专利技术属于抽油井监控
，尤其是涉及一种抽油井监控系统及监控方法。
技术介绍
现如今，机械采油是我国石油开采中所采用的主要的开采方式，我国的机械采油井约在全部抽油井总数的90％以上，目前的机械采油主要包括有杆泵、无杆泵、气举和其他等抽油系统，其中，有杆泵抽油系统是机械采油中主要的机械采油方式，有杆泵抽油井占机械抽油井的90％左右，产量占75％以上，随着科技的发展和生产规模的不断增大，我们的石油开采量也不断地增加，有杆泵抽油系统朝着低能耗和高效率的方向发展，同时，也导致有杆泵抽油系统能耗严重,效率普遍偏低,有杆泵抽油系统中故障频繁发生，因此，必须对有杆泵抽油井进行有效监控，提高抽油系统效率,降低石油开采成本,实现高效经济采油。目前，有杆泵抽油井主要存在以下问题：(1)有杆泵抽油井在开采过程中的故障有杆泵抽油井开采过程中游动阀漏失、游动阀严重漏失或失灵、游动阀打开滞后、游动阀关闭滞后、固定阀漏失、固定阀严重漏失或失灵、固定阀堵死、游动阀和固定阀同时漏失、油管漏失、油管断脱、油管弯曲、抽油杆断脱、泵漏失、泵筒均匀腐蚀、泵筒中部拉槽、泵供液不足、泵充不满、气体影响、气锁、供液不足、上死点碰挂、柱塞下碰、振动载荷、惯性载荷大、柱塞与泵筒间隙过小、柱塞脱出泵筒、柱塞部分脱出泵筒、柱塞未完全进入泵筒、沙卡、蜡卡、卡泵、齿轮磨损、皮带打滑、抽喷和盘根盒过紧等故障，有杆泵抽油井一旦发生以上事故，轻则造成抽油井中相关设备使用寿命的减少和生产停产，重则发生抽油井设备损坏和抽油井工作人员伤亡等严重事故。(2)有杆泵抽油井系统中抽油机不平衡问题抽油机在工作过程中，会出现抽油机不平衡问题，抽油机不平衡时，会造成电动机作负功，降低电动机的使用效率和寿命；另外，抽油机工作过程中易发生剧烈振动而缩短抽油机的寿命；抽油机不平衡还会造成驴头上、下摆动不均匀，从而影响抽油机和抽油泵的正常工作。(3)有杆泵抽油井系统效率和间抽时间问题有杆泵抽油过程中，当油井中供液不足时，抽油机等相关设备持续工作不仅会造成能源的浪费，而且容易造成设备损坏，因此调整有杆泵抽油井的间抽时间是非常重要的，可以有效提高有杆泵抽油井生产效率。针对上述问题，国内外分别采取了相应的解决措施，具体方法如下：第一、采用示功图对有杆泵抽油井的故障进行判断识别：有杆泵抽油井的故障判断主要是防止有杆泵抽油井存在故障，造成生产事故，目前具体的判断方法有：(1)采用人工巡视的方式进行检查，通过人工经验对抽油机可能发生的故障进行初判；(2)利用矢量特征法对多边形逼近处理后的泵示功图中的故障进行识别；(3)根据晓波函数对电动机的功率进行分析，确定抽油机的故障；(4)利用基于粒子群优化的谱聚类算法对量化后的泵示功图特征向量进行聚类，完成有杆泵抽油井故障诊断。目前，对于泵示功图的特征提取方法，主要有面积法、匹配法、网格法、矢量法等。但是这些方法比较复杂且准确性和有效性都不高。第二、目前，有杆泵抽油井主要采用观察法和测电流法对抽油机的平衡进行检测，观察法需要工作人员眼睛观察，受人为因素干扰，检测不准确；测电流法不一定能保证抽油机一定平衡。第三、在油田开采过程中,目前一般未设置相关油井动液面检测装置和抽油井系统效率检测装置，不能及时获取油井液位和系统效率，合理安排间抽时间包括关井时间和生产时间，调整抽油井系统效率，减少能源浪费和设备损耗。另外，现如今抽油井监控系统所采用的各个检测模块相互独立，不能实现信息融合和综合判断，因此研究一种抽油井监控系统及监控方法，集抽油井故障诊断、抽油机平衡状态和抽油井系统效率于一体，保证抽油井高效、低功耗、安全运行，减少能源浪费和设备损耗，对石油开采安全生产具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种抽油井监控系统，其结构简单、设计合理且使用操作简便、功能全面、使用效果好，能对抽油井故障诊断、抽油机平衡状态和抽油井系统效率进行及时、准确监测。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种抽油井监控系统，其特征在于：包括监控装置、抽油机和用于驱动抽油机进行抽油的电动机，所述监控装置包括微处理器模块、与微处理器模块相接的存储器、对电动机进行控制的电动机控制器和对被监测抽油井的工作状况进行检测的抽油井检测模块，所述微处理器模块的输入端接有数据采集单元和用于参数设定的参数设置单元，所述微处理器模块的输出端接有液晶显示屏、预警装置和平衡块调整指示单元，所述电动机控制器与微处理器模块连接，且所述电动机控制器由微处理器模块进行控制；所述抽油井检测模块包括井口油管压力检测模块、井口套管压力检测模块、井液密度检测模块、抽油机冲次检测模块、油井日产液量检测模块和对抽油井动液面深度进行检测的油井动液面检测模块，以及对抽油机驴头悬点处的载荷进行检测的载荷传感器、对抽油机驴头悬点处的位移进行检测的位移传感器、对电动机的电流进行检测的电流检测模块和对电动机的电压进行检测的电压检测模块，所述载荷传感器、位移传感器、井口油管压力检测模块、井口套管压力检测模块、井液密度检测模块、抽油机冲次检测模块、油井日产液量检测模块、油井动液面检测模块、电流检测模块和电压检测模块均与数据采集单元连接。上述的一种抽油井监控系统，其特征在于：所述微处理器模块包括单片机、ARM微处理器或DSP微处理器。上述的一种抽油井监控系统，其特征在于：所述电流检测模块包括电流互感器，所述电压检测模块包括电压互感器。上述的一种抽油井监控系统，其特征在于：包括用于与上位机进行通信的计算机接口电路，所述计算机接口电路和微处理器模块相接。同时，本专利技术还公开一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好的抽油井监控方法，能对抽油井故障诊断、抽油机平衡状态和抽油井系统效率进行及时、准确监测并根据监测结果进行预警和同步输出，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、故障样本获取，其获取过程如下：步骤101、故障信号采集：对被监测抽油井在D种不同故障状态下，分别进行故障信号的采集，获得与D种不同故障对应的D组故障检测数据，并将D组所述故障检测数据同步存入与微处理器模块相接的存储器中；其中，对任一个故障状态进行故障信号采集时，在抽油机上冲程和下冲程一个周期内，采用位移传感器和载荷传感器分别对抽油机驴头悬点的故障位移和故障载荷进行检测，并通过数据采集单元对位移传感器所检测到的故障位移信号和载荷传感器所检测到的故障载荷信号分别进行采样，且将不同采样时刻所采集到的N个故障载荷Wgi和N个与故障载荷Wgi对应的故障位移Sgi均同步传送至微处理器模块，微处理器模块将N个故障位移Sgi和N个故障载荷Wgi一一对应存储至与微处理器模块相接的存储器中，获得与任一个所述故障状态对应的故障检测数据，所述故障检测数据为由故障位移Sgi和故障载荷Wgi组成的N维故障特征数组，并记作[Sgi,Wgi]，其中，i为正整数且i＝1、2、3、...、N，且N为偶数，所述故障检测数据包括在抽油机上冲程内检测到的上故障特征数组[Sg1,Wg1]～[Sgn,Wgn]和在抽油机下冲程内检测到的下故障特征数组[Sgn+1,Wgn+1]～[SgN,WgN],其中，n＝N/2；骤102、故障检测数据的归一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抽油井监控系统，其特征在于：包括监控装置、抽油机(3)和用于驱动抽油机(3)进行抽油的电动机(1)，所述监控装置包括微处理器模块(2)、与微处理器模块(2)相接的存储器(21)、对电动机(1)进行控制的电动机控制器(1‑1)和对被监测抽油井的工作状况进行检测的抽油井检测模块，所述微处理器模块(2)的输入端接有数据采集单元(18)和用于参数设定的参数设置单元(6)，所述微处理器模块(2)的输出端接有液晶显示屏(20)、预警装置(19)和平衡块调整指示单元(15)，所述电动机控制器(1‑1)与微处理器模块(2)连接，且所述电动机控制器(1‑1)由微处理器模块(2)进行控制；所述抽油井检测模块包括井口油管压力检测模块(8)、井口套管压力检测模块(9)、井液密度检测模块(10)、抽油机冲次检测模块(11)、油井日产液量检测模块(13)和对抽油井动液面深度进行检测的油井动液面检测模块(14)，以及对抽油机(3)驴头悬点处的载荷进行检测的载荷传感器(4)、对抽油机(3)驴头悬点处的位移进行检测的位移传感器(5)、对电动机(1)的电流进行检测的电流检测模块(16)和对电动机(1)的电压进行检测的电压检测模块(17)，所述载荷传感器(4)、位移传感器(5)、井口油管压力检测模块(8)、井口套管压力检测模块(9)、井液密度检测模块(10)、抽油机冲次检测模块(11)、油井日产液量检测模块(13)、油井动液面检测模块(14)、电流检测模块(16)和电压检测模块(17)均与数据采集单元(18)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种抽油井监控系统，其特征在于：包括监控装置、抽油机(3)和用于驱动抽油机(3)进行抽油的电动机(1)，所述监控装置包括微处理器模块(2)、与微处理器模块(2)相接的存储器(21)、对电动机(1)进行控制的电动机控制器(1-1)和对被监测抽油井的工作状况进行检测的抽油井检测模块，所述微处理器模块(2)的输入端接有数据采集单元(18)和用于参数设定的参数设置单元(6)，所述微处理器模块(2)的输出端接有液晶显示屏(20)、预警装置(19)和平衡块调整指示单元(15)，所述电动机控制器(1-1)与微处理器模块(2)连接，且所述电动机控制器(1-1)由微处理器模块(2)进行控制；所述抽油井检测模块包括井口油管压力检测模块(8)、井口套管压力检测模块(9)、井液密度检测模块(10)、抽油机冲次检测模块(11)、油井日产液量检测模块(13)和对抽油井动液面深度进行检测的油井动液面检测模块(14)，以及对抽油机(3)驴头悬点处的载荷进行检测的载荷传感器(4)、对抽油机(3)驴头悬点处的位移进行检测的位移传感器(5)、对电动机(1)的电流进行检测的电流检测模块(16)和对电动机(1)的电压进行检测的电压检测模块(17)，所述载荷传感器(4)、位移传感器(5)、井口油管压力检测模块(8)、井口套管压力检测模块(9)、井液密度检测模块(10)、抽油机冲次检测模块(11)、油井日产液量检测模块(13)、油井动液面检测模块(14)、电流检测模块(16)和电压检测模块(17)均与数据采集单元(18)连接。2.按照权利要求1所述的一种抽油井监控系统，其特征在于：所述微处理器模块(2)包括单片机、ARM微处理器或DSP微处理器。3.按照权利要求1或2所述的一种抽油井监控系统，其特征在于：所述电流检测模块(16)包括电流互感器，所述电压检测模块(17)包括电压互感器。4.按照权利要求1或2所述的一种抽油井监控系统，其特征在于：包括用于与上位机进行通信的计算机接口电路(7)，所述计算机接口电路(7)和微处理器模块(2)相接。5.一种利用如权利要求1所述抽油井监控系统对抽油井进行监控的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、故障样本获取，其获取过程如下：步骤101、故障信号采集：对被监测抽油井在D种不同故障状态下，分别进行故障信号的采集，获得与D种不同故障对应的D组故障检测数据，并将D组所述故障检测数据同步存入与微处理器模块(2)相接的存储器(21)中；其中，对任一个故障状态进行故障信号采集时，在抽油机(3)上冲程和下冲程一个周期内，采用位移传感器(5)和载荷传感器(4)分别对抽油机(3)驴头悬点的故障位移和故障载荷进行检测，并通过数据采集单元(18)对位移传感器(5)所检测到的故障位移信号和载荷传感器(4)所检测到的故障载荷信号分别进行采样，且将不同采样时刻所采集到的N个故障载荷Wgi和N个与故障载荷Wgi对应的故障位移Sgi均同步传送至微处理器模块(2)，微处理器模块(2)将N个故障位移Sgi和N个故障载荷Wgi一一对应存储至与微处理器模块(2)相接的存储器(21)中，获得与任一个所述故障状态对应的故障检测数据，所述故障检测数据为由N个故障位移Sgi和N个故障载荷Wgi组成的N维故障特征数组，并记作[Sgi,Wgi]，其中，i为正整数且i＝1、2、3、...、N，且N为偶数，所述故障检测数据包括在抽油机(3)上冲程内检测到的上故障特征数组[Sg1,Wg1]～[Sgn,Wgn]和在抽油机(3)下冲程内检测到的下故障特征数组[Sgn+1,Wgn+1]～[SgN,WgN],其中，n＝N/2；骤102、故障检测数据的归一化处理采用微处理器模块(2)调用归一化处理模块分别对D组所述故障检测数据进行归一化处理，得到D组归一化故障检测数据，并将D个所述归一化故障检测数据存储在所述存储器(21)中；其中，对任一个所述故障检测数据进行归一化处理时，首先，采用微处理器模块(2)调用归一化处理模块对所述上故障特征数组进行归一化处理，得到归一化上故障特征数组，再采用微处理器模块(2)调用归一化处理模块对所述下故障特征数组进行归一化处理，得到归一化下故障特征数组；步骤103、故障样本获取：采用微处理器模块(2)对D个所述归一化故障检测数据分别进行插值处理，获取D个故障样本的方法均相同且均采用微处理器模块(2)进行插值处理；对于D个所述归一化故障检测数据中的任一个所述归一化故障检测数据进行插值处理，获取故障样本过程如下：步骤1031、对步骤102中所述归一化上故障特征数组，采用拉格朗日多项式插值法，取等间距为s的故障插值位移点将所述归一化上故障特征数组中的载荷进行插值，得到插值后的归一化上故障特征数组，并记作其中，表示插值后的归一化上故障特征数组中第j个故障插值位移点对应的第j个上故障插值载荷点，j为正整数，且j的取值范围为步骤1032、对步骤102中所述归一化下故障特征数组，采用拉格朗日多项式插值法进行插值，取等间距为s的故障插值位移点将所述归一化下故障特征数组中的载荷进行插值，得到插值后的归一化下故障特征数组，并记作其中，表示插值后的归一化下故障特征数组中第j个故障插值位移点对应的第j个下故障插值载荷点；步骤1033、将步骤1031中所述插值后的归一化上故障特征数组和步骤1032中所述插值后的归一化下故障特征数组均同步存储在所述存储器(21)中，得到故障样本，并记作Am，其中，m表示故障样本的序号，m为正整数，且m的取值范围为1～D；步骤1034、多次重复步骤1031至步骤1033，直至完成D个所述归一化故障检测数据的插值处理，得到与被监测抽油井D种不同故障状态对应的D种故障样本，即故障样本A1，A2，...，AD，并将D种所述故障样本存储在所述存储器(21)中；步骤二、判断抽油井是否正常工作，具体过程如下：步骤201、信号实时采集：对被监测抽油井在当前工作状态下，在抽油机(3)上冲程和下冲程一个周期内，位移传感器(5)对抽油机(3)驴头悬点的待诊断位移信号进行检测的并将检测到的待诊断位移Sdi通过数据采集单元(18)进行采样；同时，采用载荷传感器(4)对抽油机(3)驴头悬点的待诊断载荷信号进行检测的并将检测到的待诊断载荷Wdi通过数据采集单元(18)进行采样，数据采集单元(18)将不同采样时刻所采集到的N个待诊断位移Sdi和N个与待诊断位移Sdi对应的待诊断载荷Wdi均同步传送至微处理器模块(2)，微处理器模块(2)将N个待诊断位移Sdi和N个待诊断载荷Wdi一一对应存储至存储器(21)中，获得当前工作状态检测数据，且所述当前工作状态检测数据对应的待诊断检测数据为由N个待诊断位移Sdi和N个待诊断载荷Wdi组成的N维待诊断检测数组，并记作[Sdi,Wdi]，其中，i为正整数且i＝1、2、3、...、N；所述待诊断检测数据包括在抽油机(3)上冲程内检测到的上检测特征数组[Sd1,Wd1]～[Sdn,Wdn]和在抽油机(3)下冲程内检测到的下检测特征数组[Sdn+1,Wdn+1]～[SdN,WdN],其中，n＝N/2；步骤202、待诊断检测数据处理：步骤2021、采用微处理器模块(2)调用归一化处理模块对步骤201中所述待诊断检测数据进行归一化处理，得到归一化待诊断检测数据，并将所述归一化待诊断检测数据存储在所述存储器(21)中；其中，对步骤201中所述待诊断检测数据进行归一化处理时，首先，采用微处理器模块(2)调用归一化处理模块对所述上检测特征数组进行归一化处理，得到归一化上检测特征数组，再采用微处理器模块(2)调用归一化处理模块对所述下检测特征数组进行归一化处理，得到归一化下检测特征数组；步骤2022、对所述归一化待诊断检测数据，采用微处理器模块(2)进行插值处理，具体过程为：首先，对所述归一化上检测特征数组，采用拉格朗日多项式插值法，取等间距为s的待诊断插值位移点将所述上检测特征数组中的载荷进行插值，得到插值后的归一化上检测特征数组，并记作其中，表示插值后的归一化上检测特征数组中第j个待诊断插值位移点对应的第j个上待诊断插值载荷点；然后，对所述归一化下检测特征数组，采用拉格朗日多项式插值法进行插值，取等间距为s的待诊断插值位移点将所述下检测特征数组中的载荷进行插值，得到插值后的归一化下检测特征数组，并记作其中，表示插值后的归一化下检测特征数组中第j个待诊断插值位移点对应的第j个下待诊断插值载荷点；最后，将所述插值后的归一化上检测特征数组和所述插值后的归一化下检测特征数组存储在所述存储器(21)中，得到待诊断样本，并记作B；步骤20...

【专利技术属性】
技术研发人员：任涛，孙文，康晓清，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61