一种抽油机最佳冲次调节方法技术

一种抽油机最佳冲次调节方法。该方法通过在现有数字化抽油机RTU测控单元中植入一种基于时序全局搜索的抽油机冲次调节的新算法，具体过程为：首先利用电机功率限定技术，筛选确定变频器允许的变频范围，并将抽油机最大频率设定为起始频率，逐步降低频率运行。然后针对所采集的抽油机悬点载荷与位移数据，计算实际泵效，并以泵效和频率的乘积作为等效产液量来代替实际产液量进行数据存储；之后，对等效产液量的时序数据进行全局搜索，快速找到最佳合理冲次，并将此时的电机频率作为最佳基数频率；最后对抽油机最佳基数频率进行微调，保证最佳冲次能长时间准确。本方法具有自适应性，可在使抽油机达到最大产液量的前提下，实现最佳泵效。

An optimum adjustment method for pumping units

An optimum adjustment method for pumping units. A new algorithm of pumping unit stroke regulation based on time series global search is embedded in the existing RTU measurement and control unit of a digital pumping unit. The specific process is as follows: Firstly, the allowable frequency range of the converter is selected and determined by using the technology of motor power limitation, and the maximum frequency of the pumping unit is set as the starting frequency to gradually reduce. Low frequency operation. Then the actual pump efficiency is calculated according to the collected data of the suspension load and displacement of the pumping unit, and the product of pump efficiency and frequency is taken as the equivalent liquid yield to replace the actual liquid yield for data storage; then, the time series data of the equivalent liquid yield is searched globally to find the best reasonable impulse quickly, and the motor at this time is saved. Frequency is the best cardinal frequency. Finally, the optimum cardinal frequency of the pumping unit is fine-tuned to ensure that the optimum stroke energy is accurate for a long time. This method is self-adaptive and can achieve the best pumping efficiency under the premise of maximizing the liquid production of the pumping unit.

【技术实现步骤摘要】
一种抽油机最佳冲次调节方法
本专利技术属于石油工程与自动控制
，主要涉及一种基于时序全局搜索的抽油机最佳冲次调节方法。
技术介绍
随着油田开发过程中对原油高产及节能技术的需求，抽油机变频调速技术在全国各油田逐步得到推广应用。虽然抽油机电机变频调速使冲次调节变得非常容易，但是，受到有杆抽油系统复杂工况及测量信息不全面性等因素的影响，使得抽油机最佳冲次难以确定，冲次调节存在盲目性，亟需研究一种合理在线判别与自动调整抽油机最佳冲次的有效方法。一般衡量抽油机最佳工作状态的指标是油井产液量，目前油田中应用最广泛最有效的是“功图量油”技术，但地面示功图计产也存在着与实测油井产液量误差大的缺陷，为了克服这一缺陷，人们一直都在试图直接或间接得到抽油泵示功图，针对不同工况条件及工作参数，提出了各种抽油泵力学模型及快速求解算法，取得了满意的油井计产精度。但这些方法又存在着计算繁杂、运行慢、专业性强的特点，给变频调速抽油机合理冲次的在线判别带来了困难。专利技术专利（公开号：CN102865053A）涉及一种抽油机最佳冲次判定方法，其特征在于：根据冲次改变前后地面功图计算相对产液量，并判断其比值的变化情况；不断运行上述程序，直至找到最大日产液量下的最小冲次，即为最佳冲次。该方法虽然算法简便，但是假设前提过于理想，认为相对产液量随冲次的变化只存在一个极大值，然而在实际生产过程中，由于受工况的影响，抽油机的冲次在连续变化调节时，可能存在多个最大值点，因此该方法只是一个局部最优冲次，并非全局最优冲次。专利技术专利（公开号：CN105093930A）一种适合超低渗油藏数字化抽油机最佳冲次工艺方法，其特征在于：采集同频率下多幅功图数据，计算平均冲次和平均泵充满度，建立产液量与电机频率的关系模型，以计算最佳频率，通过循环调节当前频率为模型的新频率，以达到最佳频率作为抽油机最优冲次。该方法虽然理论上论证较为充分，但是建立产液量与电机频率的关系模型来寻最佳冲次，不仅计算量大，并不适于抽油机小容量控制芯片的计算要求，而且冲次与产量的具体映射关系由于受到井下工况及抽油机工作参数的影响，目前还没有可靠的定量描述，从而影响对最佳频率的选择，无法获得满足最大产液量的最佳冲次要求。技术专利（公开号：CN103885367A）涉及一种基于最佳冲次辨识的抽油机智能控制系统，该系统通过检测变频器的电流和电压计算电机的瞬时功率（含负功率），以通讯方式将瞬时功率传送至智能控制卡作数据处理，得到抽油机的冲次电耗量。检测到抽油机在不同冲次下的冲次电耗，通过基于产液量最大化的最佳冲次辨识数学模型计算出最佳冲次及对应的冲次电耗，完成对油井工况的自学习。该系统所采用的方法依赖于先进的硬件和通讯条件，不适于油田大规模推广应用，特别是在偏远地区，数据传输不畅，容易导致合理冲次判别程序的中断，闭环控制程序无法运行。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所提到的技术问题，本专利技术提供一种基于时序全局搜索的抽油机最佳冲次调节方法，以克服现有技术在判别抽油机最佳冲次时的不足。本专利技术的技术方案是：本种抽油机最佳冲次调节方法，是在现有数字化抽油机RTU测控单元中植入一种基于时序全局搜索的抽油机最佳冲次调节算法，使抽油机变频技术得到最大限度应用的同时，减少抽油机出现过抽或欠抽的现象，在使抽油机达到最大产液量的前提下，实现最佳泵效的目标。所述基于时序全局搜索的抽油机最佳冲次调节算法包括以下步骤：步骤一，利用电机功率限定技术，筛选确定变频器允许的变频范围，并将抽油机最大频率设定为起始频率，逐步降低频率运行；本步骤的作用在于为了避免变频器在抽油机冲次自动调整过程中烧坏电机；步骤二，采集抽油机悬点载荷与位移数据，并依据所采集的数据计算实际泵效，并以泵效和频率的乘积作为等效产液量来代替实际产液量进行数据存储；本步骤的作用在于判断不同冲次下产液量的大小变化趋势和简化计算过程；步骤三，采用时序全局搜索法，快速找到最佳合理冲次，并将此时的电机频率作为最佳基数频率；步骤四，使抽油机以最佳基数频率运行，同时进入微调频率阶段，即抽油机每次以一个频率运行时计算当前频率下抽油机的等效产液量，并与前一次运行频率的等效产液量进行对比，根据等效产液量和频率变化的趋势对当前运行频率以一个频率步长进行微调；步骤五，重复执行步骤四，按此循环执行微调，直至抽油机的电机频率在某一数值波动，此数即为最佳合理冲次对应的抽油机的电机频率；步骤六，将步骤五中获得的抽油机频率按照电机转速公式转化为抽油机最佳冲次；步骤七，按照步骤六中获得的抽油机最佳冲次数值调节抽油机冲次。步骤一中所述利用电机功率限定技术筛选确定变频器允许的变频范围的具体实现路径如下：在保证电机不会被烧坏的前提下，将某一电机频率设为初始的当前频率，通过检测变频器的三相瞬时电流和瞬时电压，将其各相对应电压与电流相乘并求和，计算得到当前电机的瞬时功率，以通讯方式将瞬时功率传送至智能控制卡进行功率判定，即当前功率大于0.98倍电机额定功率时，停止增加电机频率并下调5Hz作为起始频率；若不大于0.98倍的额定功率，一直增加到最大允许瞬时功率所对应的频率，并将抽油机最大频率设定为起始频率，并按照一定的步长逐步降低频率进行微调运行。步骤二中所述等效产液量的计算按照如下公式（1）至公式（5）计算得出；具体路径为：根据电机理论可知，电机转速公式为：（1）式中：p为电机极对数，s为转差率，f为供电电源频率；上式可以看出，电机转速与频率近似成正比，改变频率即可以平滑地调节电机转速，从而可以连续地改变抽油机的抽油速度；抽油机实际产液量的计算方法为：（2）式中，Spe为柱塞有效冲程，Ap为柱塞横截面积，N为冲次，且N=n/60；泵效的计算公式为：（3）其中，S为柱塞的冲程；综合上述公式，可得（4）以等效产液量来代替实际产液量进行数据存储，等效产液量公式为：（5）步骤三中所述的基于时序全局搜索法快速找到最佳合理冲次的具体实现路径如下：①让变频器首先定为最大允许频率，让抽油机在此频率下稳定运转3个小时，每10分钟采集一组功图数据，3个小时运行结束后，变频器频率下调5Hz，重复上述步骤，变频器频率最后稳定在20Hz；这整个运行过程中，抽油机分别以12个不同频率各稳定运行了3个小时，每一个频率下各采集了18组功图数据，共采集216组功图数据；②每一组功图数据对应步骤二中计算出的一个等效产液量，即可以计算出216个等效产液量的时序数据点；③以等效产液量为纵坐标，数据点序号为横坐标，进行时序全局搜索的数据处理，分多步进行：A．分别找到数据时序图的极大值和极小值点，因为左右两个端点没有极值的定义，所以排除；B．分析极值点的分布规律，判断极小值与极大值的数量情况；C．知道极值点的分布情况后，按照不同情况对极值点进行删除，使极大值点和极小值点数量相等；D．对极大值点和极小值点进行线性插值，插值后极大值线和极小值线各删去一个端点，使极大值点和极小值点一一对应；E．找到每一对极大值和极小值点的中点，最后对所有中点取均值，得到平均等效产液量；F．寻找与平均等效产液量最接近点所对应频率，并将此时的电机频率作为最佳基数频率。步骤四中所述的使抽油机以最佳基数频率运行，同时进入微调频率阶段的具体路径如下：如果根据步骤一所确定的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抽油机最佳冲次调节方法，其特征在于：在现有数字化抽油机RTU测控单元中植入一种基于时序全局搜索的抽油机最佳冲次调节算法；所述基于时序全局搜索的抽油机最佳冲次调节算法包括以下步骤：步骤一，利用电机功率限定技术，筛选确定变频器允许的变频范围，并将抽油机最大频率设定为起始频率，逐步降低频率运行；本步骤的作用在于为了避免变频器在抽油机冲次自动调整过程中烧坏电机；步骤二，采集抽油机悬点载荷与位移数据，并依据所采集的数据计算实际泵效，并以泵效和频率的乘积作为等效产液量来代替实际产液量进行数据存储；本步骤的作用在于判断不同冲次下产液量的大小变化趋势和简化计算过程；步骤三，采用时序全局搜索法，快速找到最佳合理冲次，并将此时的电机频率作为最佳基数频率；步骤四，使抽油机以最佳基数频率运行，同时进入微调频率阶段，即抽油机每次以一个频率运行时计算当前频率下抽油机的等效产液量，并与前一次运行频率的等效产液量进行对比，根据等效产液量和频率变化的趋势对当前运行频率以一个频率步长进行微调；步骤五，重复执行步骤四，按此循环执行微调，直至抽油机的电机频率在某一数值波动，此数即为最佳合理冲次对应的抽油机的电机频率；步骤六，将步骤五中获得的抽油机频率按照电机转速公式转化为抽油机最佳冲次；步骤七，按照步骤六中获得的抽油机最佳冲次数值调节抽油机冲次。...

【技术特征摘要】
1.一种抽油机最佳冲次调节方法，其特征在于：在现有数字化抽油机RTU测控单元中植入一种基于时序全局搜索的抽油机最佳冲次调节算法；所述基于时序全局搜索的抽油机最佳冲次调节算法包括以下步骤：步骤一，利用电机功率限定技术，筛选确定变频器允许的变频范围，并将抽油机最大频率设定为起始频率，逐步降低频率运行；本步骤的作用在于为了避免变频器在抽油机冲次自动调整过程中烧坏电机；步骤二，采集抽油机悬点载荷与位移数据，并依据所采集的数据计算实际泵效，并以泵效和频率的乘积作为等效产液量来代替实际产液量进行数据存储；本步骤的作用在于判断不同冲次下产液量的大小变化趋势和简化计算过程；步骤三，采用时序全局搜索法，快速找到最佳合理冲次，并将此时的电机频率作为最佳基数频率；步骤四，使抽油机以最佳基数频率运行，同时进入微调频率阶段，即抽油机每次以一个频率运行时计算当前频率下抽油机的等效产液量，并与前一次运行频率的等效产液量进行对比，根据等效产液量和频率变化的趋势对当前运行频率以一个频率步长进行微调；步骤五，重复执行步骤四，按此循环执行微调，直至抽油机的电机频率在某一数值波动，此数即为最佳合理冲次对应的抽油机的电机频率；步骤六，将步骤五中获得的抽油机频率按照电机转速公式转化为抽油机最佳冲次；步骤七，按照步骤六中获得的抽油机最佳冲次数值调节抽油机冲次。2.根据权利要求1所述一种抽油机最佳冲次调节方法，其特征在于：步骤一中所述利用电机功率限定技术筛选确定变频器允许的变频范围的具体实现路径如下：在保证电机不会被烧坏的前提下，将某一电机频率设为初始的当前频率，通过检测变频器的三相瞬时电流和瞬时电压，将其各相对应电压与电流相乘并求和，计算得到当前电机的瞬时功率，以通讯方式将瞬时功率传送至智能控制卡进行功率判定，即当前功率大于0.98倍电机额定功率时，停止增加电机频率并下调5Hz作为起始频率；若不大于0.98倍的额定功率，一直增加到最大允许瞬时功率所对应的频率，并将抽油机最大频率设定为起始频率，并按照一定的步长逐步降低频率进行微调运行。3.根据权利要求1所述的一种抽油机最佳冲次调节方法，其特征在于：步骤二中所述等效产液量的计算按照如下公式（1）至公式（5）计算得出；具体路径为：根据电机理论可知，电机转速公式为：（1）式中：p为电机极对数，s为转差率，f为供电电源频率；上式可以看出，电机转速与频率近似成正比，改变频率即可以平滑地调节电机转速，从而可以连续地改变抽油机的抽油速度；抽油机实际产液量的计算方法为：（2）式中，Spe为柱塞有效冲程，Ap为柱塞横截面积，N为冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐友福，雷娜，邹龙庆，丛蕊，祝娟，陈桂娟，王磊，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23