一种油井机采能效优化系统技术方案

本专利通过二个方面实现了能效的精准优化：通过示功图充满度识别与调整抽油机转速实现供液与采出的协调智能化，随时调整提高泵充满度；由于抽油机上冲程、下冲程抽油杆加载与卸载时刻，由于载荷切换变化而引起的抽油杆柱反向弹性形变，采用精准低速与时长匹配，使冲程损失减小，提高有效冲程；传感器强磁护板，电路超导材料防磁盒。该系统具有安装维修方便，兼容性强，可整合现有的变频器控制油井资源，实现物联网前端功能、运行平稳可靠，极大降低生产成本，节能率高，是一种新颖并具特色的油井机采能效优化系统。

【技术实现步骤摘要】
一种油井机采能效优化系统
本专利技术涉及抽油机智能运行系统
，具体说是一种适用于稀油井、稠油、排水采气井以及供液不足的低压低产油井的油井机采能效优化系统。
技术介绍
油田生产用电是油田生产的第一成本支出，而抽油机的耗电量是成本支出中的重要组成部分。目前油井生产管理属于粗放式管理，以油井作为耗能最小单元，每口油井的每天吨液单耗、吨液举升单耗如何能实现能耗降低，均未实现精准能效管理以及精准能效的智能化管理，原因是无法实现能效措施优化作为技术支撑，因而造成了运行成本高，电力能源浪费。油井的诊断检测和运行的参数优化调整时间严重滞后，随着油井的运行，待进行能效调整时油井的运行参数又发生了变化，无法达到即时调整的目的，由于每口油井的吨液单耗差异极大，需要进行‘一井一策’，以及运行参数实时优化调整，只有对每口油井都做到精细能效智能优化的节能管理，才能实现全国机械采油的能耗大幅度下降，达到节约能耗以及节能管理水平实质上的突破。本专利所要解决的问题是：由于油井生产是动态变化的，靠人工无法达到实时调整运行参数，致使抽油机运行泵的效率极低，如何使抽油设备的抽油机运行泵效率提高；由于载荷传感器安装使用固定防脱锁方式，现场操作极为不便，不利于实时参数的实时传输与参数修正，因此本专利还需要解决的问题是如何对原有的载荷传感器进行调整、改进使其能够达到实时参数传输与参数修正的目的。供液能力很差的间开油井和冲次已经降低到了极限，如何在冲次过低，柱塞漏失增大的情况下提高电机的效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种适用于稀油井、稠油、排水采气井以及供液不足的低压低产油井的油井机采能效优化系统。抽油机运行效率低下的原因是抽油机上下冲程的运行与井下泵的运行滞后，存在冲程损失使得泵效偏低，需要对抽油机每个上下冲程运行状态参数进行调整。抽油机运行中的上下死点处受冲击载荷影响，抽油杆会随着加载和卸载出现弹性伸长和弹性缩短，这种状况加大了抽油杆弯曲磨损的现象，缩短了油井的检泵周期；目前我国的油田大多是开发中后期，油井供液不足，有效冲程损失较大，油井充满度低，泵效低、无效能源使用较大。本专利技术的技术方案包括以下步骤：1）通过相应数据得出示功图，预设A/B两种上下冲程的运行模式；2）对示功图进行分析；3）通过示功图分析结果对油井供液与抽油设备运行参数进行节能优化；4）根据油井供液与抽油设备运行参数的优化结果，依次调节抽油机冲次、上下冲程状态；5）待调节抽油机冲次与上下冲程状态后，重新根据相应数据得出优化后示功图；6）对优化后的示功图进行分析；7）通过优化后的示功图分析结果对抽油设备运行参数进行二次优化，并对井下泵运行状态参数进行优化；8）得到对抽油设备二次优化后的运行参数以及优化后的井下泵运行状态参数后，参考抽油杆和油管弹性变化量的反应时间1~3s；9）根据步骤8）的参数得出需要调节的上下冲程时间；10）根据步骤9）的上下冲程时间重新调整冲次公式；11）根据步骤10）的冲次结果通过变频器调节电机运行状态。所述的相应参数是指角度传感器的角度数据与载荷传感器的载荷数据；所述示功图以载荷为纵轴，以位移作为横轴，所述位移是依据公式：S=L*θ/2，S为对应时刻光杆位移，θ为角度传感器的角度数据，L为中轴到抽油机驴头外弧距离。所述的对油井供液与抽油设备运行参数进行节能优化是指根据对示功图调节抽油机电机的工作状态，如抽油机电机处于能耗较高的状态则降低抽油机工作频率。当示功图判断供液充满度为100%时，采用5Hz步长频率，对抽油机电机进行频率上调，至示功图判断供液充满度为95%~100%，频率上调上限为50Hz；当示功图判断供液充满度小于等于95%，且冲次大于等于2次/分钟时，设定冲次为N1/分钟，一个冲程时间为60/N1秒，光杆冲程为S米，AF泵有效冲程Spe,泵充满度为Spe/(S-λ杆)；抽油泵上部未充满段充满液体需要的时间公式为：Δt=30{(S-λ杆)/N1*Spe}-30/N1；对抽油机电机的调整公式为N2=30/（30/N1+Δt/2）；其中N2是步长为Δt/2时抽油机冲次，降低冲次提高充满度，至泵充满度达到95%；当示功图判断充满度小于等于95%，冲次小于等于2次/分，且大于1次/分时，设定冲次为N1/分钟，一个冲程时间为60/N1秒，下调电机频率、降低抽油机冲次，至充满度大于等于95%且小于100%时，停止调整频率；当示功图判断充满度为小于等于95%，冲次小于等于1次/分时，抽油机下死点左右往复摆动，摆动的幅度范围在抽油杆弹性变形λ杆值1/2内（0-λ杆/2）所对应的角度摆动；由角度传感器θ信号，以及中轴到抽油机驴头外弧长距离L输入到主机PLC，依据公式S=Lθ/2和光杆S在（0-λ杆/2）取值，则θ=λ杆/L，以下死点为中心左右摆动θ角度，摆动的时长为t满=60/N摆Ƞ，设冲次N摆,泵充满度Ƞ，Ƞt满=60/N摆。所述A/B两种上下冲程的运行模式中，设定冲次为N1/分钟，一个冲程时间为60/N1秒，光杆冲程为S米，AF泵有效冲程Spe,泵充满度为Spe/(S-λ杆)；上下冲程运行模式A的内容如下：半个冲程时间为（30/N1+Δt/2），上冲程时间为（30/N1+3Δt/4），下冲程时间为（30/N1+Δt/4）；上下冲程运行模式B的内容如下：当示功图判断充满度大于等于95%时，上冲程段：抽油机以曲柄A角速度ω2减速到B角速度ω1，用时Δt1，抽油机曲柄以角速度ω1运行至C点用时Δt2，由C点至D点时角速度由ω1增至ω2，用时Δt3，由D点匀速至E点用时Δt4；变速段A~D用时Δt=Δt1+Δt2+Δt3，上冲程总用时为Δt=Δt1+Δt2+Δt3+Δt4；下冲程的E~D段时长公式为Δt6=30{（S–λ杆）/N1.Spe}-30/N1，低速到此点E并延迟3秒,从悬点上死点S开始，抽油机曲柄E角速度ω2，F减速为ω1,用时Δt5，以ω1角速度运行G点，运行（3+Δt6）秒,之后用时Δt7，L点增速到ω1，抽油机以角速度ω2匀速运行Δt8至M(A)下死点。变速段EL用时Δt=（Δt5+3+Δt6+Δt7）。下冲程EM(A)用时：（Δt5+3+Δt6+Δt7+Δt8）。EL变速段Δt=减速段时间1秒+匀速段时间3+Δt6秒+增速段时间1秒。所述A/B两种上下冲程模式中，上下冲程模式A的下冲程由抽油机悬点上死点S开始，抽油机曲柄角速度从对应点Dω2，减速到E点ω1，运行至F（A）点，由D点至F（A）点的时长为：（30/N1+3Δt/4），悬点通过下死点延迟2秒后由B点开始增速直至点Cω2，D上死点到上冲程B点时长为：{（30/N1+3Δt/4）+2}秒；上冲程从B点开始经过{（30/N1+Δt/4）-2}秒到上死点对应点D。所述上下冲程模式A中使用的冲次公式为：60/（30/N1+Δt/2）；上冲程抽油机冲次公式N上=60/[（60/N1+Δt/2）-4]；下冲程冲次公式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油井机采能效优化系统，其特征包括以下步骤：/n1）通过相应数据得出示功图，预设A/B两种上下冲程的运行模式；/n2）对示功图进行分析；/n3）通过示功图分析结果对油井供液与抽油设备运行参数进行节能优化；/n4）根据油井供液与抽油设备运行参数的优化结果，依次调节抽油机冲次、上下冲程状态；/n5）待调节抽油机冲次与上下冲程状态后，重新根据相应数据得出优化后示功图；/n6）对优化后的示功图进行分析；/n7）通过优化后的示功图分析结果对抽油设备运行参数进行二次优化，并对井下泵运行状态参数进行优化；/n8）得到对抽油设备二次优化后的运行参数以及优化后的井下泵运行状态参数后，参考抽油杆和油管弹性变化量的反应时间1~3s；/n9）根据步骤8）的参数得出需要调节的上下冲程时间；/n10）根据步骤9）的上下冲程时间重新调整冲次公式；/n11）根据步骤10）的冲次结果通过变频器调节电机运行状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种油井机采能效优化系统，其特征包括以下步骤：
1）通过相应数据得出示功图，预设A/B两种上下冲程的运行模式；
2）对示功图进行分析；
3）通过示功图分析结果对油井供液与抽油设备运行参数进行节能优化；
4）根据油井供液与抽油设备运行参数的优化结果，依次调节抽油机冲次、上下冲程状态；
5）待调节抽油机冲次与上下冲程状态后，重新根据相应数据得出优化后示功图；
6）对优化后的示功图进行分析；
7）通过优化后的示功图分析结果对抽油设备运行参数进行二次优化，并对井下泵运行状态参数进行优化；
8）得到对抽油设备二次优化后的运行参数以及优化后的井下泵运行状态参数后，参考抽油杆和油管弹性变化量的反应时间1~3s；
9）根据步骤8）的参数得出需要调节的上下冲程时间；
10）根据步骤9）的上下冲程时间重新调整冲次公式；
11）根据步骤10）的冲次结果通过变频器调节电机运行状态。


2.根据权利要求1所述的一种油井机采能效优化系统，其特征是：所述的相应参数是指角度传感器的角度数据与载荷传感器的载荷数据。


3.根据权利要求2所述的一种油井机采能效优化系统，其特征是：所述示功图以载荷为纵轴，以位移作为横轴，所述位移是依据公式：S=L*θ/2，S为对应时刻光杆位移，θ为角度传感器的角度数据，L为中轴到抽油机驴头外弧距离。


4.根据权利要求1所述的一种油井机采能效优化系统，其特征是：所述的对油井供液与抽油设备运行参数进行节能优化是指根据对示功图调节抽油机电机的工作状态，如抽油机电机处于能耗较高的状态则降低抽油机工作频率。


5.根据权利要求1所述的一种油井机采能效优化系统，其特征是：当示功图判断供液充满度为100%时，采用5Hz步长频率，对抽油机电机进行频率上调，至示功图判断供液充满度为95%~100%，频率上调上限为50Hz；
当示功图判断供液充满度小于等于95%，且冲次大于等于2次/分钟时，设定冲次为N1/分钟，一个冲程时间为60/N1秒，光杆冲程为S米，AF泵有效冲程Spe,泵充满度为Spe/(S-λ杆)；抽油泵上部未充满段充满液体需要的时间公式为：Δt=30{(S-λ杆)/N1*Spe}-30/N1；对抽油机电机的调整公式为N2=30/（30/N1+Δt/2）；其中N2是步长为Δt/2时抽油机冲次，降低冲次提高充满度，至泵充满度达到95%；
当示功图判断充满度小于等于95%，冲次小于等于2次/分，且大于1次/分时，设定冲次为N1/分钟，一个冲程时间为60/N1秒，下调电机频率、降低抽油机冲次，至充满度大于等于95%且小于100%时，停止调整频率；
当示功图判断充满度为小于等于95%，冲次小于等于1次/分时，抽油机下死点左右往复摆动，摆动的幅度范围在抽油杆弹性变形λ杆值1/2内（0-λ杆/2）所对应的角度摆动；由角度传感器θ信号，以及中轴到抽油机驴头外弧长距离L输入到主机PLC，依据公式S=...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜禹蒙，杜军华，
申请(专利权)人：辽宁凯翼实业有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21