一种抽油机井（群）智能化应用系统和实现方法技术方案

本发明专利技术涉及一种抽油机井(群)智能化应用系统和实现方法，数据采集单元、变频单元、工况单元和服务单元，其中：数据采集单元：用于采集抽油机的运行参数；变频单元：用于调节抽油机的抽油频率，以能够实现同一井场内的抽油机的功率进行错峰控制；工况单元：用于能够识别工况类型和预测故障类型；和服务单元：其输入端与数据采集单元通信连接，其输出端分别与变频单元和故障单元通信连接；服务单元基于工况单元的工况识别结果和/或预测结果通信连接至变频单元，其中，变频单元能够基于工况诊断及识别结果对抽油机进行变频调参；或变频单元基于工况预测结果在未来一定时间内对抽油机进行优化变频，以节能、提高泵效及优化错峰控制策略。

【技术实现步骤摘要】
一种抽油机井(群)智能化应用系统和实现方法
本专利技术涉及智慧采油工程
，尤其涉及一种抽油机井智能化应用系统和方法。
技术介绍
抽油机是开采石油的一种机器设备，通过将一个活塞拉杆(抽油杆)的抽汲作用把油抽上来，俗称“磕头机”。随着智能技术的发展，抽油机井正以高效节能环保的理念进行智能升级改造。据统计，全国现有抽油机井超过30万台，电机装机容量9000MW，变压器总容量超过100亿kVA，能耗基数巨大，节能空间非常广阔。可见，我国的抽油机井的智能改造工程量巨大，而且许多抽油机井古老故障率高，势必对抽油机井的智能改造造成困难。由于抽油机油井启动功率大，运行功率小，造成电机配置过大，功率利用率低，且抽油机载荷和井下工况变化大。为实现效益规模化、减少油井开发征地面积以及油井供配电及调控集中化、智能化，丛式井场抽油机井(群)通过采用共直流母线方式供配电，解决抽油机井(群)再生能量和系统谐波污染等带来的系统建设成本增加、能源利用率低等问题。传统的抽油机控制柜采用电机全压直接启动,电机转速低,电机输入电压高,容易造成电机过载,电机冲击电流可以达到5-10倍,对电网、电机都有一定的冲击,降低功率因数,电网容量要求提升,浪费资源。例如，公开号为CN106761668B的中国专利公开的一种油井故障智能分析决策系统及方法。该系统包括数据采集模块、远程测控模块、服务器、数据库连接模块和功能模块，数据采集模块包括电参数采集模块、温度传感器、压力传感器、动液面测量仪、一体化示功仪、流量传感器和可燃气体检测仪，电参数采集模块、温度传感器、压力传感器、动液面测量仪、一体化示功仪和流量传感器均与远程测控模块通信连接，服务器内设有生产数据库和专家数据库，生产数据库和数据库连接模块双向通信连接。该专利技术通过建立油田智能分析与决策专家系统，对油井的生产参数进行实时监控、分析、工况诊断和预测，对油田节约成本、节省人力和物力。现有技术，虽然能够对油井故障进行分析，但是其仅仅是对故障的辨别，而不能在故障发生时保证抽油机仍然能够保持较高的生产能力，另一方面其不能够在故障发生时延长抽油机井的使用寿命。在智能改造过程中，抽油机井如何在发生故障的情况下也能够“正常”保持较高的生产能力是本专利技术所要解决的技术问题之一。此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。
技术实现思路
针对现有技术之不足：现有的抽油机井大多是带着故障进行作业或者在发生故障时仍需作业，以达到预期产能。然而现有的抽油机井即使能够预测或者识别故障，却不能通过对故障类型的识别结果或者预测结果在故障工况下通过自调节的方式进行作业。本专利技术提供一种抽油机井(群)智能化应用系统，包括数据采集单元、变频单元、工况单元和服务单元，其中：数据采集单元：用于采集抽油机的运行参数；变频单元：用于调节抽油机的抽油频率，以能够实现同一井场内的抽油机的功率进行错峰控制；工况单元：用于能够识别工况类型和预测故障类型；和服务单元：其输入端与所述数据采集单元通信连接，其输出端分别与所述变频单元和所述故障单元通信连接；所述服务单元基于所述工况单元的工况识别结果和/或工况预测结果通信连接至所述变频单元，其中，所述变频单元能够基于所述工况识别结果对所述抽油机进行优化变频；或所述变频单元基于所述工况诊断与预测结果在未来一定时间内对所述抽油机进行优化变频，以优化错峰控制策略。通过提高作业频率、降低作业频率或者将频率设定为随时间的函数均能够应对抽油机在不同工况状态下的运行以达到预期产能。甚至经过智能化升级改造实践：在某些故障工况下，抽油机在被故障单元识别后，经过变频单元的变频调节，能够超出预期产能，为维修预留了作业时间。与传统抽油机的人工操作而言，这无疑地为油田的生产作业提供了更优质的生产保障。在工况单元识别出故障类型的情况下，服务单元能够基于识别出的故障类型对应的计量模型而对故障工况下的抽油井产量进行计量而保证抽油井能够在变频单元对抽油机的抽油频率变换之后正常连续地或间断地生产。计量模型是对各类工况及其计量数据通过深度学习而得出的。优选地，简单工况下的计量模型配置在本地端的本地服务器中，复杂工况下的计量模型配置在云分析端的云端服务器中。根据一种优选的实施方式，所述服务单元包括本级服务器和云端服务器，所述本级服务器在本级工况单元未获取一级工况识别结果的情况下通信连接至所述云端服务器，而使得所述云端服务器能够基于专家库通过云端工况单元获取的二级工况识别结果或所述工况诊断与预测结果反馈至变频单元。本地服务器获取的二级处理数据一方面用于本地工况单元进行单一故障工况的识别，而另一方面则将二级处理数据发送至云端服务器，降低云端服务器数据的处理量。本专利技术中，本级工况单元所需要的数据类型少，其仅仅负责对单一抽油井的故障识别，对于简单工况下的故障类型具有较高的识别率和准确率，能够及时有效地在本地就能获取一级故障识别结果，完成故障预警、故障处理，因而可以不用上传至云端进行简单工况的识别，减少云分析端的数据处理量。而云端工况单元则是负责整个丛式井井场内的抽油机井的故障识别和故障预测，其数据处理量较大。根据一种优选的实施方式，所述本级工况单元配置有工况动态诊断模型，而使得其在本地端能够基于服务单元预处理后的示功图和/或电功图对单一故障类型进行识别而获取第一故障识别结果。根据一种优选的实施方式，所述云端工况单元配置有复杂工况动态诊断模型，而使得其在云分析端能够在所述本级工况单元未识别出工况的情况下基于服务单元预处理后的示功图和/或电功图对复杂工况类型进行识别而获取第二工况识别结果或对工况类型进行预测而获取工况预测结果。根据一种优选的实施方式，所述云端服务器与各抽油机对应的本地服务器经由井场监控杆建立通信连接，而使得所述云端服务器能够经由本地服务器将丛式井场内的各抽油机的运行参数获取，从而所述云端服务器能够在正常工况下或异常工况下预判功率峰值的发生时间，以使得所述云端服务器能够基于丛式井场内的功率峰值实现超前错峰控制策略的优化，以在功率峰值出现时所述变频单元能够对各抽油机进行调频。根据一种优选的实施方式，在所述工况单元识别出故障类型的情况下，所述服务单元能够基于识别出的故障类型对应的计量模型而对故障工况下的抽油井产量进行计量而保证抽油井能够在变频单元对抽油机的抽油频率变换之后正常连续地或间断地生产。根据一种优选的实施方式，所述服务单元能够基于电功图以四连杆运动规律计算曲柄平衡扭矩从而将所述电功图转换为示功图，从而使得所述本级故障单元能够根据电机角位移传感器和曲柄零点传感器测得转速差值来判断抽油机皮带是否打滑。根据一种优选的实施方式，所述系统包括可视化监控平台，所述可视化监控平台与所述云端服务器数据连接，而使得在登录至所述可视化监控平台的情况下，所述云端服本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抽油机井(群)智能化应用系统，包括数据采集单元(100)、变频单元(200)、故障单元(300)和服务单元(400)，其中：/n数据采集单元(100)：用于采集抽油机的运行参数；/n变频单元(200)：用于调节抽油机的抽油频率，以能够实现同一井场内的抽油机的功率进行错峰控制；/n工况单元(300)：用于能够识别工况类型和预测故障类型；和/n服务单元(400)：其输入端与所述数据采集单元(100)通信连接，其输出端分别与所述变频单元(200)和所述工况单元(300)通信连接；/n其特征在于，/n所述服务单元(400)基于所述工况单元(300)的工况识别结果和/或预测结果通信连接至所述变频单元(200)，/n其中，所述变频单元(200)能够基于所述工况识别结果对所述抽油机进行优化变频；或所述变频单元(200)基于所述工况预测结果在未来一定时间内对所述抽油机进行优化变频，以节能、提高泵效及优化错峰控制策略。/n

【技术特征摘要】
1.一种抽油机井(群)智能化应用系统，包括数据采集单元(100)、变频单元(200)、故障单元(300)和服务单元(400)，其中：
数据采集单元(100)：用于采集抽油机的运行参数；
变频单元(200)：用于调节抽油机的抽油频率，以能够实现同一井场内的抽油机的功率进行错峰控制；
工况单元(300)：用于能够识别工况类型和预测故障类型；和
服务单元(400)：其输入端与所述数据采集单元(100)通信连接，其输出端分别与所述变频单元(200)和所述工况单元(300)通信连接；
其特征在于，
所述服务单元(400)基于所述工况单元(300)的工况识别结果和/或预测结果通信连接至所述变频单元(200)，
其中，所述变频单元(200)能够基于所述工况识别结果对所述抽油机进行优化变频；或所述变频单元(200)基于所述工况预测结果在未来一定时间内对所述抽油机进行优化变频，以节能、提高泵效及优化错峰控制策略。


2.根据权利要求1所述的应用系统，其特征在于，所述服务单元(400)包括本级服务器(400a)和云端服务器(400b)，
所述本级服务器(400a)在本级工况单元(300a)未获取一级工况识别结果的情况下通信连接至所述云端服务器(400b)，而使得所述云端服务器(400b)能够基于专家库(500)通过云端工况单元(300b)获取的二级工况识别结果或所述工况诊断及预测结果反馈至变频单元(200)。


3.根据权利要求1或2所述的应用系统，其特征在于，所述本级故障单元(300a)配置有单一工况动态诊断模型，而使得其在本地端能够基于服务单元(400)预处理后的示功图和/或电功图对油井工况类型进行识别而获取第一工况识别结果。


4.根据前述权利要求之一所述的应用系统，其特征在于，所述云端工况单元(300b)配置有复杂工况动态诊断模型，而使得其在云分析端能够在所述本级工况单元(300a)未识别出故障的情况下基于服务单元(400)预处理后的示功图和/或电功图对复杂工况类型进行识别而获取第二工况识别结果或对工况类型进行预测而获取工况预测结果。


5.根据前述权利要求之一所述的应用系统，其特征在于，所述云端服务器(400b)与各抽油机对应的本地服务器(400a)经由井场监控杆建立通信连接，而使得所述云端服务器(400b)能够经由本地服务器(400a)将丛式井场内的各抽油机的运行参数获取，从而所述云端服务器(400b)能够在正常工况下或异常工况下预判功率峰值的发生时间，以使得所述云端服务器(400b)能够基...

【专利技术属性】
技术研发人员：檀朝东，檀朝銮，毛军军，孙向飞，檀竹南，曹晟，冯钢，宋文容，宋健，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，北京雅丹石油技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11