一种基于双重步进法的数字抽油机智能控制方法与系统技术方案

本发明专利技术为一种基于双重步进法的数字抽油机智能控制方法，采集数字抽油机的抽油杆载荷和位移数据、抽油机电机运行电参数，计算出示功图面积和泵功图面积；采用双重步进法获取抽油机最优冲次参数；基于得到的最优冲次参数，控制抽油机电机运行的频率转速。本发明专利技术还提供了相应的智能控制系统，该系统能够改善传统游梁式抽油机数据测量困难，采油效率不高，能源浪费严重的问题，具有重要的现实意义。具有重要的现实意义。具有重要的现实意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双重步进法的数字抽油机智能控制方法与系统


[0001]本专利技术属于抽油机
，涉及游梁式抽油机的智能控制，特别涉及一种基于双重步进法的数字抽油机智能控制系统。

技术介绍

[0002]有杆抽油是世界石油工业的传统采油方式之一，现有的游梁式抽油机控制系统存在以下几个问题：一是不能自动进行冲次调节，冲次的调节往往根据油井工人的经验进行认为设定，这会造成所控制的抽油机的抽油能力或高于或低于油井的产油量，无法满足实时变化的井况的要求，当抽油机的冲次过快时会造成抽油能力高于油井的产油量，损伤抽油机的同时浪费电能，如果设定的冲次过低则会降低油井的产量；二是不能有效存储历史运行数据并对数据进行分析处理并实现可视化；三是不能有效对系统故障进行精确定位。目前的有杆抽油机普遍存在着数据测量困难、智能化程度不高、能源浪费严重的问题。

技术实现思路

[0003]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于双重步进法的数字抽油机智能控制系统，以期达到发挥游梁式抽油机可靠性强的特点，又能实现传统游梁式抽油机所不具备的节能高效、智能控制、数字化的优点。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种基于双重步进法的数字抽油机智能控制方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1，采集数字抽油机的抽油杆载荷和位移数据、抽油机电机运行电参数；
[0007]步骤2，根据所述抽油杆载荷和位移数据，计算出示功图面积；
[0008]步骤3，基于S.G.吉布思波动方程，使用抽油杆载荷和位移数据求解泵载荷和泵位移，然后根据泵载荷和泵位移求解泵功图面积；
[0009]步骤4，采用双重步进法获取抽油机最优冲次参数；
[0010]步骤5，基于得到的最优冲次参数，控制抽油机电机运行的频率转速。
[0011]优选地，所述步骤1中，所述抽油杆载荷和位移数据由安装在驴头上的载荷位移传感器采集，所述抽油机电机运行电参数为抽油机电机运行的电流和电压，由电参量传感器采集。
[0012]优选地，所述步骤2中，所述示功图面积的计算方法为：
[0013]以抽油杆载荷为纵坐标，位移为横坐标，绘制地面示功图，所述地面示功图是一个不规则的封闭圆形区域；
[0014]分别计算抽油杆载荷和位移的平均值，得到所述不规则的封闭圆形区域的中心点坐标，将地面示功图的面积分为相邻两个点和中心点连接围成的n个三角形面积之和，分别求得三角形的面积相加，得到地面示功图面积，其中n为采集的抽油杆载荷和位移数据的组数。
[0015]优选地，所述步骤4中，采用双重步进法获取抽油机最优冲次参数的方法如下：
[0016]第一重调节：根据历史存储数据，人为设定调节冲次的上下限，并设定冲次的调节级数，根据设定的上下限以及调节级数，从最低冲次开始到最高冲次逐级对冲次进行运行，得到当前井况不同冲次运行下的地面示功图以及泵功图，然后根据选定的标准是示功图还是泵功图找出面积最大值对应的冲次，完成最优冲次的粗调，从而完成第一重的冲次调节；
[0017]第二重调节，依据第一重调节的粗调最优冲次，选定该粗调最优冲次的前一级冲次为第二重调节的冲次调节下限，选定该粗调最优冲次的后一级冲次为第二重调节的冲次调节上限，选择第一重调节时设定的相同级数，运行第一重调节相同的步骤，找出更精细的当前最优冲次。
[0018]本专利技术还提供了一种基于双重步进法的数字抽油机智能控制系统，包括：
[0019]载荷位移传感器，安装于抽油杆顶部，采集抽油杆载荷和位移数据；
[0020]电参量传感器，嵌入在抽油机电机上，采集抽油机电机运行电参数；
[0021]工控机，接收所述抽油杆载荷和位移数据以及抽油机电机运行电参数；根据所述抽油杆载荷和位移数据，计算出示功图面积；基于S.G.吉布思波动方程，使用抽油杆载荷和位移数据求解泵载荷和泵位移，然后根据泵载荷和泵位移求解泵功图面积；采用双重步进法获取抽油机最优冲次参数；
[0022]DA模块，对所述抽油机最优冲次参数进行DA转换；
[0023]变频器，根据DA转换后的抽油机最优冲次参数，控制抽油机电机运行的频率转速。
[0024]优选地，所述数字抽油机为游梁式抽油机。
[0025]优选地，所述工控机通过RTU模块接收所述抽油杆载荷和位移数据以及抽油机电机运行电参数，
[0026]优选地，所述工控机连接有数据管理模块，所述数据管理模块包括上位机和数据库系统，所述数据库系统用于对各项参数进行存储与管理，所述上位机用于提供人机交互界面，并进行数据库存储参数的图像化显示以及系统运行参数的查看、设定、修改和图像化处理，上位机同时提供数据库数据的导入导出功能，导入导出格式为EXCEL格式文件。
[0027]优选地，所述数字抽油机智能控制系统为冗余系统，采用两套相同独立配置的硬件、软件设计，其中一套出现问题时，另一套系统能够立即启动代替工作，直到故障被排除。
[0028]优选地，本专利技术还包括报警灯，所述工控机实时读取变频器中的错误代码以及监控系统运行中出现的故障信息，并将故障代码存储入数据库系统，同时触发继电器，继电器控制报警灯报警，提示系统故障。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0030]1、采用动态冲次调节，可以保证抽油机始终工作在最优状态。
[0031]2、参数信息随时可更改，可扩展性强，能够轻易地实现控制系统的迁移复制。
[0032]4、工况监测、电机控制、故障监测集成为一个整体，节约了硬件设备成本，大大提高了游梁式抽油机的技术水平，节约能源，减轻工人劳动强度，提高智能化、自动化水平。
附图说明
[0033]图1是本专利技术的系统总体方框图。
[0034]图2是本专利技术的硬件总体框图。
[0035]图3是本专利技术的控制系统算法流程原理框图。
[0036]图4是本专利技术的上位机主界面图。
[0037]图5是上位机静态参数界面图。
[0038]图中：1、载荷位移传感器接收模块；2、RTU模块；3、工控机；4、放置柜；5、变频器；6、抽油机电机；7、报警灯；8、继电器；9、显示器；10、DA模块；11、电容模块12、菜单区；13、数据列表区；14、图形选择区；15、图形显示区；16、数据显示区；17、数据选择区；18、油田信息区；19、井号列表区；20、抽油机信息区；21、泵功图参数区；22、冲次调节区；23、状态检测区。
具体实施方式
[0039]下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。
[0040]本专利技术提供了一种基于双重步进法的数字抽油机智能控制系统，包括硬件部分以及智采软件。以游梁式抽油机为例，对本专利技术的智能控制系统进行详细说明。
[0041]如图1所示，本专利技术智能控制系统以传统游梁式抽油机为载体，系统硬件部分为整个系统运行的环境与平台，主要包括载荷位移传感器、电参量传感器、工控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双重步进法的数字抽油机智能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集数字抽油机的抽油杆载荷和位移数据、抽油机电机运行电参数；步骤2，根据所述抽油杆载荷和位移数据，计算出示功图面积；步骤3，基于S.G.吉布思波动方程，使用抽油杆载荷和位移数据求解泵载荷和泵位移，然后根据泵载荷和泵位移求解泵功图面积；步骤4，采用双重步进法获取抽油机最优冲次参数；步骤5，基于得到的最优冲次参数，控制抽油机电机运行的频率转速。2.根据权利要求1所述基于双重步进法的数字抽油机智能控制方法，其特征在于，所述步骤1中，所述抽油杆载荷和位移数据由安装在驴头上的载荷位移传感器采集，所述抽油机电机运行电参数为抽油机电机运行的电流和电压，由电参量传感器采集。3.根据权利要求1所述基于双重步进法的数字抽油机智能控制方法，其特征在于，所述步骤2中，所述示功图面积的计算方法为：以抽油杆载荷为纵坐标，位移为横坐标，绘制地面示功图，所述地面示功图是一个不规则的封闭圆形区域；分别计算抽油杆载荷和位移的平均值，得到所述不规则的封闭圆形区域的中心点坐标，将地面示功图的面积分为相邻两个点和中心点连接围成的n个三角形面积之和，分别求得三角形的面积相加，得到地面示功图面积，其中n为采集的抽油杆载荷和位移数据的组数。4.根据权利要求1所述基于双重步进法的数字抽油机智能控制方法，其特征在于，所述步骤4中，采用双重步进法获取抽油机最优冲次参数的方法如下：第一重调节：根据历史存储数据，人为设定调节冲次的上下限，并设定冲次的调节级数，根据设定的上下限以及调节级数，从最低冲次开始到最高冲次逐级对冲次进行运行，得到当前井况不同冲次运行下的地面示功图以及泵功图，然后根据选定的标准是示功图还是泵功图找出面积最大值对应的冲次，完成最优冲次的粗调，从而完成第一重的冲次调节；第二重调节，依据第一重调节的粗调最优冲次，选定该粗调最优冲次的前一级冲次为第二重调节的冲次调节下限，选定该粗调最优冲次的后一级冲次为第二重调节的冲次调节上限，选择第一重调节时设定的相同级数，运行...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕红强，周攀，郑辑光，王希仁，江水云，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：