用于电参转示功图的曲柄平衡抽油机参数估计方法技术

本发明专利技术涉及抽油机装置领域，尤其涉及用于电参转示功图的曲柄平衡抽油机参数估计方法。本发明专利技术是利用上、下死点的对应的电机扭矩，根据参数自动修正算法，自动修正曲柄最大平衡扭矩、平衡相位角以及电机空载转矩，解决了曲柄最大平衡扭矩、平衡相位角、电机空载转矩等参数难获取或不准确的问题。数难获取或不准确的问题。数难获取或不准确的问题。

【技术实现步骤摘要】
用于电参转示功图的曲柄平衡抽油机参数估计方法


[0001]本专利技术涉及抽油机装置领域，尤其涉及用于电参转示功图的曲柄平衡抽油机参数估计方法。

技术介绍

[0002]示功图是抽油机井生产过程中至关重要的第一手资料，是一个冲程周期内以悬点位移为横坐标，悬点载荷为纵坐标而组成的封闭曲线，包含油井大量的有用信息。通过示功图可以判断油井工况，如卡泵、供液不足、抽油杆断脱、凡尔漏失、气体影响、脱筒、结蜡等几十种工况，还可以分析冲程损失、抽油机载荷利用率、油井产液量、含水率、动液面等参数。
[0003]由于油田的地理环境特殊，分布范围及其广泛，目前示功图测试主要采用以下方式：
[0004](1)第一种采用的是便携式示功仪，该方法需要人工定期去现场一口井一口井测试，存在周期长、劳动强度大和时效性不强的问题，并且由于受尼龙线和电位器的使用寿命限制，其不适合于在线测试。
[0005](2)第二种是利用载荷传感器和角位移传感器，自动采集悬点载荷和悬点相对位移，并计算生成光杆示功图，实现油井光杆示功图的远程监控，取代人工测试，但载荷传感器是有限的，存在修井易损坏及不利于标准化建设等问题。
[0006](3)第三种是利用载荷位移一体化传感器，位移测试采用加速度传感器，对于低冲次油井存在测试不准的问题。
[0007](4)第四种是利用三相电参量采集模块获取电机的输入功率、通过转速传感器获取电机实时速率及上下死点触发器获取上死点或下死点的触发时刻，然后通过物理模型推导悬点处的示功图，但是构建物理模型需要抽油机、抽油杆、抽油泵的资料数据，而数据常存在难以获取、不准确、或经常变化的问题，使此种方法的实际应用受到诸多限制。
[0008]第四种方式所需要增加的设备成本和维护成本最低，但是物理建模需要的数据资料多，且存在不准确、常常变化的问题。因此需要寻找一种动用数据资料少，且能自动修正不准确值，保证物理建模准确性的方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供能自动修正不准确值的用于电参转示功图的曲柄平衡抽油机参数估计方法。
[0010]本专利技术的技术方案如下：
[0011]用于电参转示功图的曲柄平衡抽油机参数估计方法，其特征在于，步骤1：采样模块按周期完成对一个周期内驴头不同位置所对应电机扭矩的数据采样，并将采样数据发送给上位机；上位机至少提取20个样本周期，并在每个周期内获得上死点的对应的电机扭矩和下死点所对应的电机扭矩
[0012]步骤2：根据公式1：
[0013]估计M
cmax
和τ，其中η
m
为电机效率可以直接从电机厂商处获取、r为传动比、M
m
为电机扭矩、M
m0
为电机空转扭矩；由于输出的扭矩远大于电机空载扭矩，因此，在本次计算中M
m0
＝0；根据公式4：r＝N/N
c
计算传动比，其中N为电机转速，N
c
为曲柄的转速,电机的转速从传感器获得；根据公式5：N
c
＝60/T,计算曲柄的转速，其中T为曲柄周期，即曲柄固定点触发器两次触发之间经过的时间；从而可以求得和τ
*
。
[0014]根据步骤2得到固定的平衡相位角τ
*
后，由于平衡相位角τ
*
不变，为优化不变，为优化重新修改公式1得到公式2：
[0015]；
[0016]将步骤2求得的τ
*
代入公式2计算出优化后的
[0017]本专利技术的有益效果是：本专利技术是利用参数自动修正算法，自动修正曲柄最大平衡扭矩、平衡相位角以及电机空载转矩，解决了曲柄最大平衡扭矩、平衡相位角、电机空载转矩等参数不准确的问题，以及曲柄最大平衡扭矩经常改变的问题，使电参量转示功图方法更具易用性和可操作性，实现油井光杆示功图的低成本远程监控，取代人工测试。
附图说明
[0018]通过下面结合附图的详细描述，本专利技术前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。
[0019]其中：图1为本专利技术结构抽油机模型示意图；
[0020]图2为本专利技术流程示意图；
具体实施方式
[0021]对于曲柄平衡抽油机具有公式1：其中M是曲柄轴扭矩、W是光杆载荷、B是抽油机本身不平衡值、是扭矩因数、M
cmax
是曲柄最大平衡扭矩、τ是曲柄平衡相位角；
[0022]由于是曲柄角度θ的函数，因此具有公式2：
[0023][0024]其中Δθ是曲柄角度的变化、ΔS是悬点位置的变化，Δt是时间的变化，v
p
为光杆的线速度，ω
c
为曲柄的旋转角速度；由于在上下死点处，光杆的线速度为0，因此在上死点或下死点位置时等于零，得到公式3：
[0025][0026]将上、下死点处的代入公式1中得到公式4：M
t
+M
cmax sin(θ
t
+τ)＝0以及公式5：M
b
+M
cmax sin(θ
b
+τ)＝0
[0027]其中θ
t
表示上死点时对应的曲柄角度；θ
b
表示下死点时对应的曲柄角度。当抽油机型号和冲程确定后，θ
t
和θ
b
为固定值，可以通过附录中的公式求解。
[0028]另外，曲柄轴扭矩是由电机扭矩经过传动机构而获得的，得到公式6：M＝η
m
·
r
·
(M
m
‑
M
m0
)；其中η
m
为电机效率可以直接从电机名牌获取、r为传动比、M
m
为电机扭矩、M
m0
为电机空转扭矩。因此根据公式4、公式5和公式6得到公式7：和公式8：其中，表示上死点对应的电机扭矩，表示下死点对应的电机扭矩。
[0029]采样模块(采集模块可以采用三相电参量采集模块或者电参量采集模块，扭矩公式Mm＝9550P/N，电机有功功率为P，电机转速为N，)按周期完成对一个周期内驴头不同位置所对应电机扭矩的数据采样，并将采样数据发送给上位机；上位机至少提取20个样本周期，并在每个周期内获得上死点的对应的电机扭矩和下死点所对应的电机扭矩在采集每个采样周期内的上、下死点所对应的电机扭矩时可以通过放在下死点对应曲柄处的接近开关检测下死点的位置从而确定下死点在该周期内所对应的电机扭矩；在曲柄是匀速转动的前提下，根据上死点和下死点之间的角度关系，可以计算上死点对应的位置，从而确定上死点在该周期内所对应的电机扭矩。具体方式为：首先根据公式α＝(θ
t
‑
θ
b
)/(2π)计算上死点在一个以下死点为起始的周期中的比例关系，其中a表示曲柄从下死点运行到上死点转过的角度占一个周期角度的比例；则若一个周期中采样了q个电机扭矩，则选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于电参转示功图的曲柄平衡抽油机参数估计方法，其特征在于，步骤1：采样模块按周期完成对一个周期内驴头不同位置所对应电机扭矩的数据采样，并将采样数据发送给上位机；上位机至少提取20个样本周期，并在每个周期内获得上死点的对应的电机扭矩和下死点所对应的电机扭矩步骤2：根据公式1：估计M
cmax
和τ，其中η
m
为电机效率可以直接从电机厂商处获取、r为传动比、M
m
为电机扭矩、M
m0
为电机空转扭矩；由于输出的扭矩远大于电机空载扭矩，因此，在本次计算中M
m0
＝0；根据公式4：r＝N/N

【专利技术属性】
技术研发人员：钟宬，李瑾，臧伟，
申请(专利权)人：常州艾控智能仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：