油井间抽自寻优控制、故障诊断及保护装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种油井间抽自寻优控制、故障诊断及保护装置，包括基于双核ＣＰＵ技术的主机及其接口、向前测控通道和向后测控通道三个环节，主机及其接口环节由ＤＳＰ系统、单片机系统、ＣＰＬＤ逻辑与组合系统、键盘、液晶显示、串行通信和Ｗａｔｃｈｄｏｇ等模块组成，向前测控通道主要由电参量检测、压力与流量变换、信号调理和遥信与闭锁回路等单元组成，向后测控通道由四个开出回路组成，向前和向后测控通道分别通过相应接口与主机及其接口相连。本实用新型专利技术通过实时采集抽油过程中的电力工况参数和油管、套管压力等机械参数，在线动态辨识、预测及滚动优化油液抽汲生产过程的理论数学模型，实现对抽油机的最优启停控制、综合保护、故障诊断和无功补偿。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于油田采油设备自动检测及智能控制
，涉及一种用于实现 油田中低渗、低产、低效和间歇出油油井抽油机最优启停控制、综合保护、故障诊断和无功 补偿的智能测控装置。技术背景 在诸多因素制约下，目前油田采油生产过程中使用的抽油机实际抽汲能力都大于 油井的供液能力，致使油井时常发生(尤其是低渗、低产、低效与间歇出油油井)供液不足、 油泵空抽现象，造成抽油系统钻杆部件、管路、齿轮箱和泵体额外磨损、泵效降低、抽油机寿 命缩短、电能浪费等危害。采用油井间抽工作方式(即在油液充盈时开井、油液不足时关 井)是解决上述问题的有效手段。要科学地实现间抽工作方式，关键性技术在于确保不降 低油井产液量的前提下，快速检测、提取油井油液量充盈与油液量不足的综合特征，并确立 最优的关井时间T。ff和开井时间τ。η参数。目前本领域公知的油井间抽控制装置主要有以 人工经验法、光杆载荷法、井口流量法、流量开关法、电机功率法、电机转速法以及连续动液 面测量法等方法为理论基础的各种装置，但受到地质条件的复杂性与时变性、人为注水的 不确定性、抽油工况的非线性以及油质变化(如含蜡、粘稠度)的多样性等因素影响，上述 装置采用的间抽控制方法的数学模型与实际工况差别甚大，很难用精确地求取、计算所需 的间抽控制参量，特别是不能确定到底应该关井多长时间后再开井才算最优(即最优的关 井时间T。ff)，控制效果不佳；兼之上述方法及装置还存在丢失油液产量、对油井的工况适应 性差、对抽油机分布参数敏感、运行不可靠或安装不方便等缺点，限制了油井间抽工作方式 的优越性在实际应用中的极大发挥；此外，上述装置功能单一，存在不能对抽油机及其驱动 电机进行综合保护、不能对抽油机系统的无功功率进行动态补偿以及不能对抽油机的故障 进行在线诊断等缺陷。
技术实现思路
本技术的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种结构设计合 理、功能完善、具有人工智能特性的油井间抽自寻优控制、故障诊断及保护装置。为实现上述专利技术目的而采用的技术解决方案是这样的所提供的油井间抽自寻优 控制、故障诊断及保护装置包括基于双核CPU技术的主机及其接口、向前测控通道和向后 测控通道三个环节。其中主机及其接口由DSP系统模块、单片机系统模块、CPLD逻辑与组合系统模块、键盘 模块、液晶显示模块、串行通信模块和Watchdog模块组成，DSP系统模块分别通过标准SPI 总线和通用并行输入输出口与单片机系统模块和CPLD逻辑与组合系统模块相连，单片机 系统模块通过通用并行输入输出口和CPLD逻辑与组合系统模块相连，键盘模块和液晶显 示模块分别经光电耦合器隔离后与CPLD逻辑与组合系统模块相连，串行通信模块经光电 耦合器隔离后同时与单片机系统模块和CPLD逻辑与组合系统模块相连，Watchdog模块直接与DSP系统模块和单片机系统模块相连；向前测控通道由电参量检测单元、压力与流量变换单元、信号调理单元、遥信与闭 锁回路单元组成，电参量检测单元、压力与流量变换单元的输出端经信号调理单元后与主 机及其接口中的DSP系统模块相连，遥信与闭锁回路单元的输出端经光电耦合器隔离后接 至CPLD逻辑与组合系统模块的输入端；向后测控通道环节由四个开出回路组成，它们分别通过功率光电耦合器隔离并驱 动后与主机及其接口环节中的CPLD逻辑与组合系统模块相连。具体实施方案中，该装置向前测控通道环节中的电参量检测单元包括七只并列设 置的电参量传感器，压力与流量变换单元包括三路并列设置的由I/V转换电路构成的变换 器，该装置向后测控通道环节中的四个开出回路分别为信号预告与油机控制开出回路、电 机保护开出回路、无功补偿开出回路和平衡调整开出回路。与现有技术相比，本技术具有的有益效果如下所述。一、本技术可根据历次和本次抽油机及其驱动电机的实际工况参数，在线对 各类油藏供排液量数学模型、抽油系统抽油过程的最佳数学模型进行系统辨识及动态预 测，确定最佳的开井、关井时间，进而完成对油井抽油机的启停控制，既保证油液产量不丢 失，又防止油泵空抽现象产生。二、可对抽油机及其驱动电机进行有效地综合保护。对抽油机系统的故障保护包 括抽油杆断脱保护、卡泵保护等；对驱动电机的故障保护包括I段过电流保护、II段过电流 保护、瞬时过电流保护、不平衡保护、电压过低保护、电压过高保护、合相负荷保护、电压错 序或缺相保护等；各项保护功能可软压板投退，定值与时限能键盘在线给定，掉电不丢失。三、可对抽油机存在的故障进行在线诊断。实际工作中，将折算后的井口示功图、 各种相关参量和信号做统计、分析、比对，给出抽油机配重的不平衡状况、井底泵固定凡尔 和游动凡尔的泄漏程度、油管的泄漏程度、卡泵、沙堵、气锁和结蜡等抽油机的故障诊断信 肩、ο四、可对抽油机系统的无功功率就地进行动态补偿。控制策略包含功率因数型和 无功功率型两种方式，分组编码自动投切。五、可实现以下的四遥功能1、遥测功能A.完成抽油机系统的全电参量测量(Ua、Ub、Uc、3U0 ；la、lb、Ic,310 ；f ；cos α t ； Pa、Pb、Pc、Pt、Qa、Qb、Qc、Qt ；SRMS 或 SPQS ；Ept、Eqt ；ESr、ESp)，能准确测量到含 21 次谐波。B.不需要位移、载荷等物理传感器，可实现对抽油机或油井有关参数的软测量 (DET、间开时间、抽油机寿命、油井产液量、井口示功图等)。C.抽油机总耗电能量统计、单次开井耗电能量统计、单次开井时间的统计、历次开 井时间总累计的统计、开关井总累计次数的统计。D.能对单元本身温度量测量T。E.提供日历时钟一组(精确到毫秒级)。F.油井系统其他(油管压力、套管压力、井口流量等)标准信号(4 20mA或0 2kHz)的扩展采集与打包传送。2、遥信功能A.软遥信故障报警与诊断量> 12个(包括抽油机配重不平衡、电压错序或缺相、 通讯异常、单元自检故障、抽油机自启、抽油机自停、抽油机拒启、抽油机拒停等)。B.硬遥信功能(抽油机开关合/分闸动作，其它10路预留可自定义硬遥信)。3、遥控功能控制输出四组，完成抽油机的启/停操作、抽油机开机前预警(30S闪光或声音信 号)。4、遥调功能两路远程可控制的模拟量输出，精度优于0. 5% ；远程校时；远程参数整定。六、S0E事件记录彡8个(存储抽油机运行故障信息)。七、具有多种工作模式。自寻优模式(系统默认模式，不需人工干预)；手动模式 (试机或自动模式失效应急时启用)；后备模式(按人工经验时间模式定时工作)等。每种 模式运行相互独立，互不影响。八、具有多种标准通讯接口，组网方便，为油田全面数字化奠定了底层物理基础。九、具有高寒地区的油井间歇工作限制功能，用以避免因井口结蜡、结盐或结油而 造成油井再开启困难的后果。附图说明附图是本技术的电路结构原理图。附图中各标号名称分别为A_主机及其接口环节，B-向前测控通道环节，C-向后 测控通道环节；1-电参量检测单元，2-信号调理单元，3-压力与流量变换单元，4-遥信与闭 锁回路单元，5-光电耦合器，6-DSP系统模块，7-单片机系统模块，8-CPLD逻辑与组合系统 模块，9-Watchdog模块，10-光电耦合器，11-光电耦合器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油井间抽自寻优控制、故障诊断及保护装置，其特征在于包括基于双核ＣＰＵ技术的主机及其接口（Ａ）、向前测控通道（Ｂ）和向后测控通道（Ｃ）三个环节，其中：主机及其接口（Ａ）由ＤＳＰ系统模块（６）、单片机系统模块（７）、ＣＰＬＤ逻辑与组合系统模块（８）、键盘模块（１５）、液晶显示模块（１４）、串行通信模块（１３）和Ｗａｔｃｈｄｏｇ模块（９）组成，ＤＳＰ系统模块（６）分别通过标准ＳＰＩ总线和通用并行输入输出口与单片机系统模块（７）和ＣＰＬＤ逻辑与组合系统模块（８）相连，单片机系统模块（７）通过通用并行输入输出口和ＣＰＬＤ逻辑与组合系统模块（８）相连，键盘模块（１５）和液晶显示模块（１４）分别经光电耦合器（１２、１１）隔离后与ＣＰＬＤ逻辑与组合系统模块（８）相连，串行通信模块（１３）经光电耦合器（１０）隔离后同时与单片机系统模块（７）和ＣＰＬＤ逻辑与组合系统模块（８）相连，Ｗａｔｃｈｄｏｇ模块（９）直接与ＤＳＰ系统模块（６）和单片机系统模块（７）相连；向前测控通道（Ｂ）由电参量检测单元（１）、压力与流量变换单元（３）、信号调理单元（２）、遥信与闭锁回路单元（４）组成，电参量检测单元（１）和压力与流量变换单元（３）的输出端经信号调理单元（２）后与主机及其接口（Ａ）中的ＤＳＰ系统模块（６）相连，遥信与闭锁回路单元（４）的输出端经光电耦合器（５）隔离后接至ＣＰＬＤ逻辑与组合系统模块（８）的输入端；向后测控通道（Ｃ）由四个开出回路（２０～２３）组成，它们分别通过功率光电耦合器（１６～１９）隔离并驱动后与主机及其接口（Ａ）中的ＣＰＬＤ逻辑与组合系统模块（８）相连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵怀军，赵泽卿，
申请(专利权)人：赵怀军，赵泽卿，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]