新型實時智能間抽控制儀研究與應用

薛國鋒 王立杰 屈艷飛 周春玲

摘要：吉林油田部分油井滲透能力低，造成油井處于供液不足狀態(tài)。為穩(wěn)定產量、降低能耗、提高系統(tǒng)效率，結合吉林油田實際油藏地質情況，設計研制了一套實時智能間抽控制儀，即當探測到油井處于供液不足狀態(tài)時，抽油機自動停止運行，待油井液面恢復后，再開機運行。該儀器經現(xiàn)場應用，達到了預期的節(jié)能和智能化控制功能。

關鍵詞：抽油機；智能間抽控制儀；系統(tǒng)效率；基本原理；應用效果；吉林油田

中圖分類號：TE938文獻標識碼：A

1智能間抽控制儀設計思路

新型智能間抽控制儀研究基本設計要求，是針對現(xiàn)有間抽控制儀智能化水平低、依靠功圖判別條件界限模糊、準確性差的情況，提出通過電參數(shù)測試反演充滿程度的方法，實現(xiàn)對抽油機驅動電機負載工況的自動檢測，對抽油機抽停自動優(yōu)化切換控制，達到對油井的自動優(yōu)化開采和節(jié)約電能。另外還必須具備安全提示，適應吉林油田氣候特點等要求?；谝陨显O計要求，新一代智能間抽控制儀的基本設計思路是：①分析間抽井間抽特點，分析電能負荷變化與抽油泵充滿度之間規(guī)律，找出泵空條件；②建立間抽判別規(guī)則和控制策略，建立實時智能間抽工作模型；③研制一套隨負荷變化控制的實時智能間抽控制儀。

2智能間抽控制儀系統(tǒng)設計

2.1硬件系統(tǒng)組成

硬件系統(tǒng)是完成IPOC所有實時控制的必備設備，它包括：作為處理器核心的單片機系統(tǒng)MSP430F149，完成信號采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、模型計算、輸出控制、定時和遠程通訊等。其系統(tǒng)構成和運行示意圖見圖1。

2.2軟件系統(tǒng)組成

軟件系統(tǒng)是整個智能間抽控制器(IPOC)的核心，它包括：

(1)管理模塊，協(xié)調調度整個軟件模塊的運行。

(2)鍵盤處理模塊，處理鍵輸入譯碼、解釋、處理。

(3)采集模塊，實時采集電機輸入電流、電壓信號，并進行濾波等預處理。

(4)存儲模塊，完成數(shù)據(jù)的存儲和回放管理。

(5)統(tǒng)計模塊，以日為單位統(tǒng)計開井時率，并存儲。

(6)間抽模型求解模塊，集成數(shù)據(jù)分析模塊、(間抽控制)條件判別、優(yōu)化控制等模塊。

(7)控制模塊，包括語音提醒模塊和電機控制模塊。

(8)定時管理模塊，管理系統(tǒng)所有時鐘及定時事件。

(9)自推理模塊，為使系統(tǒng)具備自學習功能。

(10)RTU模塊，擴展遠程調用。

2.3工作流程

首先初始化，參數(shù)設置，啟動抽油機進行數(shù)據(jù)采集，再進行數(shù)據(jù)分析，分析的結果進行存儲。當供液不足時，程序將自動停機；當供液滿足要求時，報警2min后自動啟動抽油機。

2.4分析流程

分析通過油井電參數(shù)的錄取，反演出泵抽空發(fā)生時負荷變化在電參數(shù)上的表征特性，根據(jù)該特性給出控制抽油機電機開關的信號，達到智能控制油井生產。流程如圖2所示。

2.5自學習流程

自學習即油井根據(jù)給定的判別條件，通過軟件實現(xiàn)自動判別功能。流程如圖3所示。

3智能間抽控制儀的基本原理

3.1特征值提取

在發(fā)生空抽時，所測功率圖和電流圖與正常抽汲相比會發(fā)生很多變化，反應在圖形上，主要表現(xiàn)為：在下沖程開始時，電動機只要用很小的能量就可將桿柱送入井底，下行程電機峰值電流和峰值功率變小，從而上、下行程中峰值電流和峰值功率比值也變??；實際平均電流和平均功率下降。主要提取下列特征值：①上、下行程峰值電流、峰值功率及其相應相位角；②上、下死點電流值、功率值；③開機時間和停機時間；④最大、最小功率值、電流值及其相應相位角，平均值。

3.2控制策略-

3.2.1正常工況特征值確立

在開機啟抽后，控制器自檢2min，確定穩(wěn)定的起始工作特征值，用這些值與存儲在內存中的特征值進行比較，若這些值更符合正常工況，則替代原存儲值。

3.2.2開關井時間確立

根據(jù)經驗值，確立一個初始的開井時間和停井時間。在開井時間已到，但根據(jù)特征值仍屬于能繼續(xù)開抽時，則繼續(xù)開抽，同時將開井時間延長，并存儲到內存中；在停井啟抽后，控制器確定穩(wěn)定的起始工作特征值，用這些值與存儲在內存中的特征值進行比較，若這些值更符合正常工況，則替代原存儲值，并縮短關井時間；反之，則分別縮短開井時間和延長關井時間。同時為防止頻繁調整開關井時間，在上述過程中，設定閥值和余量。

3.2.3空抽臨界判斷引入概率條件

當綜合工況特征參數(shù)集AS=1(滿足空抽條件)時，有T=T+1；當綜合工況特征參數(shù)集AS=O(不滿足空抽條件)時，有T=T-1；僅當T=100時，抽油機工況滿足空抽概率條件，可以停抽?？粘楦怕蕯?shù)T的引入極大地提高了停抽的準確度，保障了停機時抽油機正處于穩(wěn)定的空抽狀態(tài)。

3.3主要技術指標

主要技術指標：工作電壓為220V；電流范圍為0-100A，精度為±1％；電壓范圍為0～660V，精度為±1％；時鐘誤差為每天不大于20 s／d；環(huán)境溫度-為45—85℃；電流傳感器精度為，≤100 A，△I≤0.05％；產量穩(wěn)定的情況下節(jié)能20％-30％。

4智能間抽儀的應用效果

應用智能間抽儀進行現(xiàn)場試驗，通過現(xiàn)場應用表明，該技術比較成熟，其功能也比較齊全，達到了預期的節(jié)能和智能化控制功能。同時統(tǒng)計其綜合節(jié)能達到60％，即對于試驗的幾口井，其有效生產時間大大降低了(表1)。可見低產低效井的節(jié)能效益空間是巨大的，吉林油田目前的低產低效井有幾千口，規(guī)模應用效益可觀。

5結論與認識

(1)通過傳感器信號實現(xiàn)閉環(huán)控制的智能間抽控制器(IPOC)，在檢測到空抽時立即關閉抽油機，從而縮短了抽油時間，大大減少了能量消耗，平均節(jié)約能量20％-30％。

(2)相對于人工間抽和定時間抽來講，智能間抽控制達到較低的平均液面，增加了產量。較低的液面意昧著較低的井底流壓，使較多的液體流入井底。

(3)消除液擊現(xiàn)象，可使井下和地面設備的維修費用減少。另外，通過IPOC裝置可提前探測到油井故障，從而進一步減少了所需的修井作業(yè)量。

(4)使用微電腦技術的IPOC裝置大大增加了抽油系統(tǒng)的性能信息檢測數(shù)據(jù)，為抽油機的遙控遙測及集中控制創(chuàng)造了條件。

(5)智能間抽控制儀通過液面恢復的辦法，解決了供液能力不能滿足抽油設備工作需要的問題，縮短了抽油機的運行時間，提高了泵效。

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