一種抽油機沖次動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

王勤昌　王豪

關鍵詞：示功圖;充滿度;自動調(diào)節(jié);開關磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)

目前，游梁式抽油機在油田抽油設備中占多數(shù)，根據(jù)示功儀數(shù)據(jù)和經(jīng)驗人工診斷井下狀況，然后通過計算充滿度來修正抽油機的沖次。但是，油井數(shù)量基數(shù)大，及時性和準確性得不到保障，這就需要抽油機電控系統(tǒng)能自動讀取示功儀數(shù)據(jù)并進行智能化分析診斷，自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速或啟動間抽功能，達到節(jié)能增產(chǎn)的效果，同時智能化、信息化也符合油田的發(fā)展方向。結(jié)合開關磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)在抽油機中的節(jié)能效果，本研究所設計的抽油機沖次動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行原理如圖1所示，具有通過示功儀數(shù)據(jù)自動診斷、自動計算、自動調(diào)節(jié)等功能，能提高抽油機的節(jié)電率。

1系統(tǒng)原理

模擬量采集模塊通過4～20mA電流環(huán)獲取載荷傳感器及位移傳感器的數(shù)據(jù)，工控機（Industrial Personal Computer，IPC）與模擬量采集模塊通過RS232進行數(shù)據(jù)通信，IPC上的控制程序通過獲取功圖數(shù)據(jù)，繪制歸一化功圖并保存為圖像[1]，程序通過圖像輪廓Hu不變矩算法進行輪廓提取及識別[2]，與模板庫中的功圖圖片進行對比，自動診斷出功圖類型，同時通過載荷逐點微分求出泵充滿度，每次計算的充滿度與上下限設定值進行比較，計算的充滿度次數(shù)達到設定值時，如果在上下限區(qū)間內(nèi)的充滿度次數(shù)占比大于等于達標率設定值，則抽油機沖次維持不變;如果計算的充滿度大于上限的情況比小于上限的多，則增大抽油機沖次;如果計算的充滿度小于下限的情況比大于上限的多，則減小抽油機沖次;如果抽油機沖次小于間抽功能啟動閾值，則啟動間抽功能，間抽速度及啟停時間可設，控制程序在抽油機停機前1min，通過語音喇叭發(fā)出“抽油機即將停機，請注意安全”的語音警示，在抽油機啟動前1min，發(fā)出“抽油機即將啟動，請注意安全”的語音警示，避免抽油機突然停止或開啟時造成事故，同時，現(xiàn)場抽油機的運行狀態(tài)通過消息隊列遙測傳輸協(xié)議（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）及云服務器轉(zhuǎn)發(fā)到App端，現(xiàn)場生產(chǎn)人員可隨時隨地了解抽油機的運行狀態(tài)。

2操作面板

操作面板如圖2所示。沖次調(diào)節(jié)在“手動”模式下，油井現(xiàn)場人員通過旋轉(zhuǎn)“沖次調(diào)節(jié)”電位器旋鈕調(diào)節(jié)開關磁阻電機轉(zhuǎn)速，進而調(diào)節(jié)抽油機沖次;沖次調(diào)節(jié)在“自動”模式下，油井沖次由控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。無論是自動模式還是手動模式，“停止”按鈕均有效，在抽油機運行過程中，手自動模式可任意切換：手動切自動，抽油機沖次未執(zhí)行調(diào)節(jié)之前，按手動調(diào)節(jié)的沖次運行;自動轉(zhuǎn)手動模式，沖次切換為手動沖次設定值，IPC工控機上電自動開機運行控制軟件，自動聯(lián)網(wǎng)，具有斷線重連功能，同時系統(tǒng)設定看門狗功能，實時監(jiān)測控制軟件的運行狀態(tài)，軟件一旦被關閉，10s后看門狗會自動開啟控制軟件。

3軟件主界面

控制程序（見圖3）主要實現(xiàn)以下功能：

（1）示功圖繪制?？刂瞥绦蚋鶕?jù)載荷傳感器及位移傳感器數(shù)據(jù)，結(jié)合模板中的示功圖圖像尺寸，進行歸一化處理，有利于完成圖像的輪廓對比。

（2）功圖類型診斷。將當前繪制的功圖與模板庫中的功圖圖像通過OpenCV視覺庫進行灰度[3]、二值化、輪廓點提取結(jié)合Hu不變矩算法進行輪廓相似度對比，逐一計算出相似度，數(shù)值越小，說明兩者的輪廓越接近，從而找出當前功圖的歸屬類型。

（3）在線學習。示功圖還有手動圖像學習功能（見圖4），可以通過學習功能，逐步完善功圖模板庫，提高功圖識別成功率，可選擇3種濾波方式：均值、中值、高斯。經(jīng)測試，高斯濾波效果較好，邊緣參數(shù)閾值上下限可以自由設定，默認0～255。

（6）實時監(jiān)控。IPC讀取電機的實時運行數(shù)據(jù)，將電機的實時電流、電壓、轉(zhuǎn)速等以曲線形式顯示，有助于現(xiàn)場分析，同時通過4G DTU模塊，將油井的實時數(shù)據(jù)以MQTT協(xié)議方式發(fā)布到云服務器上[4]，手機端App便可以實時了解油井運行情況。

4結(jié)語

本系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場試驗，實現(xiàn)了沖次調(diào)節(jié)的及時性，尤其是針對低產(chǎn)井，可以實現(xiàn)間抽功能，提高了系統(tǒng)的節(jié)電率，但也有不足之處。在功圖診斷方面，為了提高診斷的準確率，需提前手動學習，將大量功圖加入模板庫中。下一步將機器深度學習AI技術(shù)引入功圖的自動學習中，提高功圖診斷的準確率。