一种抽油机的间抽控制方法及系统与流程

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1.本发明涉及石油领域，具体涉及一种抽油机的间抽控制方法及系统。

背景技术：

2.中国油田的特点是井底压力低，经过长期开采，井底的供液能力已大幅度下降。有杆抽油机的深井泵在抽油过程中都会出现不同程度的“空抽”，甚至气锁，导致产量低，效率低，能耗高，生产成本大大增加，严重影响中国石油的战略地位。
3.抽油机的调整参数是冲程和冲次。长冲程有利于提高效率、降低设备损耗，但是冲程的调整受抽油机本身结构的限制。为优化抽汲参数，通常通过调整冲次来实现，合适的冲次能够使抽油机的抽汲能力与井底的供液能力匹配，做到提高效率，降低输出成本。常规的冲次调整方式是更换不同转速的电机或者皮带轮，但范围有限。在冲次降到一定程度后，抽油泵效率严重降低，反而适得其反。因此间抽就是更好的解决方式。
4.目前许多低渗透油井都采用了间抽工作制，相关的研究也很多。较为常见的是通过传感器测量采油井的温度、压力、电参、功图等，分析地层的供液能力，对抽油机的工况进行综合诊断。但功图检测的干扰因素多，且需要使用传感器，其价格昂贵，需要定期校准，因此具有较大的局限性。
5.如何降低抽油机的间抽工作制的控制成本，是急需解决的问题。

技术实现要素：

6.本发明提供了一种抽油机的间抽控制方法及系统，用于降低抽油机的间抽工作制的控制成本。
7.本技术实施例第一方面提供了一种抽油机的间抽控制方法，包括：
8.控制器接收变频器发送的电机的瞬时功率的数值；
9.控制器根据电机的瞬时功率计算抽油机的冲次功率，冲次功率是指抽油机一个冲程周期的输出功；
10.控制器根据冲次功率获得多个时段的平均功率，一个时段至少包括一个冲程周期；
11.控制器将多个时段的平均功率输入间抽工作制辨识模型，得到一个工作周期内的抽油时间；
12.控制器根据一个工作周期内的抽油时间确定一个工作周期内的停抽时间。
13.基于本技术实施例第一方面，本技术实施例第一方面的第一种实现方式中，多个时段为连续的时段；多个时段为等长的时段。
14.基于本技术实施例第一方面或第一方面的第一种实现方式，本技术实施例第一方面的第二种实现方式中，多个时段具体为三个时段，多个时段的平均功率包括第一平均功率p1、第二平均功率p2和第三平均功率p3；
15.间抽工作制辨识模型为tr＝a(yp2-xp1-zp3)/(up1-vp2+wp3)，其中y＝x+z，v＝u+
w，tr为一个工作周期内的抽油时间。
16.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式和第二种实现方式任一种，本技术实施例第一方面的第三种实现方式中，间抽工作制辨识模型为tr＝12(7p2-4.5p1-2.5p3)/(p1-2p2+p3)，其中30min≤tr≤60min。
17.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式至第三种实现方式任一种，本技术实施例第一方面的第四种实现方式中，控制器根据一个工作周期内的抽油时间确定一个工作周期内的停抽时间，具体包括：
18.抽油时间大于或等于第一预设值，减少停抽时间；
19.抽油时间小于或等于第二预设值，增加停抽时间；
20.抽油时间大于第二预设值且小于第一预设值，停抽时间不改变。
21.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式至第四种实现方式任一种，本技术实施例第一方面的第五种实现方式中，一个工作周期内的停抽时间ts最小值为30min，ts最大值为90min；
22.tr≥50min，且ts》30min时，ts减少10min；
23.tr≤40min，且ts《90min时，ts增加10min；
24.50min》tr》40min时，ts不改变。
25.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式至第五种实现方式任一种，本技术实施例第一方面的第六种实现方式中，一个工作周期内的停抽时间ts初始值为60min。
26.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式至第六种实现方式任一种，本技术实施例第一方面的第七种实现方式中，方法还包括：
27.变频器的检测回路检测电机的瞬时电压和瞬时电流；
28.变频器根据电机的瞬时电压和瞬时电流计算电机的瞬时功率；
29.变频器向控制器发送电机的瞬时功率的数值。
30.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式至第七种实现方式任一种，本技术实施例第一方面的第八种实现方式中，控制器接收变频器发送的电机的瞬时功率的数值，具体包括：
31.控制器通过485通讯接收变频器发送的电机的瞬时功率的数值。
32.本技术实施例第二方面提供了一种抽油机的间抽控制系统，包括：变频器和控制器，用于执行第一方面的抽油机的间抽控制方法；
33.变频器的电源端连接主回路的接触器，变频器的负载端连接电机；控制器和变频器通讯连接；电机设置在主回路。
34.从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：
35.本技术实施例中，使用电机的瞬时功率计算抽油机的冲次功率，能够准确地测量抽油机在一个冲程周期的输出功。在抽油机的冲程和冲次不变的情况下，抽油机在一个冲程周期的输出功与抽油机的产液量正相关，也就是输出功越大产液量越大，输出功越小产液量越小。产液量减少的原因是井底的供液能力不足。以测量输出功来检测井下工况，无需在井下使用昂贵的传感器，节省了成本。在确定间抽工作制的过程中，首先选取多个时段，对每个时段的冲次功率乘以该时段内的冲次，再除以该时段的时长得到平均功率。控制器
得到多个时段各自的平均功率后，将平均功率输入间抽工作制辨识模型。间抽工作制辨识模型是一个数学模型，输入量为多个时段的平均功率，输出量为一个工作周期内的抽油时间。一个工作周期包括抽油时间和停抽时间。控制器使用间抽工作制辨识模型确定一个周期内的抽油时间，进而确定一个工作周期内的停抽时间，即确定了抽油机的工作制。控制器根据抽油机的工作制控制抽油机工作，简单易行，成本低廉。
附图说明
36.图1是本技术实施抽油机的间抽控制方法的一种流程图；
37.图2是本技术实施抽油机的间抽控制方法的另一种流程图；
38.图3是本技术实施抽油机的间抽控制系统的一种控制流程图；
39.图4是本技术实施抽油机的间抽控制系统的一种结构简图。
具体实施方式
40.本发明提供了一种抽油机的间抽控制方法及系统，用于降低抽油机的间抽工作制的控制成本。
41.本技术实施例提供了一种抽油机的间抽控制方法，可以应用在石油有杆抽油机，通过抽油机专用变频器和控制器组成的控制系统来实现。控制器内置智慧控制算法，智慧控制算法包括间抽工作制辨识模型。
42.控制系统中变频器的检测回路检测电机的瞬时电压和瞬时电流，计算出电机的瞬时功率(含负功率)。控制器通过485通讯读取瞬时功率。控制器对瞬时功率作数据处理，得到冲次功率，进而检测抽油机在多个冲程周期的功率。通过间抽工作制辨识模型计算出最佳抽油时间及停抽时间，制定间抽工作制，完成对油井工况的自学习。间抽工作制辨识模型是数学模型，用于辨识最佳间抽工作制，以使得产液量最大化。抽油时间及停抽时间也可以称为抽油时长及停抽时长。
43.控制器控制变频器按间抽工作制进行工作。在抽油过程中，控制系统实时检测冲次功率的变化，对抽油机进行闭环控制，实现供采平衡、稳产增效。
44.本技术实施例通过检测电机的瞬时功率计算出抽油机的冲次功率和多个时段的平均功率，并采用基于间抽工作制辨识模型这一数学模型的间抽工作制，以获得最大产液量。结合数字滤波技术及数学建模技术和变频控制技术实现抽油机的智慧抽油控制，达到增产增效和节能降耗的目的。
45.如图1所示，本技术实施例提供了一种抽油机的间抽控制方法，包括：
46.101、控制器接收变频器发送的电机的瞬时功率的数值；
47.102、控制器根据电机的瞬时功率计算抽油机的冲次功率，冲次功率是指抽油机一个冲程周期的输出功；
48.103、控制器根据冲次功率获得多个时段的平均功率，一个时段至少包括一个冲程周期；
49.104、控制器将多个时段的平均功率输入间抽工作制辨识模型，得到一个工作周期内的抽油时间；
50.105、控制器根据一个工作周期内的抽油时间确定一个工作周期内的停抽时间。
51.抽油机的智慧控制即是通过变频器获取电机的电参数并通过控制器间接判断井下工况，确定最佳间抽工作制，并跟踪井下工况的变化自动调节，使油井始终处于最佳的间抽工作制下工作，达到供排平衡和产液量最大化的目的。
52.如图2所示，本技术实施例提供了一种抽油机的间抽控制方法，包括：
53.201、变频器的检测回路检测电机的瞬时电压和瞬时电流；
54.通过专用变频器检测检测电机的瞬时电压和瞬时电流，二者相乘得到电机的瞬时功率。
55.202、变频器根据电机的瞬时电压和瞬时电流计算电机的瞬时功率；
56.控制器直接读取变频器的瞬时功率，冲次功率由一个冲程周期内瞬时功率的积分求得。
57.203、变频器向控制器发送电机的瞬时功率的数值。
58.在一种实现方式中，变频器和控制器通过485通讯连接。变频器通过485通讯向控制器发送电机的瞬时功率的数值。
59.204、控制器接收变频器发送的电机的瞬时功率的数值；
60.在一种实现方式中，控制器通过485通讯接收变频器发送的电机的瞬时功率的数值。
61.205、控制器根据电机的瞬时功率计算抽油机的冲次功率，冲次功率是指抽油机一个冲程周期的输出功；
62.冲次功率的单位为千瓦(kw)。一个冲程周期是指抽油机往复运动一个回合。
63.206、控制器根据冲次功率获得多个时段的平均功率，一个时段至少包括一个冲程周期；
64.一个时段的平均功率为冲次功率乘以该时段内的冲次，再除以该时段的时长。
65.207、控制器将多个时段的平均功率输入间抽工作制辨识模型，得到一个工作周期内的抽油时间；
66.控制器控制抽油机专用变频器在固定冲次下运行。
67.在一种实现方式中，控制器测量三个连续的等时距t的平均功率：第一平均功率p1、第二平均功率p2和第三平均功率p3，则抽油时间可由间抽工作制辨识模型获得。
68.间抽工作制辨识模型为tr＝a(yp2-xp1-zp3)/(up1-vp2+wp3)，其中y＝x+z，v＝u+w，tr为一个工作周期内的抽油时间。
69.在一种实现方式中，间抽工作制辨识模型为：
70.tr＝12(7p2-4.5p1-2.5p3)/(p1-2p2+p3)，tr值下限值30min，上限值60min。
71.208、控制器根据一个工作周期内的抽油时间确定一个工作周期内的停抽时间。
72.在一种实现方式中，抽油时间大于或等于第一预设值，减少停抽时间；
73.抽油时间小于或等于第二预设值，增加停抽时间；
74.抽油时间大于第二预设值且小于第一预设值，停抽时间不改变。
75.在一种实现方式中，停抽时间ts初始值为60min，最小值为30min，最大值为90min，根据以下规则调整：
76.tr≥50min，且ts》30min时，本次ts为上次的ts-10，即ts减少10min；
77.tr≤40min，且ts《90min时，本次ts为上次的ts+10，即ts增加10min；
78.40min＜tr＜50min时，ts不改变，维持上次的停抽时间。
79.初次执行步骤204至步骤208可以称为自学习阶段，后续循环执行步骤204至步骤208可以称为闭环控制阶段。
80.在自学习阶段，控制器通过变频器测量抽油机冲次功率随时间变化的数据，并绘制冲次功率随时间变化的数学模型。根据冲次功率随时间变化的数学模型和间抽工作制辨识模型，确定最大产液量对应的最佳间抽工作制；
81.在闭环控制阶段，将计算的最佳间抽工作制中的抽油时间、停抽时间作为基准工作制的给定值。结合井下供液能力的变化，进行系统的闭环控制，做到稳产增产。
82.如图3至图4所示，本技术实施例提供了一种抽油机的间抽控制系统，包括：变频器和控制器，用于执行抽油机的间抽控制方法；变频器的电源端连接主回路的接触器，变频器的负载端连接电机；控制器和变频器通讯连接；电机设置在主回路。
83.控制系统以抽油机专用变频器、智能控制器为核心，用于辨识抽油机最佳间抽工作制。控制系统的抽油机专用变频器电源端连接主回路的接触器，负载端连接电机。控制系统中还包括内置智慧控制算法的控制器，且控制器为抽油机专用控制器，通过通讯与变频器做数据交换。
84.如图3所示，变频器输入端获取直流母线电压和设定频率。直流母线电压输入直流过电压调节器获得附加输出频率，设定频率输入加减速斜坡积分器获得基本输出频率。基本输出频率和附加输出频率信号交汇，进行正反馈增益得到输出频率。输出频率输入spwm控制单元，输入spwm控制单元的还有v/f曲线和控制器发送的闭环控制运行信号。spwm控制单元的输出端即变频器的输出端，变频器的输出端连接电机。变频器采集输出端的电压和电流，并进行电机瞬时功率计算。得到的电机瞬时功率输入控制器。
85.控制器的冲次电耗计算单元接收变频器发送的电机瞬时功率输入控制器，冲次电耗计算单元输出冲次电耗到自学习模型和井况动态跟踪模型。自学习模型根据冲次电耗得到抽油时间，并进一步得到停抽时间，确定间抽工作制。将间抽工作制输入井况动态跟踪模型。井况动态跟踪模型输出闭环控制运行信号到变频器的spwm控制单元。
86.如图4所示，变频器的u端口、v端口、w端口和pe端口分别连接电机的u1端口、v1端口、w1端口和接地端口；r端口、s端口、t端口分别连接接触器的输出端口，为变频器供电；k1端口、k2端口、com端口分别连接继电器的ka1与ka2的常开触点，分别控制变频器的运行、停止；1端口、2端口连接直流电抗器；a+端口、b-端口连接485总线，与控制器通讯。
87.应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
88.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
89.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第
四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。
90.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
91.作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
92.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
93.集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

技术特征：

1.一种抽油机的间抽控制方法，其特征在于，包括：控制器接收变频器发送的电机的瞬时功率的数值；控制器根据电机的瞬时功率计算抽油机的冲次功率，冲次功率是指抽油机一个冲程周期的输出功；控制器根据冲次功率获得多个时段的平均功率，一个时段至少包括一个冲程周期；控制器将多个时段的平均功率输入间抽工作制辨识模型，得到一个工作周期内的抽油时间；控制器根据一个工作周期内的抽油时间确定一个工作周期内的停抽时间。2.根据权利要求1所述的抽油机的间抽控制方法，其特征在于，多个时段为连续的时段；多个时段为等长的时段。3.根据权利要求2所述的抽油机的间抽控制方法，其特征在于，多个时段具体为三个时段，多个时段的平均功率包括第一平均功率p1、第二平均功率p2和第三平均功率p3；间抽工作制辨识模型为tr＝a(yp2-xp1-zp3)/(up1-vp2+wp3)，其中y＝x+z，v＝u+w，tr为一个工作周期内的抽油时间。4.根据权利要求3所述的抽油机的间抽控制方法，其特征在于，间抽工作制辨识模型为tr＝12(7p2-4.5p1-2.5p3)/(p1-2p2+p3)，其中30min≤tr≤60min。5.根据权利要求1至4任一项所述的抽油机的间抽控制方法，其特征在于，所述控制器根据一个工作周期内的抽油时间确定一个工作周期内的停抽时间，具体包括：抽油时间大于或等于第一预设值，减少停抽时间；抽油时间小于或等于第二预设值，增加停抽时间；抽油时间大于第二预设值且小于第一预设值，停抽时间不改变。6.根据权利要求5所述的抽油机的间抽控制方法，其特征在于，一个工作周期内的停抽时间ts最小值为30min，ts最大值为90min；tr≥50min，且ts>30min时，ts减少10min；tr≤40min，且ts<90min时，ts增加10min；40min＜tr＜50min时，ts不改变。7.根据权利要求6所述的抽油机的间抽控制方法，其特征在于，一个工作周期内的停抽时间ts初始值为60min。8.根据权利要求1至4和6至7任一项所述的抽油机的间抽控制方法，其特征在于，所述方法还包括：变频器的检测回路检测电机的瞬时电压和瞬时电流；变频器根据电机的瞬时电压和瞬时电流计算电机的瞬时功率；变频器向控制器发送电机的瞬时功率的数值。9.根据权利要求8所述的抽油机的间抽控制方法，其特征在于，所述控制器接收变频器发送的电机的瞬时功率的数值，具体包括：控制器通过485通讯接收变频器发送的电机的瞬时功率的数值。10.一种抽油机的间抽控制系统，其特征在于，包括：变频器和控制器，用于执行权利要求1至9任一项所述的抽油机的间抽控制方法；
变频器的电源端连接主回路的接触器，变频器的负载端连接电机；控制器和变频器通讯连接；电机设置在主回路。

技术总结

本发明提供了一种抽油机的间抽控制方法及系统，用于降低抽油机的间抽工作制的控制成本，方法包括：控制器接收变频器发送的电机的瞬时功率的数值；控制器根据电机的瞬时功率计算抽油机的冲次功率，冲次功率是指抽油机一个冲程周期的输出功；控制器根据冲次功率获得多个时段的平均功率，一个时段至少包括一个冲程周期；控制器将多个时段的平均功率输入间抽工作制辨识模型，得到一个工作周期内的抽油时间；控制器根据一个工作周期内的抽油时间确定一个工作周期内的停抽时间。一个工作周期内的停抽时间。一个工作周期内的停抽时间。