基于示功圖工況分析的抽油機智能設備及其計算方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于油田抽油機安全生產(chǎn)控制領域，具體涉及一種基于示功圖工況分析的抽油機智能設備。為了及時有效在油井生產(chǎn)發(fā)生異常時，進行相應處理，本發(fā)明包括抽油機和遠端RTU設備，抽油機包括電機控制接觸器以及載荷傳感器和位移傳感器，遠端RTU設備包括ARM9處理器以及與其連接的電源模塊，ARM9處理器上的2路專用高速模擬量采樣通道采集抽油機載荷傳感器和位移傳感器的信息，ARM9處理器上通過2路DO數(shù)字輸出通道控制抽油機的電機控制接觸器，ARM9處理器連接有儲存器。本發(fā)明可根據(jù)設定的參數(shù)及采集的示功圖數(shù)據(jù)分析判斷出正常采油、油井供液不足、抽油桿斷脫、氣鎖現(xiàn)象等情況，并及時聯(lián)動控制關停抽油機。
【專利說明】基于示功圖工況分析的抽油機智能設備及其計算方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于油田抽油機安全生產(chǎn)控制領域，具體涉及一種基于示功圖工況分析的 抽油機智能設備及其計算方法。

【背景技術】
[0002] 隨著經(jīng)濟發(fā)展，石油天然氣等能源產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位愈加顯著。目前國內(nèi) 油田由于油層分布及地形、地貌等因素的影響，使得油田油井設備管理難度極大，傳統(tǒng)油田 生產(chǎn)主要依靠人工巡井，不能及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中油井存在的供液不足、出臘、結沙、卡桿、電機 故障等情況，不但造成電能的浪費，設備的磨損，而且容易造成電機、抽油機設備的損壞。
[0003] 油田生產(chǎn)中，示功圖是分析油井生產(chǎn)狀況常用有效工具，現(xiàn)有示功圖分析多采用 示功圖儀表進行數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)回傳通過計算機繪制示功圖，人工分析油機工況，做出相 關判據(jù)，然后通知操作維護人員進行相應的控制維護操作，環(huán)節(jié)多，效率低。針對一些發(fā)生 比較多的問題不能及時處理，存在著能耗的浪費（空抽、供液不足）、電機損壞、采油部件壽 命縮短等諸多問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種基于示功圖工況分析的抽油機智能設 備及其計算方法，及時有效在油井生產(chǎn)發(fā)生異常時，進行相應處理。
[0005] 為了達到上述目的，一種基于示功圖工況分析的抽油機智能設備，包括抽油機和 遠端RTU設備，抽油機包括電機控制接觸器以及載荷傳感器和位移傳感器，遠端RTU設備包 括ARM9處理器以及與其連接的電源模塊，ARM9處理器上的2路專用高速模擬量采樣通道 采集抽油機載荷傳感器和位移傳感器的信息，ARM9處理器上通過2路DO數(shù)字輸出通道控 制抽油機的電機控制接觸器，ARM9處理器連接有儲存器；
[0006] 通過ARM9處理器將抽油機的載荷傳感器和位移傳感器的信息轉換為示功圖，再 將轉換后的示功圖與儲存器中的標準示功圖進行對比，得到抽油機的供油狀態(tài)。
[0007] 所述ARM9處理器開設有若干RS232接口和RS485接口，其中一個RS232接口連接 有GPRS模塊。
[0008] 所述ARM9處理器的一個RS232接口連接ISP/IAP，RS485接口連接有多功能電表。
[0009] 所述ARM9處理器與每個RS232接口和RS485接口間設置有隔離電路，隔離電路通 過UART接口與ARM9處理器相連接。
[0010] 所述ARM9處理器上設置有接收若干傳感器信息的6路AI/DI模擬數(shù)字復用通道。
[0011] 所述ARM9處理器連接有運行燈、地址模塊、"看門狗"電路以及以太網(wǎng)接口。
[0012] 所述ARM9處理器通過12C接口與"看門狗"電路相連，通過ENET接口與以太網(wǎng)接 口相連，通過GPIO接口與地址模塊和運行燈相連。
[0013] 所述ARM9處理器連接有實時時鐘。
[0014] 所述電源模塊包括與ARM9處理器連接的電源濾波器，以及與電源濾波器供電電 源。
[0015] 所述儲存器為64M儲存器，并通過BUS總線與ARM9處理器相連接。
[0016] 一種基于示功圖工況分析的抽油機智能設備的計算方法，包括以下步驟：
[0017] 步驟一：定時時間到后，開始通過獲取角位移傳感器的位移值來獲取實測周期，若 實測周期表現(xiàn)為抽油機開啟狀態(tài)，進行步驟二；若實測周期表現(xiàn)為抽油機關閉狀態(tài)，重新獲 取實測周期；
[0018] 步驟二：通過載荷傳感器和位移傳感器在相同采樣間隔時間內(nèi)分別采集實測周期 內(nèi)的100個上沖程的載荷和位移的采集點以及100個下沖程的載荷和位移的采集點，將200 個采集點傳輸給ARM9處理器，建立數(shù)據(jù)模型；
[0019] 步驟三：ARM9處理器通過公式：
[0020]其中P為載荷，X為位移； 丄一U

【權利要求】
1. 一種基于示功圖工況分析的抽油機智能設備，其特征在于：包括抽油機和遠端RTU 設備，抽油機包括電機控制接觸器以及載荷傳感器和位移傳感器，遠端RTU設備包括ARM9 處理器以及與其連接的電源模塊，ARM9處理器上的2路專用高速模擬量采樣通道采集抽油 機載荷傳感器和位移傳感器的信息，ARM9處理器上通過2路DO數(shù)字輸出通道控制抽油機 的電機控制接觸器，ARM9處理器連接有儲存器； 通過ARM9處理器將抽油機的載荷傳感器和位移傳感器的信息轉換為示功圖，再將轉 換后的示功圖與儲存器中的標準示功圖進行對比，得到抽油機的供油狀態(tài)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于示功圖工況分析的抽油機智能設備，其特征在于： 所述ARM9處理器開設有若干RS232接口和RS485接口，其中一個RS232接口連接有GPRS 模塊。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種基于示功圖工況分析的抽油機智能設備，其特征在于： 所述ARM9處理器的一個RS232接口連接ISP/IAP，RS485接口連接有多功能電表。
4. 根據(jù)權利要求2或3所述的一種基于示功圖工況分析的抽油機智能設備，其特征 在于：所述ARM9處理器與每個RS232接口和RS485接口間設置有隔離電路，隔離電路通過 UART接口與ARM9處理器相連接。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于示功圖工況分析的抽油機智能設備，其特征在于： 所述ARM9處理器上設置有接收若干傳感器信息的6路ΑΙ/DI模擬數(shù)字復用通道。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于示功圖工況分析的抽油機智能設備，其特征在于： 所述ARM9處理器連接有運行燈、地址模塊、"看門狗"電路、以太網(wǎng)接口以及實時時鐘。
7. 根據(jù)權利要求6所述的一種基于示功圖工況分析的抽油機智能設備，其特征在于： 所述ARM9處理器通過I2C接口與"看門狗"電路相連，通過ENET接口與以太網(wǎng)接口相連， 通過GPIO接口與地址模塊和運行燈相連。
8. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于示功圖工況分析的抽油機智能設備，其特征在于： 所述電源模塊包括與ARM9處理器連接的電源濾波器，以及與電源濾波器連接的供電電源。
9. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于示功圖工況分析的抽油機智能設備，其特征在于： 所述儲存器為64M儲存器，并通過BUS總線與ARM9處理器相連接。
10. 權利要求1所述的一種基于示功圖工況分析的抽油機智能設備的計算方法，其特 征在于：包括以下步驟： 步驟一：定時時間到后，開始通過獲取角位移傳感器的位移值來獲取實測周期，若實測 周期表現(xiàn)為抽油機開啟狀態(tài)，進行步驟二；若實測周期表現(xiàn)為抽油機關閉狀態(tài)，重新獲取實 測周期； 步驟二：通過載荷傳感器和位移傳感器在相同采樣間隔時間內(nèi)分別采集實測周期內(nèi)的 100個上沖程的載荷和位移的采集點以及100個下沖程的載荷和位移的采集點，將200個采 集點傳輸給ARM9處理器，建立數(shù)據(jù)模型； 步驟三：ARM9處理器通過公式： IOO 200 tsW=Si5上沖程·（Χ?+ΓΧ;.)-藝尸下沖程·（Χ廠Xi+1)，其中p為載荷，x為位移；i=0 i=100 將上沖程的載荷和位移的100個采樣點圍成的面積減去下沖程的載荷和位移的100個 采樣點圍成的面積，得到示功圖封閉區(qū)域的面積； 步驟三：通過ARM9處理器將計算出的示功圖封閉區(qū)域的面積與標準示功圖面積進行 對比； 若計算出的示功圖封閉區(qū)域的面積為標準示功圖面積90%以上，說明供液充足； 若計算出的示功圖封閉區(qū)域的面積為標準示功圖面積的50%?90%，說明供液滿足 要求； 若計算出的示功圖封閉區(qū)域的面積為標準示功圖面積的50%以下，說明供液不足，ARM9處理器控制電機控制接觸器對抽油機進行間抽控制。
【文檔編號】E21B43/00GK104314526SQ201410538660
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權日:2014年10月13日
【發(fā)明者】李波, 王廣宇, 張毅力 申請人:西安大唐監(jiān)控技術有限公司