本發(fā)明屬于抽油機(jī)井運(yùn)轉(zhuǎn)工況檢測，尤其是涉及一種用于抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況判定方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、抽油機(jī)是一種把原動機(jī)的連續(xù)圓周運(yùn)動變成往復(fù)直線運(yùn)動，并通過抽油桿帶動抽油泵進(jìn)行抽油的機(jī)械設(shè)備。

2、目前應(yīng)用最為廣泛的抽油機(jī)為常規(guī)游梁式抽油機(jī)，主要由驢頭、游梁、橫梁、連桿、曲柄、平衡重、減速器、皮帶輪和電動機(jī)等部分組成。常規(guī)游梁式抽油機(jī)的工作原理是電動機(jī)通過皮帶驅(qū)動減速器輸入軸高速圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，經(jīng)減速器齒輪減速后，減速器輸出軸帶動曲柄作低速圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過連桿、橫梁、游梁、驢頭、懸繩器等部分傳遞為井下泵的上下往復(fù)運(yùn)動，從而把地下的原油抽吸到地面上來。常規(guī)游梁式抽油機(jī)具有結(jié)實耐用、可靠性較高、零部件易于制造、適用工況范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但又存在傳動環(huán)節(jié)多、能耗高、負(fù)扭矩、效率低、體積重量大等不足。

3、異相式游梁抽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與常規(guī)游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)相同，不同之處在于異相式游梁抽油機(jī)的曲柄中心線和平衡重重心與旋轉(zhuǎn)中心的連線之間有一個不為零的夾角。也就是說，異相式游梁抽油機(jī)的曲柄中心線和平衡重重心與旋轉(zhuǎn)中心的連線之間的相位角不為零，而常規(guī)游梁式抽油機(jī)的曲柄中心線和平衡重重心與旋轉(zhuǎn)中心的連線之間的相位角為零，且曲柄軸遠(yuǎn)離游梁尾部一定距離。這種結(jié)構(gòu)使得異相式游梁抽油機(jī)的上沖程速度慢而下沖程速度快，降低了扭矩的峰值，產(chǎn)生了一定的節(jié)能效果。

4、油田信息化建設(shè)帶來了油井管理機(jī)制的變革，實現(xiàn)了油井的無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控，降低了員工的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，減少了勞動用工。同時，井口溫度、壓力、示功圖、電功率等參數(shù)的實時采集，為一井一策的制定提供了可靠依據(jù)，為精細(xì)日常管理提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。然而，隨著數(shù)字化油井、信息化管理的不斷推進(jìn)，油井現(xiàn)場管理及運(yùn)維人員數(shù)量大幅下降，對油井精細(xì)化管理要求逐步提升，現(xiàn)有的油井僅對日產(chǎn)液量、耗電、油套及溫度等動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，油井設(shè)備的完整性管理還不完善。從抽油機(jī)井有功功率方面考慮，抽油機(jī)的減速器輸出軸凈扭矩存在負(fù)扭矩，波動劇烈，峰值扭矩大，勢必會增大有功輸入功率的消耗；從無功功率方面考慮，抽油機(jī)的減速器輸出軸凈扭矩波動劇烈，峰值扭矩大，就需要選用大功率的電機(jī)及大扭矩的減速器，勢必會增大無功功率的消耗，這就是“大馬拉小車”現(xiàn)象。異相式游梁抽油機(jī)在正轉(zhuǎn)時，上沖程速度慢，下沖程速度快，扭矩的峰值降低達(dá)到了節(jié)能的目的，故抽油機(jī)機(jī)型與運(yùn)轉(zhuǎn)方式關(guān)系到抽油機(jī)井動設(shè)備的安裝方式及節(jié)能運(yùn)行。

5、隨著數(shù)字化油井管理機(jī)制的全面建設(shè)及管理人員數(shù)量的大幅減少，油田對機(jī)型等靜態(tài)數(shù)據(jù)更新不及時，依賴人工通過視頻判斷抽油機(jī)井的運(yùn)轉(zhuǎn)模式，存在工作量大、且對機(jī)型認(rèn)識不準(zhǔn)確的問題，甚至也可能存在因機(jī)型及運(yùn)轉(zhuǎn)方式錯誤而導(dǎo)致減速箱安裝錯誤，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行故障的問題。抽油機(jī)井機(jī)型及運(yùn)轉(zhuǎn)方式僅依靠人工識別及錄入，但工作人員較少，油井?dāng)?shù)據(jù)龐大，無法保證數(shù)據(jù)識別的準(zhǔn)確性、真實性及實時性，更嚴(yán)重的會導(dǎo)致油井運(yùn)行故障，影響生產(chǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失，還可能對油區(qū)安全、環(huán)保造成影響。因此，亟需一種針對抽油機(jī)異相角及運(yùn)轉(zhuǎn)工況自動檢測的技術(shù)和方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明實施例提供了一種用于抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況判定方法，包括：采集當(dāng)前完整沖程周期內(nèi)待判定抽油機(jī)的位移信息；根據(jù)完整沖程周期的位移信息提取所述第一時段和所述第二時段的位移信息，結(jié)合所述第一時段的初始時刻到所述第二時段的終止時刻之間的時長，計算抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動速度特征，以判定所述待判定抽油機(jī)是否為游梁抽油機(jī)，其中，所述第一時段為將所述完整沖程周期劃分為多個相同的連續(xù)時段中的任一時段，所述第二時段為與所述第一時段非相鄰且位于所述第一時段之后的時段；在判定為游梁抽油機(jī)時，利用所述第一時段的位移信息分析抽油桿位置，并在抽油桿到達(dá)上死點(diǎn)位置時，計算所述待判定抽油機(jī)的異相角、以及抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動時長，基于此，得到當(dāng)前抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況。

2、優(yōu)選地，在計算抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動速度特征，以判定所述待判定抽油機(jī)是否為游梁抽油機(jī)的步驟中，包括：分別選取所述完整沖程周期內(nèi)的不同時段作為第一時段并計算每個第一時段對應(yīng)的懸點(diǎn)運(yùn)動速度特征；通過分析比較每個第一時段所對應(yīng)的懸點(diǎn)運(yùn)動速度特征，確定所述待判定抽油機(jī)是否為游梁抽油機(jī)，其中，在每個第一時段所對應(yīng)的懸點(diǎn)運(yùn)動速度特征不完全相同時，判定所述待判定抽油機(jī)為游梁抽油機(jī)，反之，則判定所述待判定抽油機(jī)為皮帶機(jī)。

3、優(yōu)選地，所述懸點(diǎn)運(yùn)動速度特征為懸點(diǎn)運(yùn)動平均速度，其中，利用如下表達(dá)式計算所述懸點(diǎn)運(yùn)動平均速度：

4、

5、其中，vi表示第i個時段的懸點(diǎn)運(yùn)動平均速度，pri表示第i個時段的位移，pr(i+2)表示第i+2個時段的位移，tn表示每個時段抽油桿的運(yùn)行時間。

6、優(yōu)選地，在利用所述第一時段的位移信息分析抽油桿位置的步驟中，包括：通過分析比較所述第一時段的位移與預(yù)設(shè)位移閾值，確定所述抽油桿是否到達(dá)上死點(diǎn)位置，其中，所述預(yù)設(shè)位移閾值根據(jù)游梁抽油機(jī)在歷史運(yùn)行過程中的完整沖程周期內(nèi)的位移變化特征而得到。

7、優(yōu)選地，在計算所述待判定抽油機(jī)的異相角、以及抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動時長，基于此，得到當(dāng)前抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況的步驟中，包括：利用所述待判定抽油機(jī)的抽油桿從下死點(diǎn)到達(dá)上死點(diǎn)的總時長、以及所述完整沖程周期所對應(yīng)的時段數(shù)量，得到所述異相角；根據(jù)所述異相角判定所述待判定抽油機(jī)是否為異相型抽油機(jī)，其中，在判定為異相型抽油機(jī)時，利用抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動時長中的上行運(yùn)動時長和下行運(yùn)動時長的比值，獲得用于生成運(yùn)轉(zhuǎn)工況的抽油機(jī)曲柄的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

8、優(yōu)選地，在根據(jù)所述異相角判定所述待判定抽油機(jī)是否為異相型抽油機(jī)的過程中，包括：若異相角為零，則判定所述待判定抽油機(jī)為常規(guī)抽油機(jī)，反之，則判定所述待判定抽油機(jī)為異相型抽油機(jī)。

9、優(yōu)選地，利用如下表達(dá)式計算所述異相角：

10、

11、其中，α表示異相角，itop表示抽油桿從下死點(diǎn)到達(dá)上死點(diǎn)的總時長，n表示時段數(shù)量。

12、優(yōu)選地，在判定為異相型抽油機(jī)時，利用抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動時長中的上行運(yùn)動時長和下行運(yùn)動時長的比值，獲得用于生成運(yùn)轉(zhuǎn)工況的抽油機(jī)曲柄的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的過程中，包括：若所述上行運(yùn)動時長和所述下行運(yùn)動時長的比值小于1，且所述上行運(yùn)動時長小于所述下行運(yùn)動時長，則判定抽油機(jī)曲柄運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為反轉(zhuǎn)，并將反轉(zhuǎn)狀態(tài)作為當(dāng)前抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況；若所述上行運(yùn)動時長和所述下行運(yùn)動時長的比值大于1，且所述上行運(yùn)動時長大于所述下行運(yùn)動時長，則判定抽油機(jī)曲柄運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為正轉(zhuǎn)，并將正轉(zhuǎn)狀態(tài)作為當(dāng)前抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況。

13、優(yōu)選地，在將所述完整沖程周期劃分為多個相同的連續(xù)時段的過程中，包括：所劃分出的時段數(shù)量在150到300之間。

14、另一方面，本發(fā)明還提供了一種用于抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況判定系統(tǒng)，所述運(yùn)轉(zhuǎn)工況判定系統(tǒng)包括如下模塊：位移信息采集模塊，其用于采集當(dāng)前完整沖程周期內(nèi)待判定抽油機(jī)的位移信息；游梁抽油機(jī)判定模塊，其用于根據(jù)完整沖程周期的位移信息提取所述第一時段和所述第二時段的位移信息，結(jié)合所述第一時段的初始時刻到所述第二時段的終止時刻之間的時長，計算抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動速度特征，以判定所述待判定抽油機(jī)是否為游梁抽油機(jī)，其中，所述第一時段為將所述完整沖程周期劃分為多個相同的連續(xù)時段中的任一時段，所述第二時段為與所述第一時段非相鄰且位于所述第一時段之后的時段；運(yùn)轉(zhuǎn)工況判定模塊，其用于在判定為游梁抽油機(jī)時，利用所述第一時段的位移信息分析抽油桿位置，并在抽油桿到達(dá)上死點(diǎn)位置時，計算所述待判定抽油機(jī)的異相角、以及抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動時長，基于此，得到當(dāng)前抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案中的一個或多個實施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

16、本發(fā)明提出了一種用于抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況判定方法及系統(tǒng)，該方法利用當(dāng)前完整沖程周期內(nèi)待判定抽油機(jī)的位移信息，分析待判定抽油機(jī)的相角特征，并根據(jù)相角特征分析結(jié)果實現(xiàn)對待判定抽油機(jī)的機(jī)型和運(yùn)轉(zhuǎn)模式的自動檢測。本發(fā)明通過對位移變量異相角的檢測和綜合判斷，實現(xiàn)了對待判定抽油機(jī)的機(jī)型和運(yùn)轉(zhuǎn)模式的自動識別，解決了油井?dāng)?shù)字化抽油機(jī)的機(jī)型和運(yùn)轉(zhuǎn)模式無法自動識別的問題，適用于數(shù)字化油井的自動化運(yùn)維及信息化管理，能夠指導(dǎo)抽油機(jī)井節(jié)能措施的實施。

17、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。