维普资讯 http://www.cqvip.com 的设计 摘要本文介绍了一种油井智能节能控制设备的设计方案，实现了自动求取空抽判据，自动计算停 机时间，动态的控制电机的起停时间，可解决目前油田边探井、低产井、挖潜增效井等存在间抽现象明 显的井，实现节能降耗目的。 关键词间抽；控制器；抽油机 点，实现了自动求取空抽判据，自动计算停机时间，动 ０引 言 目前游梁式抽油机占我国采油设备的主导地位， 这种抽油机在设计时系统的功率都留有一定的裕量。 随着开采时间的延续、油井供液不足，抽取能力远远 大于油井的实际负荷。这种情况造成电能的大量浪 费，并且对机械损耗很大，导致设备老化，随之也增加 了维护费用和停机维修时间，更严重的情况会导致气 态的控制电机的起停时间，并且实现常见故障自动监 测等功能，实现了增产节能的目的。同时在一定程度 上降低维修率。根据采油现场的要求，本设备采用单 片机控制系统，抗干扰能力强，实时性强。 ２软硬件结构及特点 ２．１硬件设计¨ 锁，泵撞击液面等事故，严重的液击甚至导致抽油杆 的断裂。为了减少无效电耗和机械损耗，石油企业迫 新型油田抽油机智能节电控制器的硬件主要功 能为：实时检测抽油电机电压电流，获得电机运行的 切需要一种智能型的控制装置，能够自动监测空抽， 相关电参量；测量拉杆上的拉压力，估算出油量，最终 完成对电机的运行状态的控制；同时需要具有人机界 面，通信接口以及环境温度测量的功能。 本设计硬件结构如图１所示。 自适应的调节抽油机的运行时间，以降低成本，提高 效益。 １节能原理 本设计采用新一代高性能的微处理器和先进的 检测设备，可以精确的获取电机运行时的电流、有功 功率、功率因数和出油与未出油等电参量；软件上使 各硬件功能模块：＠ＭＰＵ模块：抽油机智能节电 控制器需要实现相关的滤波和自适应算法，所以要求 ＭＰＵ有较强的处理能力。同时要求工业级工作温 度。②环境温度测量：采用数字温度传感器直接输出 数字量，但在温度过低的时候测量精度会受到较大影 响。③人机界面：触摸按键控制器选择ＱＴ１０８０，８位 用专家控制器技术，加上自适应算法，使系统具有自 组织、自学习、自动判断、自主调节等人工智能的特 按键控制器；液晶屏幕选择３．３ＶＩＭ【ＴＩ’Ｉ．数字接口的 第一作者简介李静（１９８２一），女，硕士研究生，研究方向为机械电子，现在煤炭科学研究总院西安研究院物探所实习。 维普资讯 http://www.cqvip.com 石油工业计算机应用 ２００８年第１６卷第２期 ｌ屯源模块ｌＬ．＿Ｊ ｌ电参数谢量 Ｌ．．．．．．．．． ．． ．一‘－ 调理电貉ｌ－－—－－ ．－—．．——Ｊ ＝ｊ 】ｆ 图１ 抽油机新型智能控制器硬件结构图 屏；强力语音报警功能，采用专用语音录放模块＋音 频功放实现。本设计采用ＩＳＩＭ００２系列音频功放 ＴＤＡ２００３．单向供电＋８Ｖ到＋４０Ｖ，最大输出功率 １０Ｗ。④电机运行状态控制：电机运行状态控制部分 控制电机启动／停止，Ｙ一△变换。⑤通信接口：将 ＭＣＵ上的串行通信接口通过ＭＡＸ３２３２转换成ＲＳ２３２ 电平与上位机通信。⑥拉压力测量：使用电桥法测 量，使用ＡＤ８５５５去共模。⑦电源系统：通过三相全 桥整流电路和滤波电路获得一个在正常和缺相情况 下均能输出４０Ｖ～１０Ｖ的直流电压，然后通过ｂｕｃｋ电 路（ＬＭ２５９６Ｓ—ＡＤＪ）降压到５ＶＤＣ给模拟电路和 ５ＶＤＣ／３Ａ数字器件供电。使用ＳＰ６２０３一ＡＤＪ输人 ５ＶＤＣ输出３．３ＶＤＣ／３００ｍＡ和１．８ＶＤＣ／３００ｍＡ分别 给３．３Ｖ的数字器件和ＭＣＵ的内核供电。（￣ＦＬＡＳＨ： 使用串行接口的容量为５１２Ｋ ＢＹＴＥ的ＦＬＡＳＨ存储 器。⑨电参数测量：采用ＡＤＩ最新一款功能先进的数 字电度表芯片ＡＤＥ７７５３，这是一种带串行接口和脉冲 输出的高精度有功和视在能量计量的集成电路。它 集成了二阶∑ＡＡＤＣｓ、一个数字积分器（在ＣＨＩ 上）、一个参考电压源，一个温度传感器，能对电压、电 流有效值（ＲＭＳ）计算，有功、无功和视在能量的测 量。［ ］ ２．２系统硬件设计优势 本设计在系统硬件电路中加人热式非接触流量 传感器，组成一个非接触热式流量计。其原理如图２ 所示。 其主要构成：①热传导体；②热传感器（热电阻或 是热电偶）；③加热元件；④热保护元件；⑤机械紧固 件；⑥管道；⑦电子装置。各组件间通过机械紧固件 紧密地结合在一起，形成热传导良好的结构体。除此 外，电子装置可提供加热电源并检测热传感器的温 度，通过运算判断是否有流体流过。 在流体没有流动时，加热元件通过热传导体将热 ２９ 图２非接触热式流量计框图 量传导到整个结构，达到热平衡，热平衡的温度稍高 于流体可能的温度。如果流体开始流动，流体带走部 分温度，那么整个结构的热平衡受到破坏，热传感器 将检测到此温度变化，通过运算后，就可以输出反映 流体流量变化的开关量。其优点是：和出油事件相关 性非常强、反映速度快、不受地下油层分布变化的干 扰、不受电网波动等影响。【３ ２．３软件设计 间抽控制设备的软件部分主要包括系统自检初 始化、状态监测及处理、串口通信处理、数据检测、计 算处理和对比调整、控制启停。间抽控制设备的软件 流程图如图３所示。 图３软件流程图 该间抽设备针对不同抽油机井的参数串口输入， 对实时采集计算后的示功图和热式非接触流量传感 器上传来的温度参数进行比较分析整理，建立数学模 维普资讯 http://www.cqvip.com
ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ ２００８，Ｖｏ１．１６ Ｎｏ．２ 型。经一段时问的摸索，初步确定问抽时间。考虑到 井下动液面变化的复杂性，即所有时刻并不是完全遵 循液面变化规律，又得随时做出调整。在调整阶段， 对累计不同时间段的平均面积对比，进一步调节和校 正间抽时间，使间抽时间和液面趋近于最佳匹配，油 泵效尽可能提高。因为设备在不断地做检测，所以可 随时调整间抽时间，动态地响应液面变化。在抽油机 了液面的变化，提高了抽油机工效，有效的降低了用 电成本，综合节约电能２０％～４０％。由于能够保持抽 油机工作在出油较好的情况下，同时判断是否可能出 现一些问题的情况，避免了空抽情况和其它事故的发 生，减轻了油田工作人员对油井和抽油机的维修工作 量，且避免停机时间长而液面恢复到静液面仍未开机 而造成的减产。使用本设计智能节能控制器可显著 增加有效抽取时间，减少无功行程，延长低产油井的 开采寿命。 参考文献 ［１］李明、樊军，抽油机智能间抽设备的研制［Ｊ］，机械研究与应用， ２００６，４（２）：１００—１０１ 运行过程中，检测数据的变化，随时断定当前情况是 否正常，如出现问题转入报告显示和处理状态。同时 判断是否抽油机已经处于手动控制，并保持自动继续 监测和检测，若出现特殊情况（空抽、油杆断脱），则作 停机处理，并以ＬＣＤ显示报告。 ３结束语 通过Ｘ￣ｌｈ－Ｉ抽油井液面变化规律及示功图面积的 ［２］万仁溥、罗英俊、沈秀通，采油技术手册（第四分册）［Ｍ］，北京：石 油工业出版社．１９９３ ［３］唐人选，抽油井开关井后液面变化规律［Ｊ］，断块油气田，２００２，９ （５）：５３—５６ 理论和实际总结，在单片机系统上有效地实现了控制 间抽油井抽油机的启停处在合适的时亥０，动态地响应 ［４］刘合、高甲善、王雪艳，关于抽油机井合理间抽制度的研究［Ｊ］，石 油钻采工艺，２０００（１）：６９—７１ （上接第２７页）快，非达西流在比较低的含水饱和度 下，水相运动速度加快，容易发生指进；启动压力梯度 越大，采出程度越小，生产时间也越长。因此，非达西 流将增大低渗透油藏注水开发的难度。 速度。低渗油田应加大生产压差，加密井网进行有效 开发。 参考文献 在油井见水前后，产油量的下降较不考虑毛管力 时缓，而且考虑毛管力的无水采收期短，产水量的上 ［１］葛家理，油气层渗流力学［Ｍ］，石油工业出版社，１９８２ ［２］翟云芳，渗流力学［Ｍ］，石油工业出版社，２００３ ［３］韩大匡、陈钦雷、闫存奄，油藏数值模拟基础［Ｍ］，石油工业出版 社．１９９３ 升也比不考虑毛管力时缓；毛管力也使得含水率变化 较缓；在毛管力的作用下，无水采收率降低，无水采收 期缩短，采出程度较小。 ［４］程时清、徐论勋、张德超，低速非达西渗流试井典型曲线拟合法 ［Ｊ］，石油勘探与开发，１９９６，２３（４）：５０—５３ ［５］姚约东、葛家理、李相方，低渗透油藏油水两相渗流研究［Ｊ］，石油 大学学报（自然科学版），２００５，２９（２）：５２—５６ ４结束语 在水湿油藏中，由于启动压力梯度出现，容易发 生指进现象，不利于采油，毛管力使油藏的无水采收 ［６］张慧生、宋付权，低渗透油藏中毛管力在水油两相渗流中的作用 ［Ｊ］，复旦学报（自然科学版），２００２．，４１（５）：４８３—４８６ ［７］郭永存、卢德唐、马凌宵，低渗透油藏渗流的差分数值模拟［Ｊ］，水 动力学研究与进展，２００４，１９（３）：２８８—２９３ ［８］李凡华、刘慈群，含启动压力梯度的不定常渗流的压力动态分析 ［Ｊ］，油气井测试，１９９７，６（１）：１—４ 率和采收其减小。驱动压力梯度增大可以提高开发
