專利名稱：一種采油站電功率巡檢診斷技術的制作方法
技術領域：
本發明屬石油工業有桿泵裝置工況的檢測與診斷用抽油井綜合測試儀在井口測試示功圖，根據示功圖監測有桿泵的工作狀況。國內雖對用功率曲線進行有桿泵裝置的診斷也作了大量的研究，但多從抽油機和電動機的結構特性入手，研究各環節的轉換函數，因需要一系列系統參數，這些參數又難于精確獲得，使其應用效果差，難于推廣。本技術的發明，是該項領域的的一項重大突破。
本發明目的是在采油站(井)上，通過測試電機功率曲線，監測有桿泵裝置工作狀況。這樣不僅測試方便，節省人力、物力，而且可以實現連續監測和故障實時報警。便于集中測試和自動化管理以及數據上網。
本發明是一種采油站電功率巡檢診斷技術，其特點是使用動力儀在采油站井口測試抽油機在不同工況下，抽油系統載荷Y，位移X，電功率N數據，建立抽油機功率載荷轉換模型，由此建立樣本數據庫，以樣本數據庫為基礎，實現用功率曲線診斷有桿泵裝置的工作狀況；功率診斷技術模型(1)、Xi(t)，Yi(t)，Ni(t)i取決于樣本空間數目，測試時間t的大小取決于沖次大小，(2)、對樣本數據進行傅立葉變換，作出頻譜分析Xn(t)=ρo2+Σn=1n-(ancosnωt+bnSinnωt)]]>Yn(t)=vo2+Σn=1n-(cncosnωt+dnSinnωt)]]>Nn(t)=to2+Σn=1n-(encosnωt+fnSinnωt)]]>其中an、bn、cn、dn、en、fn、ρo、voto為傅立葉系數(3)、因抽油系統自身運動規律一定，固有頻譜不變對樣本數據進行最佳逼近，并遵守能量守衡定律，構造出函數Y(x，n)(4)、應力波在抽油桿中傳導附合波動方程∂2y(x,t)∂t2=a2·∂2y(x,t)∂x2-c·∂y(x,t)∂t]]>由此可推導出代表泵工作狀況的函數、F(x,t)=Efγ{σ02Efγ+Σn=1n[∂On(x)xcosnωt+∂Pn(x)xsinnωt]}]]>μ(x,t)=σ02Efγx+v02+Σn=1n-(On(x)cosnωt+Pn(x)Sinnωt)]]>式中0n(x)＝(knchβnx+δnshβx)sinanx+(μnshβnx+vnchβnx)cosanxPn(x)＝(knshβnx+δnchβnx)cosanx-(μnchβnx+vnshβnx)sinanxan=nωa21+1+(c/nω)2βn=nωa2-11+(c/nω)2]]>kn=σnαn|τnβnEfn(αn2|βn2)]]>μn=σnβn-τnαnEfn(αn2+βn2)]]>電功率巡檢診斷技術，其特點是抽油機電源都由采油站上提供，建立一套以計算機即單片機為核心的巡檢系統，實時監測站上多口井的工作狀況，實現油井實時連續檢測，自動化管理系統構成如附圖
。與現有技術相比，本發明具有如下優點1、在站上使用一套測試系統可進行多口井的實時監測，對停機、抽油桿斷脫、卡泵、抽空、超載等緊急故障及時報警，減少不必要的事故發生，減少產量損失，提高經濟效益。用示功圖測試診斷有桿泵裝置故障的方法無法進行或很難進行實時監測。2、因油井比較分散，現有技術進行測試時，需3-5人，使用一輛車，每天只能測10口井左右。測試需要花費大量的人力物力。本技術實施后，基本上不需要專業測試隊伍，僅此一項，中原油田每年就可節約測試費用約1000萬元。3、測試示功圖時需要卸載，對光桿易造成損傷，甚至導致斷脫，本技術彌補了這一不足。4、與現有發表的對功率曲線進行示功圖轉換的方法相比，本發明不需要知道有桿泵裝置結構的眾多參數，因采用直接測試法，測試轉換精度高，易推廣。
詳細說明功率曲線圖反映了整個有桿泵裝置的工作狀況，而不象示功圖只反映其井下部分的工作狀況，所以功率曲線包含的信息更多更廣更全面。根據功率曲線進行故障診斷的可能性有兩種，一是由功率曲線折算的示功圖進行診斷，在計算時要利用已知的函數關系，且考慮平衡參數和抽油機電機的損失。二是根據功率曲線的特點直接診斷。該技術主要采用前者。
在利用該方法時，過去常把抽油機看成四連桿機構，從研究抽油機的簡諧運動規律，獲得抽油機的沖程百分數，扭矩因數等，從電機的電磁特性、轉速特性獲得電機有效輸出轉矩，這需要諸多的裝置結構參數如抽油機的前臂長、后臂長平衡塊數、平衡塊重、電機極數、繞線內阻、傳遞效率等約三十余參數，這些參數在抽油機電機工作數十年后，很難獲得準確值，有些甚至隨著時間的變化而變化，給計算帶來很大的誤差造成功圖失真資料可信度差，難以達到實用程度。本發明利用動力儀實測光桿載荷、位移、電機功率，根據能量守衡定律獲得由功率折算示功圖的已知函數，可以把諸多造成折算誤差的因素降到最底限度，從而提高結果的準確性。
通過不斷的擴大測試樣本的空間，可以象在室內標定其他儀器一樣，以新樣本代替舊樣本，解決了裝置性能參數隨時間變化而變化對處理結果的影響。
功圖是由載荷和位移組成的，油站無法直接測試位移，該技術采用功率曲線相似性原理，從樣本庫獲得位移參數，實踐證明是可行的，這也由功率曲線的周期性所決定。
通過對近二百井次實測資料的對比分析，最大載荷誤差在2％--5％，圖性相似度在95％以上，完全達到實用水平。由于各抽油機電源都由采油站上提供，因而設計一套計算機(單片機)為核心的巡檢系統，實時監測站上多口井的工作狀況成為可能，實現油井實時連續監測，便于自動化管理。解決了油井分散，需投入大量人力物力，才能完成測試的困難。減少了大量測試費用。
該技術在實施過程中，對調參、檢泵、調平衡的井，在措施后應對系統進行標定，建立新的樣本數據，以保證測試精度。
實施例巡檢系統設計為實時檢測8口井的電壓、電流、以及電功率信號(共24路模擬量)實時處理檢測到的數據，進行嚴重故障判斷并報警，對工作基本正常的油井，用電功率曲線進行示功圖轉換，并進一步判斷抽油機及泵的工況。自動實現資料存、取管理。簡單的人機界面方便操作者查看數據、曲線、歷史資料及隨時進行屏幕打印。以上所有功能由系統軟件自動協調運行，完全實現實時、自動、連續檢測。
信號采集因為采油計量站配電柜中存在強電干擾，所以檢測電壓、電流及電功率信號的傳感器的輸出模擬信號以抗干擾強的電流方式輸出。信號采集板前端加隔離電路，以避免非常情況下強電竄入信號通道，而損害信號采集板及主機，確保系統運行安全。從實測的抽油機電機的電壓、電流、及電功率曲線的波動情況來看，其最高波動頻率一般在1Hz左右，選定信號的采樣頻率為15Hz。信號采集板上的A/D轉換器為12位，可實現1/4096的轉換精度。
系統的巡檢周期可在大于2分鐘的時間內任意設定。巡檢周期設定得短時，系統實時性增強，但信號采集占用主機的時間較長，這樣將影響主機響應鍵盤輸入及查詢資料的速度，且數據量較大。巡檢周期設定得長時，將影響到系統的實時性。用戶可根據自己現場的需要自己設定巡檢周期的大小，并且可以隨時調整。系統軟件設定信號采集功能模塊的運行優先級最高，信號采集程序可中斷其他操作。這樣就保證了信號采集過程不被鍵盤操作干擾和信號采集的實時進行。
判斷報警工況判斷及報警部分分兩步進行。一步是在示功圖轉換前，直接從電功率及電流曲線上判斷出一些特殊的故障，如停機、斷桿、嚴重卡泵、嚴重偷電等，并作報警。斷桿、嚴重卡泵及抽油機調參情況下就不再轉換出示功圖，對嚴重偷電的情況，將偷電值從電功率曲線上減去，再進行示功圖轉換，這樣可削去由于嚴重偷電造成的示功圖轉換誤差。第二步是從轉換出的示功圖上判斷工況，并計算泵的充滿程度。所用的方法為圖形相關法將轉換出的功圖曲線與各種工況下的典型功圖曲線作矢量相關運算，從中選出相關值最大者即為兩功圖最相近者，從中可判斷出；正常、泵充不滿和嚴重凡爾漏失等情況。
結合現場的實際情況，系統對停機、斷桿、嚴重卡泵等故障作聲報警，報警聲音維持在一分鐘，可人工止鬧。同時屏幕上在該井井號下以紅色醒目顏色顯示報警類型及報警時間，系統并對此作存儲，對一般不必緊急處理的判斷結果，系統只作屏幕顯示，不進行有聲報警。為了避免，因偶然因素(如抽油機啟動時刻，信號瞬時受干擾，電網非正常波動等)引起的誤判，系統對檢測到嚴重事故的情況不馬上作報警，而是再連續兩次采集，兩次判斷，根據三次判斷的結果，再作出總的判斷。
資料管理在數據管理方面采用分類管理，按實測數據，示功圖數據，工作參數數據和日報數據分成4個大類，每類所測及轉換得來的數據以日期、時間為標識進行分類存儲，這樣方便質料查詢和管理。數據存儲量暫時預定為6個月，如果增大硬盤容量可存儲一年的數據量。數據滿6個月后，逐月自動清除最早一個月的數據資料。
權利要求
1.一種采油站電功率巡檢診斷技術，其特點是使用動力儀在采油站井口測試抽油機在不同工況下，抽油系統載荷Y，位移X，電功率N數據，建立抽油機功率載荷轉換模型，由此建立樣本數據庫，以樣本數據庫為基礎，實現用功率曲線診斷有桿泵裝置的工作狀況；功率診斷技術模型(1)、Xi(t)，Yi(t)，Ni(t)i取決于樣本空間數目，測試時間t的大小取決于沖次大小，(2)、對樣本數據進行傅立葉變換，作出頻譜分析Xn(t)=ρo2+Σn=1n-(ancosnωt+bnSinnωt)]]>Yn(t)=vo2+Σn=1n-(cncosnωt+dnSinnωt)]]>Nn(t)=to2+Σn=1n-(encosnωt+fnSinnωt)]]>其中an、bn、cn、dn、en、fn、ρo、voto為傅立葉系數(3)、因抽油系統自身運動規律一定，固有頻譜不變對樣本數據進行最佳逼近，并遵守能量守衡定律，構造出函數Y(x，n)(4)、應力波在抽油桿中傳導附合波動方程∂2y(x,t)∂t2=a2·∂2y(x,t)∂x2-c·∂y(x,t)∂t]]>由此可推導出代表泵工作狀況的函數、F(x,t)=Efγ{σ02Efγ+Σn=1n[∂On(x)xcosnωt+∂Pn(x)xsinnωt]}]]>μ(x,t)=σ02Efγx+v02+Σn=1n(On(x)cosnωt+Pn(x)Sinnωt)]]>式中On(x)＝(knchβnx+δnshβx)sinanx+(μnshβnx+vnchβnx)cosanxPn(x)＝(knshβnx+δnchβnx)cosanx-(μnchβnx+vnshβnx)sinanxan=nωa21+1+(c/nω)2βn=nωa2-11+(c/nω)2]]>kn=σnαn|τnβnEfn(αn2|βn2)]]>μn=σnβn-τnαnEfn(αn2+βn2)]]>
2.根據權利要求1所述的電功率巡檢診斷技術，其特點是抽油機電源都由采油站上提供，建立一套以計算機即單片機為核心的巡檢系統，實時監測站上多口井的工作狀況，實現油井實時連續檢測。
全文摘要
本發明屬石油工業有桿泵裝置工況的檢測和診斷,采油站抽油井工況巡檢系統是利用抽油機光桿載荷變化與電機功率有一定對應關系的原理,在站內測取抽油機功率曲線,然后轉換出等效示功圖,將實測功率曲線與等效示功圖相結合,綜合分析判斷電機,抽油機、供液等工況的連續實時監測,本發明可提高生產時效,減少測試費用,便于開展油井抽空控制,自動實現科學間抽,減少機－桿－泵磨損,延長檢泵周期,節約電能消耗。
文檔編號F04B51/00GK1328214SQ0013027
公開日2001年12月26日 申請日期2000年11月2日 優先權日2000年11月2日
發明者柴滿洲 申請人:北京威斯頓優利儀器儀表科技發展有限公司