新型实时智能间抽控制仪研究与应用

2009-12-30薛国锋王立杰屈艳飞周春玲

特种油气藏 2009年1期

薛国锋王立杰屈艳飞周春玲

摘要：吉林油田部分油井渗透能力低，造成油井处于供液不足状态。为稳定产量、降低能耗、提高系统效率，结合吉林油田实际油藏地质情况，设计研制了一套实时智能间抽控制仪，即当探测到油井处于供液不足状态时，抽油机自动停止运行，待油井液面恢复后，再开机运行。该仪器经现场应用，达到了预期的节能和智能化控制功能。

关键词：抽油机；智能间抽控制仪；系统效率；基本原理；应用效果；吉林油田

中图分类号：TE938文献标识码：A

1智能间抽控制仪设计思路

新型智能间抽控制仪研究基本设计要求，是针对现有间抽控制仪智能化水平低、依靠功图判别条件界限模糊、准确性差的情况，提出通过电参数测试反演充满程度的方法，实现对抽油机驱动电机负载工况的自动检测，对抽油机抽停自动优化切换控制，达到对油井的自动优化开采和节约电能。另外还必须具备安全提示，适应吉林油田气候特点等要求。基于以上设计要求，新一代智能间抽控制仪的基本设计思路是：①分析间抽井间抽特点，分析电能负荷变化与抽油泵充满度之间规律，找出泵空条件；②建立间抽判别规则和控制策略，建立实时智能间抽工作模型；③研制一套随负荷变化控制的实时智能间抽控制仪。

2智能间抽控制仪系统设计

2.1硬件系统组成

硬件系统是完成IPOC所有实时控制的必备设备，它包括：作为处理器核心的单片机系统MSP430F149，完成信号采集、数据存储、数据统计、数据分析、模型计算、输出控制、定时和远程通讯等。其系统构成和运行示意图见图1。

2.2软件系统组成

软件系统是整个智能间抽控制器(IPOC)的核心，它包括：

(1)管理模块，协调调度整个软件模块的运行。

(2)键盘处理模块，处理键输入译码、解释、处理。

(3)采集模块，实时采集电机输入电流、电压信号，并进行滤波等预处理。

(4)存储模块，完成数据的存储和回放管理。

(5)统计模块，以日为单位统计开井时率，并存储。

(6)间抽模型求解模块，集成数据分析模块、(间抽控制)条件判别、优化控制等模块。

(7)控制模块，包括语音提醒模块和电机控制模块。

(8)定时管理模块，管理系统所有时钟及定时事件。

(9)自推理模块，为使系统具备自学习功能。

(10)RTU模块，扩展远程调用。

2.3工作流程

首先初始化，参数设置，启动抽油机进行数据采集，再进行数据分析，分析的结果进行存储。当供液不足时，程序将自动停机；当供液满足要求时，报警2min后自动启动抽油机。

2.4分析流程

分析通过油井电参数的录取，反演出泵抽空发生时负荷变化在电参数上的表征特性，根据该特性给出控制抽油机电机开关的信号，达到智能控制油井生产。流程如图2所示。

2.5自学习流程

自学习即油井根据给定的判别条件，通过软件实现自动判别功能。流程如图3所示。

3智能间抽控制仪的基本原理

3.1特征值提取

在发生空抽时，所测功率图和电流图与正常抽汲相比会发生很多变化，反应在图形上，主要表现为：在下冲程开始时，电动机只要用很小的能量就可将杆柱送入井底，下行程电机峰值电流和峰值功率变小，从而上、下行程中峰值电流和峰值功率比值也变小；实际平均电流和平均功率下降。主要提取下列特征值：①上、下行程峰值电流、峰值功率及其相应相位角；②上、下死点电流值、功率值；③开机时间和停机时间；④最大、最小功率值、电流值及其相应相位角，平均值。

3.2控制策略-

3.2.1正常工况特征值确立

在开机启抽后，控制器自检2min，确定稳定的起始工作特征值，用这些值与存储在内存中的特征值进行比较，若这些值更符合正常工况，则替代原存储值。

3.2.2开关井时间确立

根据经验值，确立一个初始的开井时间和停井时间。在开井时间已到，但根据特征值仍属于能继续开抽时，则继续开抽，同时将开井时间延长，并存储到内存中；在停井启抽后，控制器确定稳定的起始工作特征值，用这些值与存储在内存中的特征值进行比较，若这些值更符合正常工况，则替代原存储值，并缩短关井时间；反之，则分别缩短开井时间和延长关井时间。同时为防止频繁调整开关井时间，在上述过程中，设定阀值和余量。

3.2.3空抽临界判断引入概率条件

当综合工况特征参数集AS=1(满足空抽条件)时，有T=T+1；当综合工况特征参数集AS=O(不满足空抽条件)时，有T=T-1；仅当T=100时，抽油机工况满足空抽概率条件，可以停抽。空抽概率数T的引入极大地提高了停抽的准确度，保障了停机时抽油机正处于稳定的空抽状态。

3.3主要技术指标

主要技术指标：工作电压为220V；电流范围为0-100A，精度为±1％；电压范围为0～660V，精度为±1％；时钟误差为每天不大于20 s／d；环境温度-为45—85℃；电流传感器精度为，≤100 A，△I≤0.05％；产量稳定的情况下节能20％-30％。

4智能间抽仪的应用效果

应用智能间抽仪进行现场试验，通过现场应用表明，该技术比较成熟，其功能也比较齐全，达到了预期的节能和智能化控制功能。同时统计其综合节能达到60％，即对于试验的几口井，其有效生产时间大大降低了(表1)。可见低产低效井的节能效益空间是巨大的，吉林油田目前的低产低效井有几千口，规模应用效益可观。

5结论与认识

(1)通过传感器信号实现闭环控制的智能间抽控制器(IPOC)，在检测到空抽时立即关闭抽油机，从而缩短了抽油时间，大大减少了能量消耗，平均节约能量20％-30％。

(2)相对于人工间抽和定时间抽来讲，智能间抽控制达到较低的平均液面，增加了产量。较低的液面意昧着较低的井底流压，使较多的液体流入井底。

(3)消除液击现象，可使井下和地面设备的维修费用减少。另外，通过IPOC装置可提前探测到油井故障，从而进一步减少了所需的修井作业量。

(4)使用微电脑技术的IPOC装置大大增加了抽油系统的性能信息检测数据，为抽油机的遥控遥测及集中控制创造了条件。

(5)智能间抽控制仪通过液面恢复的办法，解决了供液能力不能满足抽油设备工作需要的问题，缩短了抽油机的运行时间，提高了泵效。