油井液量匹配峰谷平用电优化方法及控制装置

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，特别涉及一种油井液量匹配峰谷平用电优化方法及控制装置。

背景技术

目前老油田抽油机系统的配置出现“大马拉小车”现象，部分井出现严重供液不足，通过注水等措施也未出现增产迹象，尤其是抽油井下的油泵的泵径，已经调整到最小，其泵效仅为10％左右，只能通过配电柜控制调整抽油机冲次来实现节能，但是，还有部分井在调整冲次后供液不足仍然未得到解决。并且今年受国家电网调峰政策影响，电费从去年的平均电价0.65上涨到今年的0.75元，油田公司年初制定的峰值电价才0.72元。因此，调峰是油田公司今后工作重点。

现有技术1.一种抽油机变频节能方法，申请号：201410173596.5，该发明包括如下步骤：开启设备后，初始化系统并进行抽油机平衡度调节；判断抽油机处于工频工作模式还是变频工作模式；在变频工作模式下判断变频器是否处存在故障，没有故障，则对抽油机进行冲次调节模式的判断；在自动冲次调节模式下采集示功图数据并由示功图判断抽油机是否存在故障；如果抽油机不存在故障，判断抽油机是否需要间抽控制，如果不需要间抽控制，对抽油机进行冲次自动调节。本发明的抽油机变频节能方法，具有可以根据抽油机的工控进行平衡度、最佳工作冲次、最佳间抽的调整方式，使得抽油机能够保持高效低能耗的状态，解决抽油机在运行过程中的高能耗、低效率的问题等优点。

该专利的间抽不满足现有国家电网政策，无法完成调峰节约动力费用。

发明内容

本发明的目的是提供一种油井液量匹配峰谷平用电优化方法及控制装置。

为此，本发明技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种油井液量匹配峰谷平用电优化方法，包括如下步骤：

步骤1：检测抽油机的平衡度，确保抽油机处于“平衡”状态；

步骤2：采集示功图数据，分析示功图形状特征，确保抽油机处于“无故障状态”；

步骤3：通过油井液量判断抽油机是否需要间抽，如果需要间抽，进入下一步；

步骤4：根据示功图计算间抽时长，识别当前运行日期和时刻，根据当前时刻及当日对应的用电峰谷时段信息，以天为单位，按照尖、锋、平、谷的优先级停抽顺序，以用电成本最低为目标制定停抽方案。

结合第一方面，本实施例的第一种可能实现的形式，判断抽油机是否需要间抽的方法为：当实际产量C

结合第一方面，本实施例提供的第二种可能的实现形式，所述抽油机平衡度的判断方法为：

计算抽油机的抽油杆上行期间平均有功功率与抽油杆下行平均有功功率的比值，此值在0.8～1之间为抽油机平衡合理。

结合第一方面，本实施例提供的第三种可能的实现形式，所述示功图的绘制方法为：

通过抽油杆上安装位移传感器和载荷传感器监测数据，绘制平行四边形得到，测量抽油杆下死点为起点，抽油杆上行时，载荷逐渐增加，绘制平行四边形的左边，上死点停留时间绘制平行四边形的上边，下行时绘制平行四边形的右边，下死点绘制平行四边形的下边。

结合第一方面，本实施例提供的第四种可能的实现形式，所述初始间抽时长的计算方法为：

所述间抽时长为固定时间n小时加上计算示功图面积S2与人工设定满抽面积S1的比值与24小时乘积之和，即T＝n+S2*24/S1，其中,n大于等于2，T采用四舍五入法，取整数。

结合第一方面，本实施例提供的第五种可能的实现形式，所述的人工设定满抽面积S1在抽油机工作过程中不断调整和变化，变化方式为：

采用图形补全法计算，当示功图的平行四边形缺一个角，缺角后示功图的面积为现有产液量，将缺角补全后的示功图作为人工设定满抽面积S1。

结合第一方面，本实施例提供的第六种可能的实现形式，，所述间抽时长在抽油机工作过程中不断调整和变化，变化方式为：

抽油机开始抽油工作后，将第一个40冲次内的示功图面积平均值S2与人工设定满抽面积S1相比较；如果S2≥S1*85％，将间抽时长T减小△t，同时更新参数停抽时长为T-△t；如果S1*85％＞S2＞S1*50％，则保持参数停抽时长T不变；如果S2≤S1*50％，则将停抽时长T增大△t，同时更新停抽时长T+△t，其中，调整间抽时间间距△t根据电网尖峰平谷的划分，取整数1小时。

第二方面，本发明提供了一种用于油井液量匹配峰谷平用电优化控制装置，包括内部设备、外部设备，

所述内部设备包括通过数据总线连接的CPU组件、控制器及其运算器、存储器，I/O扩展接口、输入输出模块以及时钟模块；所述存储器用来存储相关月份用电尖、锋、平、谷时段信息及相关的控制程序，控制器通过执行上述的油井液量匹配峰谷平用电优化方法的相关控制程序；

所述外部设备包括编程器、计算机、输入设备、输出设备；所述输入设备包括按钮、位置开关、转换开关，主要用于采集相关数据信息；所述输出设备包括中间继电器、交流接触器以及语音声光报警器，主要用来输出相关控制动作，实现用电优化控制和安全防护。

结合第二方面，本实施例提供的第一种可能的实现形式，所述按钮包括启动按钮、停止按钮，其中所述停止按钮前加装两档转换开关，一档为手动，接通原电路，另一档为自动，接通本控制装置电路，实现双电路控制。

与现有技术相比，该油井液量匹配峰谷平用电优化方法及控制装置结合国家电网调峰政策以及目前老油田的产液量下降、系统效率和泵效低的情况，通过实时监控抽油机的平衡度和示功图面积，及时调整抽油机抽吸时间，从而达到降低生产成本的目的，同时具有语音声光报警、停机时平衡块定位、抽油机范围内红外监控意外停机和电闸+步进电机机械刹车等安全保护，具备广泛推广价值。

附图说明

图1为本发明提供的用于油井液量匹配峰谷平用电优化控制装置的电路结构示意图。

图2为用于油井液量匹配峰谷平用电优化控制装置外部接线原理图。

图3为用于油井液量匹配峰谷平用电优化控制装置现场改进电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

在本申请一个或多个实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请一个或多个实施例。在本申请一个或多个实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请一个或多个实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请一个或多个实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

本发明提供了一种油井液量匹配峰谷平用电优化方法，包括如下步骤：

步骤1：检测抽油机的平衡度，确保抽油机处于“平衡”状态；如果抽油机不平衡，远程提示，通过功图量油平台提示和通过手机APP提示该井管理人员，组织工作人员及时调整该井抽油机的平衡度，直至检测到抽油机到达“平衡”状态；

其中，所述抽油机平衡度的判断方法为：

计算抽油机的抽油杆上行期间平均有功功率P2与抽油杆下行平均有功功率P1的比值，即H＝P2/P1，此值在0.8～1之间为抽油机平衡合理，其中，P2和P1采用专用电路测得。

步骤2：采集示功图数据，分析示功图形状特征，确保抽油机处于“无故障状态”；如果有故障(故障一般为皮带断)，进行远程提示，通过手机APP提示该井管理人员，组织工作人员及时更换该井抽油机皮带，直至抽油机处于“无故障状态”；

步骤3：通过监测油井产液量判断抽油机是否需要间抽，如果需要间抽，进入下一步；

判断抽油机是否需要间抽的方法为：实际产量C

其中，油井产液量监测是通过示功图来实现的，抽油机产液量与示功图的面积呈比例关系，用示功图面积代替抽油机产液量，人工设定满抽面积为S1，实际计算得到的示功图面积S2；将上述判断油井是否需要间抽的条件映射到示功图上，可以表示为：当S2≥S1*85％时，24小时满抽；当S1*85％＞S2＞S1*50％，采用短时段间抽，当S2≤S1*50％时，采用长时间间抽；

需要说明的是，示功图是通过抽油杆上安装位移传感器和载荷传感器监测数据，绘制平行四边形得到，测量抽油杆下死点为起点，抽油杆上行时，载荷逐渐增加，绘制平行四边形的左边，上死点停留时间绘制平行四边形的上边，下行时绘制平行四边形的右边，下死点绘制平行四边形的下边。

当在它俩之间时，为了将第一个40冲次内的示功图面积平均值S2与满抽示功图面积S1相比较；如果S2≥S1*85％，将停抽时长T减小△t，同时更新参数停抽时长为T-△t；如果S1*85％＞S2＞S1*50％，则保持参数停抽时长T不变；如果S2≤S1*50％，则将停抽时长T增大△t，同时更新停抽时长T+△t，其中，调整间抽时间间距△t根据电网尖峰平谷的划分，取整数1小时。

步骤4：根据示功图计算间抽时长，识别当前运行日期和时刻，根据当前时刻及当日对应的用电峰谷时段信息，以天为单位，按照尖、锋、平、谷的优先级停抽顺序，以用电成本最低为目标制定停抽方案。

其中，所述间抽时长为固定时间n小时加上计算示功图面积S2与人工设定满抽面积S1的比值与24小时乘积的和，即T＝n+S2*24/S1，其中,n大于等于2，T采用四舍五入法，取整数；

需要说明的是，所述的人工设定满抽面积S1在抽油机工作过程中过程中不断调整和变化，变化方式为：由于不同冲程和冲次下，满抽示功图面积时不一样的，采用图形补全法计算，当示功图的平行四边形缺一个角，缺角后的示功图面积为现有产液量，将缺角补全后的示功图作为人工设定满抽面积S1。

所述间抽时长在抽油机工作过程中不断调整和变化，变化方式为：抽油机开始抽油工作后，将第一个40冲次内的示功图面积平均值S2与人工设定满抽面积S1相比较；如果S2≥S1*85％，将间抽时长T减小△t，同时更新参数停抽时长为T-△t；如果S1*85％＞S2＞S1*50％，则保持参数停抽时长T不变；如果S2≤S1*50％，则将停抽时长T增大△t，同时更新停抽时长T+△t，其中，调整间抽时间间距△t根据电网尖峰平谷的划分，取整数1小时。

需要注意的是，停抽时间以日为单位进行结算，在进行停抽操作时，停抽时间间隔不能连续大于4小时，以防止冬天油管线冻堵；停机时通过位置开关感应平衡块位置，使平衡块停止抽油杆上死点时的位置，保障启动抽油机时，电动机电流最小，同时防止抽油杆冬季蜡卡，停机指令发出前30秒启动语音声光报警，提示抽油机周围人员和动物“不要靠近，注意安全，抽油机即将启动”。

本发明同时提供了一种用于油井液量匹配峰谷平用电优化控制装置，如图1-3所示，包括内部设备和外部设备，

所述内部设备包括通过数据总线连接的CPU组件、控制器及其运算器、存储器，I/O扩展接口、输入输出模块以及时钟模块；所述存储器用来存储相关月份用电尖、锋、平、谷时段信息及相关的控制程序，控制器通过对相关控制程序的调用实现用电优化；所述I/O扩展接口包括扩展单元、通讯模块、功能模块；

所述外部设备包括编程器、计算机、输入设备、输出设备；所述输入设备包括按钮、位置开关、转换开关等，主要用于采集相关数据信息；所述输出设备包括中间继电器、交流接触器以及语音声光报警器等，主要用来输出相关控制动作，实现用电优化控制和安全防护。

图2为用于油井液量匹配峰谷平用电优化控制装置外部接线原理图，输入设备包括各种开关量，如位置开关常开触头、交流接触器的常开触头、启动按钮、停止按钮等；与控制装置的输入模块X相连，另一端与其公共端COM相连；保护继电器线圈一端与控制装置的输出模块相连，保护继电器线圈另一端与控制装置的24V电源负极相连，保护继电器常开触头的一端与220V交流电源相线相连，另一端与配电柜主交流继电器线圈——语音声光报警器等一端相连、语音声光报警器的另一端与220V交流电源零线相连。

图3为用于油井液量匹配峰谷平用电优化控制装置现场改进电路原理图。根据现场配电线路情况摸底，在原配电柜停止按钮前加装两档转换开关，一档为手动，接通原电路，另一档为自动，接通本控制装置电路，优势实现了双电路控制，任何一方出现故障都会有备用，保障电路控制灵活性。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请实施例，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本申请实施例所必须的。

表1为冀北电往峰谷平时段表，清楚记载了冀北电网在不同月份对应的低谷、平段、高峰、尖峰用电时段，其他电网用电情况由于地理位置差异可能会有所不同，在此，以表1内容为例进行说明，冀北电网根据用电峰谷时段将用电月份分为三组，分别为：1、11、12月为一组；2～5、9～10月为第二组；6～8月为第三组；在间抽过程中，以天为单位，当系统检测出油井符合间抽条件时，此时有可能就错过了一些低谷或者平价时段，因此，将油井间抽启动时间安排在符合间抽条件的第二天，若间抽时间段为6～8月份，停抽时长为3小时，则在符合间抽条件第二天的10～11时、17～18时和20～21时任意3个时间段进行停抽；若停抽时长为4个小时，停抽时间处上述3个尖峰时段之外，从高峰3个时段任选一个时段进行停抽。但需要注意的是，连续停抽时长不得超过4个小时。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上公开的本申请优选实施例只是用于帮助阐述本申请。可选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本申请实施例的内容，可作很多的修改和变化。本申请选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请实施例的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本申请。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

表1冀北电网峰谷平时段表