[發明專利]一種調節自動化采油系統游梁式抽油機沖次的方法

有效

• 申請號: 201310429219.9
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103823424A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 楊普;趙宏宇;陳仕杰;白鷺;崔民禮;王科武;肖創柏
• 申請（專利權）人: 大連仲德能源與環保科技有限公司;北京工業大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 樓艮基

1.一種調節自動化采油系統中游梁式抽油機沖次的方法，其特征在于是在采油系統的游梁式抽油機沖次閉環調節子系統中一次按一下步驟實現的：

步驟1：構造一個采油系統的游梁式抽油機沖次閉環調節子系統，包括：計算機、傳感器、變頻器、抽油機、無線收發系統和上位機，其中

傳感器包括：油桿位移傳感器、油桿載荷傳感器、井口溫度傳感器、油井動液面傳感器、套壓傳感器和油壓傳感器，所述各種傳感器的輸出端信號經A/D轉接器分別輸入到所述計算機的對應數據的輸入端。

變頻器：變頻器信號輸入端與所述計算機的RS-485串行接口輸出端相連，

抽油機：頻率信號輸入端與所述變頻器的可變頻率信號輸出端相連，

無線收發系統：由通過通用無線分組業務GPRS機無線連接的無線接收裝置和無線發送裝置構成，所述無線接收裝置輸入端與所述計算機的串行接口RS-232相連，接收包括油桿的沖次數據在內的測量數據經無線發送器GPRS系統，所述無線發送裝置接收端來自所述GPRS系統傳輸的測量數據后輸入所述上位機中，

步驟2：計算機初始化，設置一下抽吸參數及計算公式：

a)：抽油泵的抽吸理論效率η的計算公式：

η=η₁·η₂·η₃·η₄·η₅，其中

η₁：游離氣影響時的抽吸效率，估計值，下同，

η₂：余隙中氣體膨脹減少活塞有效行程時的抽吸效率，

η₃：油管及抽油桿彈性伸縮產生沖程損失時的抽吸效率，

η₄：溶解氣影響時的抽吸效率，

η₅：泵筒、凡爾漏失影響時的抽吸效率，設定值，

在沉沒壓力P_h穩定時，P_h＝P₁-0.00965·(h₁-L)，P₁，h₁定義見后面，

η₁＝1/[1+(1-f_w)(R-R_g)·B_g]，其中

B_g味沉沒壓力下的氣體體積系數，B_g＝0.000386(ZT/p_h)，

Z：氣體壓縮系數，Pa-1，取0.94，

T：吸入口溫度，K，

Ph：沉沒壓力，MPa，已知值，

R：原始油氣比，米3/噸，取33，

Rg：吸入口壓力下溶解油氣比，m3/t，

R_g＝2.71·(P₁-(0.00965·(h₁-L)))，

f_w：含水率，

η₂＝[S-S₁(1-f_w)(R-R_g)·B_g]/S，其中：

S：光桿沖程長度，m，

S1：余隙長度，m，取0.5，

η₃＝(S-λ)/S，其中：

λ：為沖程損失長度，λ=(ρgL×10-6-ph)·L·fpE(1fr+1ft)m]]>

ρ：液體密度，kg/m3，取980，

g：重力加速度，cm/S2，

L：下泵深度，m，

E：鋼材彈性模量，N/cm3，取206000，

f_p：抽油泵活塞截面積，cm2

,D為泵柱塞直徑，已知值，

f_r:抽油桿柱按長度加權的平均截面積，cm2，

f_t：油管柱金屬部分按長度的加權平均截面積，cm2，

1fr+1ft=0.22,]]>

η₄＝f_w+(1-f_w)/B₀，其中：

B0：沉沒壓力下原油體積系數，小數，取值0.998，

η₅取0.96，

b)：實際抽吸效率η′計算公式：

η′=C·4·1063.14·d2·S·γ·ΔW·60·100]]>其中：

C：日產液量，噸/日，

d:泵徑，即抽油泵泵筒的內徑，mm，

γ：沖次，即每分鐘抽油桿往返次數，n/min，

ΔW：生產周期內的采樣間隔，單位是天數，

c)：流壓P₁的計算公式：

P₁＝P₂+(h₁-h₂)·980·9.8·10^-6，

P1：流壓，MPa，

P2：套管壓力MPa，

h1：油層中深，即油層頂界與底界的中深，m，

h2：動液面高度，m，

在所述計算機中還設定上一個生產周期中的下述抽吸參數的極限值最大流壓P_1max，最低流壓P_wmin，最低含水率f_wmin，最高含水率f_wmax，最低井口溫度即最低吸入口溫度Tmin，最高井口溫度即最高吸入口溫度Tmax，最小下泵深度Lmin，最大下泵深度Lmax，

步驟3：計算機按所述上述生產周期的各抽吸參數實際值繪制本生產周期的抽油機井抽吸參數的初始動態控制圖：

抽吸參數動態控制圖按不同的抽吸效率-流壓曲線把抽油機井動態地制定為處于合理、偏大、偏小、斷脫漏失和待落實五種狀態，按初始設定的動態控制圖中五個對應的包括合理區、偏大區、偏小區、斷脫漏失區和待落實區在內的狀態區域進行判別和調整，其中：

合理區：抽油機井動態控制圖中，抽油機供油采油關系協調，抽吸參數匹配合理，符合開采要求的抽油井所處的狀態，

參數偏大區：所述抽油機井處于供液不足或氣體影響，處于流壓低、抽吸低的狀態，應予以油層改造，

參數偏小區：所述抽油機井處于正常或連抽帶噴的狀態。有調整挖潛的余地，

斷脫漏失區：所述抽油機井中流壓高，抽吸低，處于斷脫、漏油狀態應克服井下存在的問題后，使其恢復工作，

待落實區：所述抽油機井抽吸效率高但流壓低，處于非正常運行狀態，應查清問題后，進入合理狀態，

計算機依次按以下步驟繪制本生產周期初始的抽吸參數動態控制圖：

步驟3.1：給定流壓P1=0、最大含水率f_wmax，最高井口溫度T_max，光桿沖程長度S，泵徑d，最大下泵深度Lmax和油層中深h1，同時給定：原石油氣比R，沉沒壓力Ph下氣體體積系數B0，余隙長度S1，液體ρ，鋼材彈性模量E，抽油油泵活塞截面積f_p和計算抽吸參數合理區的抽吸效率下限值，此合理區的抽吸效率下限值，以最小含水率f_wmin，最低井口溫度T_min，最小下泵深度Lmin以及上述其他參數為條件，獲得一個流壓值Pn，當流壓P1從最小值到值Pn之間抽吸效率不變，形成條合理區抽吸效率下限曲線A，作為參數偏大區與合理區的分割線，

步驟3.2：伴隨著流壓P1的上升按最大含水率f_wmax，最高井口溫度T_max，光桿沖程長度S，泵徑d，最大下泵深度Lmax和油層中深h1以及步驟3.1中同時給定的其他參數值，計算合理值的流壓-抽吸效率上限曲線B，作為參數待落實區與合理區的分割線，越過此線抽油機井狀態待落實，

步驟3.3：按所述最小含水率f_wmin，最低井口溫度T_min，光桿沖程長度S，泵徑d，最小下泵深度Lmin和油層中深h1以及步驟3.1中同時給定的其他參數值，再按套管壓力P2和動液面高度h2計算合理值的流壓-抽吸效率下限曲線C，作為斷脫漏失區與合理區的分割線，流壓高于此限，抽油機井處于斷脫漏失狀態，

步驟3.4：實際抽吸效率隨著閉環控制效果的逐步增加，按所述最大流壓P1max，最小含水率f_wmin，最低井口溫度T_min，泵徑d，最小下泵深度Lmin以及油層中深h1，計算最低自噴流壓界限線D，同時，得到所述最低自噴流壓界限線與所述合理區流壓-抽吸效率上限曲線的交點，是一個反映合理區最高抽吸效率的交點，同時得到了所述最低自噴流壓界限線與所述合理區流壓-抽吸效率下限曲線的交點，反映了所述最大流壓P1max下的最低抽吸效率，即使流壓P1再增加，抽吸效率不變，形成一條斷脫漏失線E，作為斷脫漏失區與參數偏小區的分割線，

步驟3.5：所述合理區流壓-抽吸效率下限曲線A與所述抽吸效率的下限曲線C的交點形成了一條反映供液能力界限的等流壓線F，作為參數偏大區與斷脫漏失區的分割線，反映抽吸參數偏大時抽吸效率不超過合理區的抽吸效率下限值，

步驟4：系統在本生產周期中依次按一下步驟對游梁式抽油機的沖次進行調節：

步驟4.1：計算機采集當前的動液面值，當前沖次值N，光桿沖程長度S，泵徑d和當前生產周期W，計算出當前實際的抽吸效率η′，同時按當前套壓P2，油井中深h1和動液面高度h2，計算當前流壓P1，同時還要計算抽吸效率的估計值，

步驟4.2：判斷抽油機井的當前狀態：

若：位于合理區，則保持現狀，

若：位于參數偏小區，或斷脫漏失區，或待落實區，則報警，

若：位于參數偏大區，則按步驟4.3調節抽油機沖次，

步驟4.3：按以下步驟使用模糊控制算法求出需要調節抽油機頻率的增量，

步驟4.3.1：設定論域的模糊子集：負大NB、負中NM、負小NS、零ZO、正小PS、正中PM、正大PB，論域范圍{-6,6}，調整步長B，單位為抽油機頻率，

模糊控制規則表，輸入量是估計的抽吸效率與實際抽吸效率的誤差e和相隔兩個采樣間隔ΔW的變化率ec，模糊規則表的的列為誤差NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB，從左到右排列，模糊規則表的元素增量式V1，第一行用{6,5,4,3,2,1,0}從上到下下，逐行遞減1，

步驟4.3.2：在按輸入的e和ec得到一個遞增量值V1后，計算機向變頻器輸出一個實際的抽油機頻率的增量V1·B，

步驟4.3.3：返回步驟4.3.1直到實際抽吸效率η′和實際流壓P1，回到合理區為止。