游梁式抽油機運行狀態監測系統及監測方法與流程

本發明涉及一種監測系統，尤其是一種游梁式抽油機運行狀態監測系統及監測方法。

背景技術：

在石油生產領域，各項排采工藝的制定是依靠石油油井的各項具體數據指標和其變化趨勢而制定的。油井數據可分為井口數據和井下數據。井口數據主要有：極值電流、套壓、流量與示功圖。井下數據主要有：1)井底流壓；2)泵填充率(充滿度)；3)動液面等。

在當前的生產過程中，無論是井口數據，還是井下數據都是通過各種物理儀器、儀表直接測量而獲得。而且，個別數據尚無法直接測得(如泵填充率)，而是從示功圖分析獲得。另外，目前抽油機數據的獲得，多數情況下是以人工的現場操作為主要方式。這種以人工操作、儀器儀表直接測量的方式存在有主要問題：

1、測量密度很低，一般是一天、數天、乃至數周測量一次油井數據，數據的獲得實時性較差；

2、測量工作多為戶外分散作業點，測量工作的資源消耗很大、勞動強度很大；

3、當前使用的儀器儀表存在或者不能高頻度使用(如超聲波液位儀不適合連續測量操作)，或者使用壽命較短的問題(如井底壓力計)，對抽油機井的數據的獲得形成制約。特別是，對于數字化油田生產管理系統所需要的抽油機井數據的連續、密集地采樣要求，現行的數據采集手段完全不能滿足要求。

技術實現要素：

針對上述問題中存在的不足之處，本發明提供一種僅通過對抽油機及電機的運行數據進行連續采樣所獲得的運行曲線進行分析，便可給出抽油機的各項運行工況數據、以及連續數據宏的游梁式抽油機運行狀態監測系統及監測方法。

為實現上述目的，本發明提供一種游梁式抽油機運行狀態監測系統，包括：相連接的霍爾傳感器、接近傳感器、旋轉編碼器、采樣電路組件、信號 轉換裝置、單片機與人機交互界面；

所述接近傳感器用于識別抽油機運行中上下極限位置；

所述旋轉編碼器用于識別電機的旋轉速度和實時角度位置；

所述霍爾傳感器用于檢測電機的電壓和電流；

所述采樣電路組件對采集到的抽油機中電機電壓和電流幅值及相位、接近傳感器布爾量信號和旋轉編碼器脈沖信號并按組加以存儲，以形成抽油機運行狀態的原始數據流；

所述信號轉換裝置用于對原始數據流中的各種原始運動狀態信號進行轉換；

所述單片機用于對轉換后的原始信號進行數字化和數組化處理及保存、對抽油機原始數據數組進行分析、對經分析以獲得的數組進行分類；

所述人機交互界面用于將抽油機運行的數據顯示在人機交互界面上。

上述的游梁式抽油機運行狀態監測系統，其中，所述采樣電路組件包括電流、電壓傳感器、脈沖顯示模塊與相位計量編碼器。

上述的游梁式抽油機運行狀態監測系統，其中，所述霍爾傳感器的輸入端與抽油機的電機電纜相連接；接近傳感器安裝在抽油機游梁支點的兩邊；旋轉編碼器與抽油機電機同軸安裝；霍爾傳感器、接近傳感器和旋轉編碼器的輸出端與采樣電路組件相連。

本發明還提供一種游梁式抽油機運出行狀態監測方法，包括以下步驟：

步驟1、采集抽油機中電機電壓和電流幅值及相位、接近傳感器布爾量信號和旋轉編碼器脈沖信號并按組加以存儲，形成抽油機運行狀態的原始數據流；

步驟2、對所輸入的原始數據流中各種原始運動狀態信號進行轉換，并進行傳輸；

步驟3、對轉換后的原始信號進行數字化和數組化處理及保存、對抽油機原始數據數組進行分析、對經分析以獲得的數組進行分類；

步驟4、將抽油機運行的數據顯示在人機交互界面上。

上述的監測方法，其中，在步驟1中，采樣電路組件每隔1毫秒采集一次由霍爾傳感器輸入的電機的電壓和電流、旋轉編碼器的脈沖信號以及抽油機的接近傳感器的狀態數據。。

上述的監測方法，其中，在步驟3中，包括以下操作步驟：

當記滿一個沖次的數據后，對連續觀測獲得的抽油機一個沖次的電機數據進行濾波、去除偽數據及干擾數據后，便獲得一組與抽油機運行狀態相對應的實效數組；

對該數據組進行分解，去除配重系統的貢獻、皮帶及減速機系統的效率損失、桿泵系統及摩擦損失后，對數據組的變化趨勢、幅度、極性進行定向性分析計算(包括與抽油機的理論數據的對比)，便獲得抽油機的極值電流、井底(泵吸入口)流壓、泵填充率(充滿度)、動態泵效、以及折算出動液面深度的實用數據。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

本發明僅通過對抽油機及電機的運行數據(電壓、電流)進行連續采樣所獲得的運行曲線進行分析，在監測過程中不需要安裝任何專用的測量器具便可給出抽油機的各項運行工況數據(極值電流、井底流壓、泵沉沒度、泵充滿度)、以及抽油機及油井性能的連續數據宏。

另外，本發明實現了完全自動化地密集采集抽油機生產所需的各項參考數據，消除了現行測量過程的復雜性，彌補了既有測量手段不能直接給出的部分數據(填充率)的缺失，大幅度減少了以往油井數據采集所消耗的資源。

本發明為抽油機運行數據的間接測量裝置。這種以連續測量而獲得的電機運行數據為基礎、數據處理判斷為手段來獲得抽油機運行工況各項數據的方法具有明確的先進性和獨創性，是實現油田數字化管理的重要基礎。

附圖說明

圖1為本發明中監測系統的結構框圖，標記說明如下：

1-霍爾傳感器；2-采樣電路組件；3-信號轉換裝置；4-單片機；5-人機交互界面；6-接近傳感器；7-旋轉編碼器

圖2為本發明中監測方法的流程圖。

圖3為本是發明中監測系統的位置結構圖，說明如下：

上極限位支架1及上極限位接近傳感器2、下極限位支架3及下極限位接近傳感器4安裝在抽油機游梁支點的兩側，旋轉編碼器5與電機同軸安裝，主控箱體6內置有霍爾傳感器、采樣電路組件、信號轉換裝置、單片機和人機界面等。

圖4為本發明固定、調整接近傳感器的結構圖，標記說明如下：

接近傳感器1固定在橫向支架3的矩形槽孔內，螺栓2用于連接橫向支架3和縱向支架4，借助縱向支架的矩形槽孔和橫向支架的弧形槽孔，兩個支架在平面內的相對位置可以自由調整。

具體實施方式

如圖1所示，本發明包括相連接的霍爾傳感器1、采樣電路組件2、信號轉換裝置3、單片機4與人機交互界面5，以及接近傳感器6和旋轉編碼器7。。

其中，霍爾傳感器的輸入端與抽油機的電機電纜相連接；接近傳感器安裝在抽油機游梁支點的兩邊；編碼器與電機同軸安裝。

采樣電路組件對采集到的接近傳感器的布爾量信號、旋轉編碼器的脈沖信號和抽油機中電機的電壓與電流幅值及相位狀態并按組加以存儲，以形成抽油機運行狀態的原始數據流。采樣電路組件包括電流、電壓傳感器、脈沖顯示模塊與相位計量編碼器。

信號轉換裝置用于對原始數據流中的各種原始運動狀態信號進行轉換。

單片機用于對轉換后的原始信號進行數字化和數組化處理及保存、對抽油機原始數據數組進行分析、對經分析以獲得的數組進行分類。其中，在對抽油機原始數據數組進行分析時，甄別真偽數據，分揀出有效數據并加以對比判別，以獲得與抽油機運動狀態相關的關鍵數據。

對經分析以獲得的數組進行分類，以便得以按照生產管理規則、習慣進行顯示或傳輸。

人機交互界面用于將抽油機運行的數據顯示在人機交互界面上，另外，還可以傳輸到遠端的管理平臺上。

如圖2所示，本發明還提供一種游梁式抽油機運行狀態監測方法，包括以下步驟：

步驟1、采樣電路組件采集抽油機中電機的電壓、電流和相位狀態并按組加以存儲，形成抽油機運行狀態的原始數據流。

其中，采樣電路組件每隔1毫秒采集一次由霍爾傳感器輸入的電機的電壓和電流、接近傳感器的布爾狀態量、以及旋轉編碼器的脈沖數據。。

采樣電路組件包括電流、電壓傳感器、脈沖顯示模塊與相位計量編碼器。

步驟2、信號轉換裝置對所輸入的原始數據流中各種原始運動狀態信號進行轉換，并進行傳輸。

步驟3、單片機對轉換后的原始信號進行數字化和數組化處理及保存、對抽油機原始數據數組進行分析、對經分析以獲得的數組進行分類。

其中，在對抽油機原始數據數組進行分析時，甄別真偽數據，分揀出有效數據并加以對比判別，以獲得與抽油機運動狀態相關的關鍵數據。

對經分析以獲得的數組進行分類，以便得以按照生產管理規則、習慣進行顯示或傳輸。

其中，在步驟3中，包括以下操作步驟：

當記滿一個沖次的數據后，對連續觀測獲得的抽油機一個沖次的電機數據進行濾波、去除偽數據及干擾數據后，便獲得一組與抽油機運行狀態相對應的實效數組；

對該數據組進行分解，去除配重系統的貢獻、皮帶及減速機系統的效率損失、桿泵系統及摩擦損失后，對數據組的變化趨勢、幅度、極性進行定向性分析計算(包括與抽油機的理論數據的對比)，便獲得抽油機的極值電流、井底(泵吸入口)流壓、泵填充率(充滿度)、動態泵效、以及折算出動液面深度的實用數據。

步驟4、將抽油機運行的數據顯示在人機交互界面上。

其中，將抽油機運行的數據顯示在人機交互界面上，另外，還可以傳輸到遠端的管理平臺上。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，對發明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業技術人員理解，在發明權利要求所限定的精神和范圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發明的保護范圍內。