供液不足井间歇抽油控制器.pdf

一种可实现抽油机间歇抽油控制的供液不足井间歇抽油控制器。主要解决井底供液严重不足的抽油机井干抽、浪费电能的问题。其特征在于：所述控制器还包括载荷传感器、位置传感器，其中由载荷传感器输出的压力信号经过信号放大器、A/D转换器输入到所述微处理器信号输入端，由位置传感器输出的位置信号经A/D转换器输入到所述微处理器的信号输入端，由所述微处理器做出示功图，再由所述微处理器的数字信号输出端引出两个控制节点，分别作为抽油机起停控制电路、报警控制电路的控制信号。该种控制器能够根据井下供液充足情况而给出抽油机停机与起机指令，实现了间歇抽油的目的，从而避免了对抽油机井的干抽，具有可节约能源、降低生产成本的特点。

1、  一种供液不足井间歇抽油控制器，包括置于壳体内的微处理器以及配套的存储器、时钟电路、键盘、数码显示屏，其特征在于：所述控制器还包括载荷传感器、位置传感器，其中由载荷传感器输出的压力信号经过信号放大器、A/D转换器输入到所述微处理器的信号输入端，由位置传感器输出的位置信号经A/D转换器输入到所述微处理器的另一信号输入端，由所述微处理器的数字信号输出端引出两个控制节点，分别作为抽油机起停控制电路、报警控制电路的控制信号输出端。

2、  根据权利要求1所述的供液不足井间歇抽油控制器，其特征在于：所述位置传感器为角度传感器。

3、  根据权利要求1所述的供液不足井间歇抽油控制器，其特征在于：所述位置传感器为位移传感器。

4、  根据权利要求1所述的供液不足井间歇抽油控制器，其特征在于：所述位置传感器为霍尔开关。

供液不足井间歇抽油控制器
技术领域：
本实用新型涉及一种应用于抽油机控制领域中的装置，具体的说是涉及一种运用抽油机示功图原理实现抽油机间歇抽油控制的装置。
背景技术：
在油田采油领域中，对于井底供液不足的井，解决的办法首先是调整参数，但对于那些井底供液严重不足的井，经过调参后，仍然不能使抽油机满负荷工作。这时的抽油机工作制度一般分为两种：一种是白天开机运行，晚上停机，或者晚上开机运行白天关机；第二种是24小时连续开机运行。第一种工作制度无法保证在开机运行时段正好抽完环形空间的液量，而关机时间过长可能由于回压过高影响液面恢复，同时也使该井的产量受损。第二种工作制度使该井长期处在井底供液不足状态，不但空抽浪费电能，而且由于干抽影响机、泵、杆的寿命。简单的说，当井底严重供液不足的时候，如果抽油机仍然运行，柱塞和泵筒之间缺少必要的液体作为润滑剂，必然增大了摩擦系数，柱塞和泵筒的摩擦力加大，磨损加剧，间隙加大，检泵周期缩短。此外，当空抽和半空抽状态时，抽油机在下行程过程中，失去了液体的浮力作用，下行程的电机功率要比正常时候大，提高了电能的消耗。可以说，这类井底供液严重不足的抽油机井的干抽、浪费电能的问题已经成为目前油田上急需解决的技术问题。
实用新型内容：
为了解决井底供液严重不足的抽油机井的干抽、浪费电能的问题，本实用新型提供一种供液不足井间歇抽油控制器，该种供液不足井间歇抽油控制器能够判断出井下供液是否充足，当井下情况已经不再适合继续抽油时，控制器就自动停止抽油机，达到间歇抽油的目的，从而实现节约能源，降低生产成本的目的。
本实用新型的技术方案是：该种供液不足井间歇抽油控制器，包括置于壳体内的微处理器以及配套的存储器、时钟电路、键盘、数码显示屏，其特征在于：所述控制器还包括载荷传感器、位置传感器，其中由载荷传感器输出的压力信号经过信号放大器、A/D转换器输入到所述微处理器的信号输入端，由位置传感器输出的位置信号经A/D转换器输入到所述微处理器的另一信号输入端，由所述微处理器做出示功图，所述微处理器对载荷传感器压力信号和位置传感器位置信号进行运算、处理，绘制出以载荷压力为纵坐标，以位移行程为横坐标的变化曲线，即示功图，微处理器对示功图进行分析判断，找出控制点，示功图由RS232接口输出，与外部计算机或手操器通讯，再由所述微处理器的两个数字信号输出端引出两个控制节点，分别作为抽油机起停控制电路、报警控制电路的控制信号。所述微处理器可以采用AT89S51系列单片机，从而实现模糊控制。
本实用新型具有如下有益效果：采取上述方案后，控制器可以根据每一口井的不同井下条件，在抽油机运行时，随时作出供液充足或不足的示功图，同时与记忆的两种功图进行比较，判断出目前井下液面的情况，一旦控制器连续三个周期画出的示功图与已存储的无功功图接近时，控制器就发出抽油机停机信号，从而达到间歇抽油的目的，可以节约能源、降低生产成本。
附图说明：
图1是本实用新型的组成示意图。
图2是本实用新型中载荷传感器的结构剖视图。
图3是本实用新型中载荷传感器的测量部分的电气原理图。
图4是本实用新型实施例1中角度传感变送器的结构剖视图。
图5是本实用新型实施例1中角度传感变送器的电气原理图。
图6是本实用新型中微处理器的程序流程图。
图7是本实用新型实施例2中位移传感器结构剖视图。
图8是本实用新型实施例2中位移传感器电气原理图。
图9是本实用新型实施例3中霍尔开关结构剖视图。
图10是本实用新型实施例3中霍尔开关电气原理图。
图中1-载荷体，2-输入、输出插座，3-电阻应变片，4-外壳，5-橡胶密封垫，6-外壳，7-固定槽孔，8-航空插座，9-尼龙线，10-自动收线盒，11-外壳，12-收线安条盒，13-多圈电位器，14-接线插座，15-引线，16-霍尔开关敏感区，17-固定螺孔。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
由图1所示，该种供液不足井间歇抽油控制器，包括置于壳体内的微处理器以及配套的存储器、时钟电路、键盘、数码显示屏以及载荷传感器、位置传感器，其中由载荷传感器输出的压力信号经过信号放大器、A/D转换器输入到所述微处理器的数字信号端，由位置传感器输出的位置信号经A/D转换器输入到所述微处理器的另一信号输入端，由所述微处理器的两个数字信号输出端引出两个控制节点，分别作为抽油机起停控制电路、报警控制电路的控制信号输出端。
载荷传感器的结构剖视图如图2所示，在使用时，载荷传感器套在抽油杆上，直接周定在悬绳器的上、下夹板之间。下夹板由悬绳器来带动，光杆直接固定上夹板上。悬绳器向上的作用力与光杆的向下的反作用力直接作用在载荷传感器上下两端的弹性体上，电阻应变片贴在弹性体的不同位置，组成测量桥路，测量桥路的电气原理图如图3所示，将作用在载荷传感器上的力转变为弹性体的变形，进而导致应变片电阻值的变化，加上外部电源的供电最终将光杆载荷的变化转变成电信号。载荷传感器受力的大小跟随井底柱塞泵负荷的变化，柱塞泵的负荷变化主要取决与井下液量的多少，所以作用在载荷传感器上的压力可以直接反映井下液量。
位置传感器的选择，可以根据情况确定不同的类型。
实施例1，选择角度传感变送器，其机械结构剖视图如图4所示，角度传感变送器主要由倾角传感器和变送器组成，图5是它的电气原理图，倾角传感器由磁敏电阻和磁性材料组成，传感器角度的变化导致磁敏电阻的阻值发生变化，加上外部供电最终将传感器角度变化转换成电信号。倾角传感器安装在抽油机转动轴上方游梁的摆动轴心，当抽油机工作时，游梁以中轴为中心上下摆动，带动抽油机光杆运动的同时使倾角传感器产生角度变化。因为抽油机游梁角度的变化与抽油杆的行程成比例，所以倾角位移传感器角度的变化能够反映抽油杆的实际行程。
实施例2，选择位移传感器。其机械结构剖视图、电气原理图分别如图七、图八所示，主要由多圈电位器和自动收线盒组成，收线盒内的尼龙线绳拉出和收入直接改变电位器电阻值的变化，电阻值的变化与尼龙绳拉出的长度成比例。将位移传感器固定在载荷传感器上，尼龙绳引出端挂在抽油机井口某一固定点上，当抽油机抽油杆上下运动时，固定在载荷传感器上的位移传感器与抽油杆上下同步运动，尼龙线绳被相应拉出和收入，电位器电阻值做相应变化，将变化的电阻值信号输入到微处理器内，即可完成抽油杆行程的测量。
实施例3，选择霍尔开关，即霍尔式磁接近开关。其机械结构剖视图、电气原理图分别如图九、图十所示，主要由霍尔效应元件和放大整形半导体器件组成。霍尔式磁接近开关是以永磁体作为触发媒介的无触点电子开关，它通过霍尔效应元件接受磁力线的信号，经过放大整形变为电开关信号输出给处理器。霍尔开关的原理如下：
在匀速运动抽油过程中抽油杆上下往复运动一次的时间变化与抽油杆行程变化是成比例的，所以测出每次抽油杆上、下往复运动的时间对应不同时间的行程也就确定了。将霍尔式接近开关安装在抽油机底座的钢架上，永磁体安装在抽油机曲柄的一端。当抽油杆上下往复运动一次，在曲柄转动过程中曲柄上固定的永磁体与钢架上的霍尔式磁接近开关相遇两次，接近开关分别发出两个电脉冲信号，第一个脉冲信号输出给处理器，开始记时，第二个脉冲信号输出给处理器，停止记对，处理器对时间进行转换，变成相应的行程值。
在实现本方案时，载荷传感器可以选用北京金山科技有限公司生产的G-300型传感器，角度传感变送器可以选用北京通磁伟业传感技术有限公司生产的产品。
此外，为实现模糊控制，所述微处理器采用AT89S51系列单片机。
单片机内部的程序流程图如图6所示，由单片机采集抽油机抽油过程中的载荷信号和位置信号，画出示功图，根据示功图判断井底供液情况，决定抽油机的启停。
控制器在发出启动抽油机信号的同时就读取载荷及位置传感器数据，先判断是否到一个周期，如果不到一个周期继续读取载荷及位置传感器数据。如果到一个周期判断是否在学习状态，如果在学习状态控制器记忆当前功图，即供液充足或供液不足的功图，人为设定关键点。如果不在学习状态那么控制器存储功图并判断是否到关键点，如果不到关键点继续读取数据，控制器自动更新上次的功图，控制器内的功图可被手操器或计算机读取。如果到关键点就与控制器内已经记忆的供液充足及供液不足功图进行比较，如果偏离供液充足功图80％或供液不足功图20％，那么控制器给出停机信号，同时记录该阶段相关参数并与初始设定参数比较更改必要参数，否则继续判断。停机时间段第一次由人为设定，经过设定的停机时间后控制器自动给出启动抽油机信号，继续判断，同上。
控制器可根据井底供液状况，调整抽油机的实际运行时间段和停机时间段，以避免启机次数多而运行时间短的工况。在本例中由位置传感器返回到控制器的电信号被直接进行A/D转换，然后经AT89S51单片机处理，作为示功图的横坐标。由载荷传感器返回的电信号先被信号放大器放大，然后经过A/D转换器转换，再经过AT89S51单片机处理作为示功图的纵坐标。
信号经过AT89S51单片机处理做出示功图，单片机通过RS232通讯接口连接到外部计算机或手操器，又计算机或手操器根据抽油机井不同的示功图设置不同的关键点到AT89S51，由AT89S51根据关键点判断抽油机目前工作状态，以此来判断抽油机起停。
让抽油机以“间歇启停”的工作方式代替了原来的“连续”运行。经应用证明，有些井节约电能达50％以上，平均节约电能40％以上，同时延长作业周期和检泵周期。对于那些由人为控制起停的间歇井，由于原工作制度不合理，安装上间歇控制器后产量会有所提升。以大庆油田北一区331-37井和331-34井为例：表一为安装本实用新型前的生产状况：