基于物联网的油井智能间抽控制系统

基于物联网的油井智能间抽控制系统

焦成龙

延长油田股份有限公司七里村采油厂 陕西省延安市 717111

摘要：随着经济和化工行业的快速发展，我国信息技术发展也十分快速。抽油机井机采效率泛指将地下油层液体抽取到地面制定位置的运转过程中，有效做功能量与抽油机井机采系统输入能量的比值，其可直接反映抽油机井机采系统运转状态及石油企业生产能力、管理能力等，同样也是石油企业提升石油产能及企业效益的重点优化方向。抽油机井机采效率不仅是综合性评价指标，其还受抽油机井机采系统自身因素、环境因素等多方面的制约影响，因此石油生产企业将抽油机井机采效率的优化提升，细化至油井生产日常管理中，通过系统参数优化、强化生产管理等方式，最大限度的提升抽油机井机采效率。进而推动石油企业的生产能力、盈利能力及管理能力的持续性提升。

关键词：智慧油田；物联网；间抽；4G；智能控制

引言

合理的间歇采油控制和数据传输方式对于降低低渗油田的开采成本、提高抽油机效率和油井产量具有重要意义。针对低渗超低渗油井智慧油田建设，实现了对抽油机工作状态的实时采集、可靠传输、智能控制和动态监测，对智慧油田的建设具有重要的应用价值。特别是对于当前出现的有杆泵抽油机成绩不佳的情况进行研究，找到问题的根源所在，并提出具有针对性的措施逐一解决，将工作成本降到最低的同时将工期尽可能地缩短，实现工程项目的利益最大化。

1基于物联网的智能间抽双闭环控制系统原理

外环控制抽油机启停，内环控制抽油机工作频率，进而控制采油速度。动液面监测仪实时监测油井动液面，并根据给定沉没度，结合预置的抽油机启停控制算法，得到启动或者停止抽油机的指令，使得抽油机在给定沉没度附近的某个误差范围内工作，形成外环闭环。示功图采集模块实时采集抽油杆的功图，并根据给定功图，采用传统的PID控制算法控制抽油机工作频率，从而根据当前出油快慢控制抽油机冲次，进而控制抽油速度，形成内环闭环。

2抽油机系统效率影响因素分析

2.1油井沉没度偏低

调查现场后发现，被调查的场地中存在的机采井沉没度深度差别程度不明显，其中大多数深度在200m左右，整体数据在此周围进行幅度较小的波动。整理数据后，我们将不同深度的深度进行分类，其中分类的标准一方面是机采深度，另一方面是产液量。对于小于100m的数据，可以将其归类为是低效率类型，其产液量情况也相应存在一定的不足。相反的当数据超过100m时，我们可以将其认定为是效率相对较高的一部分，产液量也稳定在一个较好的水平。通常情况下理想的沉没深度在200一300m，若严重超过300m，则机器在运作时将会承受较大的压力，容易出现较大的损耗；若严重低于200m，就容易出现效率低下的问题。

2.2抽油泵泵效因素

抽油机井机采效率受抽油泵泵效的制约影响较为明显。抽油机井机采作业时，大多处于热采井运转状态，因此机采的产液量及其温度都处于动态变化中，这就导致原油粘度也随着温度变化而变化，进而影响抽油泵充满程度的稳定性，致使抽油泵泵效不断发生变化，对抽油机井机采效率产生直接影响。在稠油井机采作业过程中，机采产油温度随着生产周期的推进出现下降趋势，而井采原油粘度却呈现上升趋势，在该过程中，抽油泵泵效及机采作业效率都处于下降趋势，而且二者之间的下降幅度呈正比状态。例如，抽油泵泵效每下降5%到10%，机采效率也会随之下降1%~2%。此外，抽油井中抽油杆构件在作业运转过程中也存在因与油管摩擦而导致功率消耗损失的情况，而且油井斜度、冲程等都会对中抽油杆滑动功率造成直接影响，一旦滑动损功率损失过大时，机采效率也会出现大幅度降低效用。

3基于物联网的智能间抽控制系统构成

3.1间抽监控平台硬件设计

间抽监控平台硬件部分主要包括服务器、显示屏、键盘、鼠标等。服务器选用DELL的PoweredgeR740架式服务器，利用独有的动液面计算模型、功图计算模型、间抽采油控制模型、大数据模型等，对接收的远程井口数据进行解析、计算，得到抽油机启停和工作频率，并对数据进行封包、加密，传输给智能控制器。另外，服务器还将计算结果存入SQLServer数据库，以供用户或者工作人员通过PC管理平台以网页的形式查看数据与波形，设置参数等。

3.2优化抽油机井机采系统

提高抽油机井机采效率须优化抽油机井机采系统，根据抽油机井实际运行条件及井采要求设置相匹配的电机，确保电机负载率可达到最佳负载率。例如，抽油机井电机负载率低于25%时，须及时更换容量更小的永磁同步电机。抽油机井机采系统尽可能的应用新型高效电机，这样可以有效降低电机内部构件损耗程度及其轴功率波动，相应的提高电机效率及运转稳定性，同样利于保持抽油机运转平衡。抽油机井机采可应用皮带或双驴头抽油机等高能高效设备，以此提升抽油机井机采系统地面设备的运转效率，同时还应对注重加强抽油机井机采设备的维护保养，保障抽油机井机采系统以最佳状态开展井采作业。石油企业应尤为注重供液不足的油井产能提升工作，可在保障其产能的前提下，通过降低生产参数、加深泵挂等措施，最大限度提高泵效及抽油机井机采效率。

3.3抽油机变频调速器变频调速工艺

变频调速器能够控制连接机器的运行速度，其基本原理是：利用半导体材料的零件与电源相连，期间不断进行连通与断开的重复过程，改变传输的电力大小与频率，从而达到改变电能频率的效果，进而控制机器的运转情况。该机器的构成大致可分为整体、中间直流等四部分，应用后能够提高机器的灵活度，依据现场实际情况进行适当的整改，且操作流程简单，难度低，不容易出现人为失误，能够对于成本的消耗起到一定的缓冲作用，节省不必要的浪费，并提高机器的工作效率，做到机器的灵活运作。

3.4软件设计

该智能化抽油节能测控装置的软件设计主要包括：①主程序设计，完成系统初始化，调用各子程序；②读取并处理抽油机驱动电机的电气参数，测量并计算抽油机驱动电机工作时的电流、电压、有功功率等参数；③间抽控制程序和间抽时间修正子程序判断电流信号和有功功率信号特征是否出现，并根据自适应修正算法修正间抽时间，从而确定最佳间抽时间，最终输出控制信号给电机；④抽油机电机保护程序，完成启动保护、速断保护、过流保护、过高或过低电压保护等功能。通过开启初始化程序和封面显示程序进入主界面，通过调用电气参数读取和处理子程序实现对抽油机驱动电机电气参数的采集和处理功能，之后遥控信号和遥信控制处理程序实现开关量的采集和控制输出，空抽时发出抽油机控制信号，故障时发出报警信号。

结语

石油企业应根据抽油机井实际运行条件及井采要求设置相匹配的电机，强化抽油机井机采现场的管理工作提升抽油机井机采作业的规范性，注重井下作业管理持续性保障抽油泵具有充足的供液能力，科学合理的调整生产参数保持抽油机井机采系统的良好运转状态，实现优化抽油机井机采效率的理想化提升。基于物联网的油井智能间抽控制系统采用动液面闭环和抽油机泵效闭环的双闭环控制系统，利用4G作为传输方式，该系统经济可行，运行可靠，节能效果良好，较好地解决了传统抽油机系统泵效低、数据传输距离短等问题，对油田持续稳产和发展具有现实意义。

参考文献

[1]冯垚，杨继忠，廖建春.我国数字化抽油机的发展与应用现状[J].化工管理，2020，27（29）：9-10.

[2]马述俭，于胜存，高长乐.数字化抽油机的研制与应用[J].石油矿场机械，2018，42（11）：97-100.

[3]张朝阳，王艳.长庆油田数字化的建设实践[J].油气田地面工程，2020，33（2）：3-5.