抽油机井动液面跟踪与工况在线控制

1、抽油机井动液面跟踪抽油机井动液面跟踪 与工况在线控制与工况在线控制 华北石油浩普科技有限公司华北石油浩普科技有限公司 2010.42010.4 前言 一、示功图计算动液面机理 二、目前油田抽油机井自动化状况 三、控制系统技术简介 四、应用情况 五、效果分析 六、应用前景 汇 报 内 容 前言 大港油田早在几年前开拓出油田开发的大港油田早在几年前开拓出油田开发的 优化简化新模式，以高瞻的眼光、先进的技优化简化新模式，以高瞻的眼光、先进的技 术应用，为油田树起了先进的术应用，为油田树起了先进的“港西模式港西模式”， 走在了其它油田发展的前列。其中示功图计走在了其它油田发展的前列。其中示功图计 算产

2、液量技术，使得油井生产实时数据进行算产液量技术，使得油井生产实时数据进行 在线跟踪、油井生产状况快速掌握，为有效在线跟踪、油井生产状况快速掌握，为有效 地指导生产和管理提供了先进的技术手段。地指导生产和管理提供了先进的技术手段。 前言 近几年，随着油井自动化监测技术的不断发展，在油田的快速近几年，随着油井自动化监测技术的不断发展，在油田的快速 应用已经取得了明显的效果。油井的示功图、产液量、井口油压应用已经取得了明显的效果。油井的示功图、产液量、井口油压/套套 压压/温度、电参量等数据都已经实现了实时在线的监测。这对加强井温度、电参量等数据都已经实现了实时在线的监测。这对加强井 筒管理、提高油

3、井系统效率提供了有力的数据支持。筒管理、提高油井系统效率提供了有力的数据支持。 动液面数据对于油井生产的合理沉没度跟踪至关重要动液面数据对于油井生产的合理沉没度跟踪至关重要,在目前没在目前没 有很好的测试手段的情况下，只能依靠人工每月为周期进行测试，有很好的测试手段的情况下，只能依靠人工每月为周期进行测试， 或对变化后的井对比测试，另外采用发声测试手段，测试的液面误或对变化后的井对比测试，另外采用发声测试手段，测试的液面误 差变化较大，并存在一定的危险性。为此中石油也在寻找更好的、差变化较大，并存在一定的危险性。为此中石油也在寻找更好的、 简便的测试方法和手段。如何进行连续跟踪测试也就成为一个

4、难题简便的测试方法和手段。如何进行连续跟踪测试也就成为一个难题 摆在面前。华北浩普公司与华北采油院经过几年的技术攻关，解决摆在面前。华北浩普公司与华北采油院经过几年的技术攻关，解决 了此项难题，并在华北、冀东、辽河进行了推广应用。了此项难题，并在华北、冀东、辽河进行了推广应用。 前言 示功图计算动液面的历程示功图计算动液面的历程 动液面的测试及标定方法，发展到现在仍然采用的动液面的测试及标定方法，发展到现在仍然采用的3种标定：种标定： 音标法、节箍法、音速法。其中目前多以节箍法最为常用，测试手音标法、节箍法、音速法。其中目前多以节箍法最为常用，测试手 段从声弹到氮气罐，均以人工测试为主。测试以

5、一个月为周期，巡段从声弹到氮气罐，均以人工测试为主。测试以一个月为周期，巡 回测试。回测试。 存在的主要问题：一是依靠人工繁重的劳动；存在的主要问题：一是依靠人工繁重的劳动； 二是存在一定的不安全因素；二是存在一定的不安全因素； 三是标定方法的局限性，造成一定的误差；三是标定方法的局限性，造成一定的误差； 四是不能及时跟踪动液面的变化趋势；四是不能及时跟踪动液面的变化趋势； 地面示功图的测试技术相对成熟，二十多年前，石油科技者就地面示功图的测试技术相对成熟，二十多年前，石油科技者就 从示功图计算动液面的原理上进行了研究和论文、学著的发表，由从示功图计算动液面的原理上进行了研究和论文、学著的发表

6、，由 于计算的参数繁杂性和离散型，又没有新的技术和计算方法的突破，于计算的参数繁杂性和离散型，又没有新的技术和计算方法的突破， 使得此项技术仅局限于理论，只能停留于书本著作。使得此项技术仅局限于理论，只能停留于书本著作。 前言 解决的手段和方法及意义解决的手段和方法及意义 首先要进行示功图的连续测试，只有连续测试才能形成对比数据，首先要进行示功图的连续测试，只有连续测试才能形成对比数据， 才能寻找出计算模型的不断完善提高的方法。并能够根据不同的区才能寻找出计算模型的不断完善提高的方法。并能够根据不同的区 块性质综合分析找出规律，加以综合研究，形成一套独特的分析计块性质综合分析找出规律，加以综合

7、研究，形成一套独特的分析计 算模型，也就提高了计算的准确度和精度。算模型，也就提高了计算的准确度和精度。 目前的示功图在线测试技术已经提供了很好的前提，把大量的数据目前的示功图在线测试技术已经提供了很好的前提，把大量的数据 分类分析，进行计算分类分析，进行计算-提高提高-应用的巡回过程，使模型参量的测试应用的巡回过程，使模型参量的测试 和计算紧密结合，就很好的实现了示功图计算动液面的技术。和计算紧密结合，就很好的实现了示功图计算动液面的技术。 动液面的实时曲线跟踪又能够使生产一线技术人员和管理者直动液面的实时曲线跟踪又能够使生产一线技术人员和管理者直 观了解该井的沉没度变化情况，第一时间掌握趋

8、势资料，更好为问观了解该井的沉没度变化情况，第一时间掌握趋势资料，更好为问 题井如何找出变化原因服务。题井如何找出变化原因服务。 .1 .1 计算原理计算原理 其机理是当抽油机上行时泵的其机理是当抽油机上行时泵的 固定凡尔打开，此时油套管之固定凡尔打开，此时油套管之 间相当于一间相当于一U U形管压力连通传形管压力连通传 导器，那么提升液体只是动液导器，那么提升液体只是动液 面以上的部分的重量，其动液面以上的部分的重量，其动液 面以下部分则被连通器平衡掉面以下部分则被连通器平衡掉 了。了。 油管压力 套管压力 动液面 套 管 抽油杆 泵 油管 图1 固定凡尔 游动凡尔 一、示功图计算动液面机理

9、一、示功图计算动液面机理 图图2 2显示了理想示功图。图中显示了理想示功图。图中 最大值最大值- -最小值，代表活塞以最小值，代表活塞以 上液柱的质量，最小值至上液柱的质量，最小值至0 0为为 抽油杆在液体中的质量，最抽油杆在液体中的质量，最 大值为光杆负荷。大值为光杆负荷。 .1.1 计算原理计算原理 抽油机井理论示功图抽油机井理论示功图 O 光杆负荷 抽油杆在液体中的质量 冲程 示功图 液柱质量 负荷 光杆冲程 图 2 一、示功图计算动液面机理一、示功图计算动液面机理 .1 .1 计算原理计算原理 抽油机悬点的静载荷可以由下式表达： 上行程 Pct 6 LfPsrju A10LAgLfW

10、L （1） 下行程 gLfW Lsrjd 式中 fr-抽油杆截面积,m2 Wju -上行程悬点静载荷, N; L-油管内流体密度, Kg/m3 W -水密度 qrl -每米抽油杆在液体中重力, Kg/m; L-泵挂深度, m; Lf-动液面, m; Ap-柱塞面积，m3 pt-油管压力， MPa; A-抽油杆面积，m3 pc-套管压力，MPa; Wjd-下行程悬点静载荷, N s-抽油杆在空气中密度 W f-含水 o-原油密度 一、示功图计算动液面机理一、示功图计算动液面机理 .1 .1 计算原理计算原理 由两式相减得： PctLfPjdju APPLAWW 6 10 而 Wju- Wjd为示

11、功图的静载（表示为W） ， 则整理后得： PctLfP AppLAW 6 10 动液面 ： LP Pct f A AppW L 6 10 第一项为：上、下静载荷之差第一项为：上、下静载荷之差 第二项为：油压、套压作用在第二项为：油压、套压作用在 活塞上的载荷活塞上的载荷 油压、套压、柱塞面积及流体密度油压、套压、柱塞面积及流体密度 均可以通过测量得到，因此可以根均可以通过测量得到，因此可以根 据时实测量得示功图就可算出动液据时实测量得示功图就可算出动液 面来。面来。 一、示功图计算动液面机理一、示功图计算动液面机理 .2 .2 模型修正模型修正 实际示功图还包括惯性载荷、振动载荷及摩擦载荷的影

12、响。实际示功图还包括惯性载荷、振动载荷及摩擦载荷的影响。 惯性载荷、振动载荷及摩擦载荷均会对示功图的上、下行程的惯性载荷、振动载荷及摩擦载荷均会对示功图的上、下行程的 静载荷造成影响，使得液面计算出现很大的误差，因此如何得静载荷造成影响，使得液面计算出现很大的误差，因此如何得 到真实的静载荷是计算动液面准确与否的要点。到真实的静载荷是计算动液面准确与否的要点。 一一 通过复杂的计算机诊断法消除惯性载荷、振动载荷的影响，通过复杂的计算机诊断法消除惯性载荷、振动载荷的影响， 得到光杆悬点的理想示功图，然后进行动液面计算。得到光杆悬点的理想示功图，然后进行动液面计算。 二二 通过测量的方法消除惯性、

13、振动及摩擦的影响，得到理想的通过测量的方法消除惯性、振动及摩擦的影响，得到理想的 静载荷，然后进行动液面计算。静载荷，然后进行动液面计算。 一、示功图计算动液面机理一、示功图计算动液面机理 .2 .2 模型修正模型修正 如何如何尝试通过尝试通过示功图示功图实现计算实现计算动液面？动液面？作为动液面的计算是不作为动液面的计算是不 同于泵功图的诊断技术的同于泵功图的诊断技术的，只要能够得到具体目标井的静态上、，只要能够得到具体目标井的静态上、 下行程载荷即可算出相对准确的动液面。下面具体分析实测示下行程载荷即可算出相对准确的动液面。下面具体分析实测示 功图附加的各种因素功图附加的各种因素 O 冲程

14、 示功图 负荷 光杆冲程 图 3 上行摩擦载荷 下行摩擦载荷 振动+惯性造成的影响 一、示功图计算动液面机理一、示功图计算动液面机理 1.21.2 模型修正模型修正 上式的上式的 WW是悬点静载荷差，而实测的静载荷差需要消除上、下是悬点静载荷差，而实测的静载荷差需要消除上、下 摩擦值，因此还需要修正公式：测试示功图得出最大值摩擦值，因此还需要修正公式：测试示功图得出最大值WWsu su、最 、最 小值小值WWsd sd，记录第一次测量的该两项值并设为常数作为以后计算 ，记录第一次测量的该两项值并设为常数作为以后计算 用用 WWsu su=C =C、WWsd sd=D =D；通过功图得出悬点上静

15、载荷；通过功图得出悬点上静载荷WWju ju、及下静载荷、及下静载荷 WWjd jd 记录第一次测量的该两项值并设为常数作为它用 记录第一次测量的该两项值并设为常数作为它用 WWju ju=E=E、WWjd jd=F=F则静载荷则静载荷 W=W=（WWsu su- - W Wsd sd） ）- -（C-EC-E）- -（F-DF-D） 动液面 LP Pct 6 f A App10W L 一、示功图计算动液面机理一、示功图计算动液面机理 .2 .2 模型修正模型修正 （C-E）-（F-D）=G -油井的摩擦常数油井的摩擦常数 LP Pct 6 sd f A App10W-Wsu L G 式中：W

16、su-当前最大载荷 kN Wsd-当前最小载荷 kN G -油井的摩擦常数 Ap-泵径 m2 L-油管内液体密度 kg/ m3 s-抽油杆空气中密度, 7850 Kg/m3 混合液密度近似计算 ml= fW W +(1- fW) o 抽油泵柱塞面积：28mm6.16cm2、32mm8.04cm2 、38mm11.34cm2、 45mm15.90cm2 、 56mm24.63cm2、70mm38.48cm2 一、示功图计算动液面机理一、示功图计算动液面机理 1.2 1.2 模型修正模型修正 以上为理想条件下的基本公式，考虑到传感器及井况的变化应该做一定的补偿，以保证数据的以上为理想条件下的基本公

17、式，考虑到传感器及井况的变化应该做一定的补偿，以保证数据的 稳定性、准确性。考虑到传感器及井况的变化（砂卡、蜡卡等）应该做一定的补偿，以保稳定性、准确性。考虑到传感器及井况的变化（砂卡、蜡卡等）应该做一定的补偿，以保 证数据的稳定性、准确性。证数据的稳定性、准确性。深色为当前示功图，无色为前期标准示功图。由于下冲程载荷深色为当前示功图，无色为前期标准示功图。由于下冲程载荷 只是杆柱的影响，基本可认为是常数，因此可以作为标准参考点，可以将第一次（前期）只是杆柱的影响，基本可认为是常数，因此可以作为标准参考点，可以将第一次（前期） 测试的示功图作为标准与当前测试进行比较。正常情况下当前的与前期的下

18、载荷相符则认测试的示功图作为标准与当前测试进行比较。正常情况下当前的与前期的下载荷相符则认 为没有漂移，无需做补偿处理，当两者下载荷产生差异了应按以下四种情况进行分析：为没有漂移，无需做补偿处理，当两者下载荷产生差异了应按以下四种情况进行分析： 下漂移 上漂移 功图变瘦 功图变胖 一、示功图计算动液面机理一、示功图计算动液面机理 1.21.2 模型修正模型修正 公式的公式的a a为斜率修正项，用来补偿传感器的灵敏度，正常时为斜率修正项，用来补偿传感器的灵敏度，正常时 可设为可设为1 1，b b为截距项，用来补偿传感器的零点漂移，正常时可设为截距项，用来补偿传感器的零点漂移，正常时可设 为为0

19、0，X X为井况修正值，为井况修正值，主要用于稠油井计算。主要用于稠油井计算。功图不发生剧烈功图不发生剧烈 突变时，设为突变时，设为0 0。不适用气井的计算。不适用气井的计算。 b DCWsdWsuFE a LP Pct 6 f A App10)/()( L +X X=（ （A-C）+（D-B） ）1000/)(A LP g 一、示功图计算动液面机理一、示功图计算动液面机理 2.1 项目实施目的项目实施目的 为了实时跟踪油井动液面变化，制定合理的工作制度，解决人工为了实时跟踪油井动液面变化，制定合理的工作制度，解决人工 测量费时费力的现状，采用示功图折算油井动液面测量费时费力的现状，采用示功图

20、折算油井动液面进行曲线跟踪进行曲线跟踪。 2.2.2 实施地点、井数实施地点、井数 华北油田于华北油田于20092009年前实施年前实施100100口井，下面是二连油田宝力格作业口井，下面是二连油田宝力格作业 区区9 9口井进行了功图计算动液面数据，井号：巴口井进行了功图计算动液面数据，井号：巴18-2918-29、巴、巴19-519-5、巴、巴 19-3619-36、巴、巴19-3419-34、巴、巴2121、巴、巴19-2519-25、巴、巴19-2119-21、巴、巴19-1919-19、巴、巴19-719-7 一、示功图计算动液面机理一、示功图计算动液面机理 2.3 数据服务器数据服务

21、器 安装地点：采油工艺研究院计算机机房安装地点：采油工艺研究院计算机机房 IPIP地址：地址：10.188.68.65 /10.188.68.65 /gpxtmisgpxtmis 网页登陆用户：网页登陆用户：gpxtadmingpxtadmin 密码：密码：gpxtadmingpxtadmin 完成功能：完成功能： a) a)为实施的每口井建立数据库；为实施的每口井建立数据库； b)b)整点采集数据（功图）；整点采集数据（功图）； c) c)根据所采功图折算油井动液面，根据所采功图折算油井动液面，1 1次次/ /小时；小时； d) d)以网页形式发布计算结果，同时也可以完成各种历史数据、曲线的

22、查询。以网页形式发布计算结果，同时也可以完成各种历史数据、曲线的查询。 2.42.4 上位机界面上位机界面 3.1.1华北液面数据对比华北液面数据对比 完成了油井示功图测试及查询、示功图计算油井动液面、动液面数值小完成了油井示功图测试及查询、示功图计算油井动液面、动液面数值小 时查询、动液面数值日均查询等功能，时查询、动液面数值日均查询等功能，20092009年年7 7月月2626日宝力格作业区工程日宝力格作业区工程 组技术人员对油井动液面进行人工测试，并与示功图折算结果做了对比，组技术人员对油井动液面进行人工测试，并与示功图折算结果做了对比， 对比结果如下表：对比结果如下表： 表1 实测液面

23、与功图计算液面对比 3.3. 冀东液面数据对比冀东液面数据对比 在唐海油田柳赞作业区，在唐海油田柳赞作业区，0909年已经进行了应用，已经通过验收。年已经进行了应用，已经通过验收。 2009 2009年年5 5月初，华北石油浩普公司开始在柳赞作业区试验该项技术。利用柳月初，华北石油浩普公司开始在柳赞作业区试验该项技术。利用柳 赞作业区示功图数据库中原有的数据计算动液面，在软件运行的几个月中，赞作业区示功图数据库中原有的数据计算动液面，在软件运行的几个月中， 经数次与回声仪测量数据比较，准确度基本满意。计算出的动液面波动曲经数次与回声仪测量数据比较，准确度基本满意。计算出的动液面波动曲 线与测试

24、的结果完全吻合。线与测试的结果完全吻合。 下面就取出数据比较稳定的下面就取出数据比较稳定的1010口井作一下对比：口井作一下对比： 软件运行界面软件运行界面 3.3. 冀东液面数据对比冀东液面数据对比 1289139612561350123912391320L102-5 回声仪示功图回声仪示功图回声仪示功图 2009年9月10日2009年9月24日2009年10月11日 井号 56486455 8570L102-P5 回声仪示功图回声仪示功图回声仪示功图 2009年9月10日2009年9月25日2009年10月10日 井号 254258306320426450 L1-10 回声仪示功图回声仪示

25、功图回声仪示功图 2009年9月18日2009年9月21日2009年10月7日 井号 229721092293208822982120 L1-19 回声仪示功图回声仪示功图回声仪示功图 2009年9月10日2009年9月21日2009年10月7日 井号 3. . 冀东液面数据对比冀东液面数据对比 井号 2009年10月7日2009年9月21日2009年9月10日 示功图回声仪示功图回声仪示功图回声仪 L18-3210021831908216119982179 井号 2009年10月6日2009年9月19日2009年9月9日 示功图回声仪示功图回声仪示功图回声仪 L90-137007699309

26、15685752 井号 2009年9月25日2009年9月18日2009年9月4日 示功图回声仪示功图回声仪示功图回声仪 L90-17201321941756183015001596 井号 2009年10月5日2009年9月19日2009年9月6日 示功图回声仪示功图回声仪示功图回声仪 L90-192201233119952329232919082321 井号 2009年9月28日2009年9月19日2009年9月4日 示功图回声仪示功图回声仪示功图回声仪 L90-31138315071564175616791787 井号 2009年9月25日2009年9月11日2009年9月7日 示功图回声

27、仪示功图回声仪示功图回声仪 LN5-71250 1145 10701127 12301132 3.33.3动液面波动曲线动液面波动曲线 4.1.1计算框图计算框图 是 是 功图数据分析处理 绘制静载线，并进行数据处理 调用液面计算模块 计算液面 静载比较 否 输出液面 读取功图数据 计算流程图 实际计算和测试需要取准静载荷，还必须有一套软件措施才能完成。 2、有了实时在线的动液面数据，为加强井筒管理，提 高油井举升效率提供了及时的技术支持。并且随着“数 字化油田”建设步伐的深入，油井生产参数的自动化采 集将普及在每一口油井上，这样就使得功图计算动液面 的油井现场投入几乎为零。 1、可以随时得到

28、动液面变化数据及曲线，相对精度高、 稳定性好，有了动液面实时在线的数据，把功图计算动 液面技术、无线通讯技术与变频调速技术结合，就可以 实现油井动液面的闭环控制。 结合产量曲线对比，使油井始终处在合理开采的工作 状态。从而达到以最小的能耗，来换取最大的产能。 3、极大的减轻了采油厂测试动液面的工作量。每个月 可减少80左右的工作量。测试工人每个月的工作不 再是机械式重复性的测试工作。而是对功图计算出的 动液面数据进行分析，发现有数据不准确的，才进行测试， 然后校正。 4、丰富了示功图技术的应用，对功图算产数据的准确性 起到了参考佐证的作用。 5、为“数字化油田”的建设增添了新内容。油井生产参数

29、的 自动化采集本身就是数字化油田建设的内容之一，而本项 技术是将油井生产参数的后期应用拓展 二、二、目前油田抽油机井自动化状况目前油田抽油机井自动化状况 目前抽油机井自动化监控技术，是对井口回压、载荷、冲程、冲次、目前抽油机井自动化监控技术，是对井口回压、载荷、冲程、冲次、 电流、电压等参数的实时监测，实现功能抽油机远程启、停；示功电流、电压等参数的实时监测，实现功能抽油机远程启、停；示功 图测试，油井示功图法在线计量。监测数据只是现行抽油参数时的工作图测试，油井示功图法在线计量。监测数据只是现行抽油参数时的工作 状况，此工况是否为最佳工况？如何优化调参？目前的监控技术还不具状况，此工况是否为

30、最佳工况？如何优化调参？目前的监控技术还不具 有工况在线控制调整的功能。有工况在线控制调整的功能。 抽油机井由于受地层供液能力和抽油参抽油机井由于受地层供液能力和抽油参 数的影响，部分油井存在供排不协调的现象。数的影响，部分油井存在供排不协调的现象。 仅对采油一厂仅对采油一厂20092009年底开井年底开井492492口抽油机井统口抽油机井统 计，计，供液不足的有供液不足的有211211口，占口，占43.8%43.8%。要达到要达到 工况优化，最简便的措施是调整抽油参数。工况优化，最简便的措施是调整抽油参数。 通常情况下，大家都认为，抽油机冲次越高，产液量会高；冲次降低，通常情况下，大家都认为

31、，抽油机冲次越高，产液量会高；冲次降低， 产液量应该下降。但是，在油井生产后期，大多数油井，地层供液能力都在产液量应该下降。但是，在油井生产后期，大多数油井，地层供液能力都在 下降，这样的情况下，即使抽油机冲次再高也不会收到太好的效果。下降，这样的情况下，即使抽油机冲次再高也不会收到太好的效果。 华北石油浩普公司多年一直致力于油田生产自动化和抽油机节能技术在华北石油浩普公司多年一直致力于油田生产自动化和抽油机节能技术在 油田的使用和开发。在油田的使用和开发。在2004年开始，就开始观察和研究示功图技术的发展，年开始，就开始观察和研究示功图技术的发展， 并结合示功图技术和变频调速的特点，开发出了

32、并结合示功图技术和变频调速的特点，开发出了“抽油机工况在线控制系抽油机工况在线控制系 统统”。该系统由上位机软件、单片机、无线传输技术、示功图技术和变频调。该系统由上位机软件、单片机、无线传输技术、示功图技术和变频调 速技术组成。集成了油井算产、动液面计算、远程数据传输与控制、变频速技术组成。集成了油井算产、动液面计算、远程数据传输与控制、变频 智能调速等多项领先技术。使单井节能工作得到了新的发展。智能调速等多项领先技术。使单井节能工作得到了新的发展。 对该项技术不同油田，赋予不同定义对该项技术不同油田，赋予不同定义 供排协调（供排协调（07-09年华北采研院项目年华北采研院项目100口井）口

33、井） 油井工况在线节能控制技术（油井工况在线节能控制技术（09年华北采油一厂）年华北采油一厂） 油井举升效率控制系统（唐海油田油井举升效率控制系统（唐海油田） 二、二、目前油田抽油机井自动化状况目前油田抽油机井自动化状况 因此在目前抽油机井自动化监控基础上发展的工况在线控制技术，是对监因此在目前抽油机井自动化监控基础上发展的工况在线控制技术，是对监 测数据的后期应用与工况在线控制的结合，为抽油机井自动化的发展开辟了新测数据的后期应用与工况在线控制的结合，为抽油机井自动化的发展开辟了新 的方向。的方向。 以调小冲次为例，调小冲以调小冲次为例，调小冲 次受到皮带包角的限制，因此次受到皮带包角的限制

34、，因此 皮带轮的直径不能小于规定皮皮带轮的直径不能小于规定皮 带包角时的皮带轮直径。带包角时的皮带轮直径。 这样就使部分油井调小冲次的余地不大，甚至有的井不能继续调小冲次。这样就使部分油井调小冲次的余地不大，甚至有的井不能继续调小冲次。 二、二、目前油田抽油机井自动化状况目前油田抽油机井自动化状况 三、技术简介三、技术简介 抽油机工况在线控制系统是在抽油机井自动化监测的基抽油机工况在线控制系统是在抽油机井自动化监测的基 础上，示功图、动液面计算技术与变频调速技术结合，使人础上，示功图、动液面计算技术与变频调速技术结合，使人 工控制调节抽油机冲次，改为远程自动调节，实现了工况在工控制调节抽油机冲

35、次，改为远程自动调节，实现了工况在 线调参。线调参。 1. 1. 抽油机井工况在线控制技术组成抽油机井工况在线控制技术组成 系统组成系统组成 现场控制装置现场控制装置 中控室控制系统中控室控制系统 （1 1）现场控制装置）现场控制装置 三、技术简介三、技术简介 （2）中控室控制系统）中控室控制系统 硬件硬件 软件软件 服务器、计算机服务器、计算机 数据库、管理系统数据库、管理系统 2. 2. 系统工作原理系统工作原理 抽油机工况在线控制系统，在开环控制时，将方案确定的调节参数（变抽油机工况在线控制系统，在开环控制时，将方案确定的调节参数（变 频器输出频率）由中心控制系统反馈至控制模块，由模块调

36、节变频器（或现频器输出频率）由中心控制系统反馈至控制模块，由模块调节变频器（或现 场人工设定变频器输出频率），使抽油机在设定的频率下运转；场人工设定变频器输出频率），使抽油机在设定的频率下运转； 在闭环控制时，通过设定被控参数动液面的值，中心控制系统由监测数在闭环控制时，通过设定被控参数动液面的值，中心控制系统由监测数 据计算出动液面，并与设定值比较，求得满足设定动液面时的变频器输出频据计算出动液面，并与设定值比较，求得满足设定动液面时的变频器输出频 率，并反馈至控制模块，由控制模块调节控制变频器，经过这样不断计算率，并反馈至控制模块，由控制模块调节控制变频器，经过这样不断计算 反馈反馈调节的

37、闭合过程，变频器就会不断的调节它的输出频率，改变抽油机调节的闭合过程，变频器就会不断的调节它的输出频率，改变抽油机 的运转参数（改变冲次），从而实现抽油机井在线节能控制。的运转参数（改变冲次），从而实现抽油机井在线节能控制。 三、技术简介三、技术简介 选井原则选井原则 选井原则是在保持油井产量基本稳定时，通过改善油选井原则是在保持油井产量基本稳定时，通过改善油 井供排协调关系，实现工况优化下的生产。井况：线路电井供排协调关系，实现工况优化下的生产。井况：线路电 压压380V380V、供液不足的抽油机井。、供液不足的抽油机井。 （1 1）选井）选井 西柳西柳10-4510-45、西柳、西柳10-

38、8110-81井井 （2 2）控制系统调试）控制系统调试 由于变频器工作时产生的由于变频器工作时产生的 杂波，干扰了现场控制装置和中杂波，干扰了现场控制装置和中 控室之间的通讯，后经技术改进，控室之间的通讯，后经技术改进， 解决了变频器杂波对通讯的干扰，解决了变频器杂波对通讯的干扰， 保证了信息的远程传送。保证了信息的远程传送。 （3 3）控制系统开环控制）控制系统开环控制 频率设定在频率设定在50Hz50Hz、45Hz45Hz、40Hz40Hz、 35Hz35Hz、30Hz30Hz时，监测工况数据。时，监测工况数据。 （4 4）控制系统闭环控制）控制系统闭环控制 以动液面为被控参数，设定动以

39、动液面为被控参数，设定动 液面的值，控制系统求得设定动液液面的值，控制系统求得设定动液 面时的频率，并在该频率下运行。面时的频率，并在该频率下运行。 五、效果分析五、效果分析 1. 1. 开环控制效果分析开环控制效果分析 频频 率率 Hz 现现 场场 测测 量量 数数 据据在在 线线 监监 测测 数数 据据 日期日期 电表电表 底数底数 读读 数数 日耗日耗 电量电量 kW.h 日产日产 液量液量 t/d 动液动液 面面 m 冲冲 次次 min-1 冲冲 程程 m 最大最大 载荷载荷 kN 最小最小 载荷载荷 kN 平均平均 有功有功 kW 功率功率 因数因数 小时小时 耗电耗电 kW.h 日

40、耗日耗 电量电量 kW.h 计算计算 产液量产液量 t/d 计算液计算液 面深度面深度 m 10.1021995 5010.1222030353505.718983.89472.8 34.1 19.540.51 2048011.152025.9 4510.1422063333305.618443.51472.7 34.3 18.140.52 1945610.321929.4 4010.1622089262605.618353.15469.5 36.3 17.760.54 1843210.371910.9 3510.1922122332205.619212.73467.6 36.8 15.990

41、.58 1638410.121784.1 3010.2822198761695.518542.37467.5 36.6 12.910.63 1331210.391763.5 开环控制时，将变频器频率设定在开环控制时，将变频器频率设定在50Hz50Hz、45Hz45Hz、40Hz40Hz、35Hz35Hz、30Hz30Hz等不等不 同值时，采取在线监测和现场测量两种方式，录取油井的产量、示功图、动同值时，采取在线监测和现场测量两种方式，录取油井的产量、示功图、动 液面、耗能等工况数据。液面、耗能等工况数据。 西柳西柳10-4510-45井井 西柳西柳10-4510-45井部分监测数据和现场测量数

42、据表井部分监测数据和现场测量数据表 油井产液量变化油井产液量变化 油油 井井 产产 量量 曲曲 线线 0 2 4 6 8 10 12 5045403530 频率 Hz 日产液 t/d 计量产液量计算产液量 计算产液量计算产液量11.1511.1510.12t/d10.12t/d，分离器计量产液量，分离器计量产液量5.75.75.5t/d5.5t/d。 随着频率由随着频率由50Hz50Hz降至降至30Hz30Hz，两种方式下的产液量基本稳定，而且变，两种方式下的产液量基本稳定，而且变 化趋势一致。化趋势一致。 五、效果分析五、效果分析 油井示功图变化油井示功图变化 50Hz50Hz（冲次（冲次3

43、.93.9次次/ /分）分） 时，示功图其饱满程度约为时，示功图其饱满程度约为 42.5%42.5%；频率降至；频率降至30Hz30Hz（冲（冲 次次2.42.4次次/ /分）时，示功图饱分）时，示功图饱 满程度约为满程度约为77.5%77.5%。泵的充。泵的充 满程度提高了满程度提高了35%35%，油井的，油井的 供排关系得到了改善。供排关系得到了改善。 五、效果分析五、效果分析 油井动液面变化油井动液面变化 由监测数据计算的动液面，随着频率的降低，动液面呈上升的趋由监测数据计算的动液面，随着频率的降低，动液面呈上升的趋 势；而现场测试的动液面，其总体趋势也是上升的。势；而现场测试的动液面，

44、其总体趋势也是上升的。 五、效果分析五、效果分析 油井泵深、动液面曲线油井泵深、动液面曲线 1600 1700 1800 1900 2000 2100 5045403530 频率 Hz 深度 m 测试液面计算液面泵深 油井冲次、最大载荷、电机输入功率的变化油井冲次、最大载荷、电机输入功率的变化 随着频率的降低，抽油机的冲次、最大载荷、电机输入功率呈随着频率的降低，抽油机的冲次、最大载荷、电机输入功率呈 下降的趋势。下降的趋势。 五、效果分析五、效果分析 冲次、最大载荷、电机输入功率曲线冲次、最大载荷、电机输入功率曲线 0 10 20 30 40 50 60 70 80 5045403530 频

45、率 Hz 冲次1/min 功率kW 载荷kN 冲次最大载荷电机输入功率 油井耗电量变化油井耗电量变化 随着频率由随着频率由50Hz50Hz降至降至30Hz30Hz，两种方式下的日耗电量呈下降趋势，两种方式下的日耗电量呈下降趋势， 监测和电表计量节电率分别为监测和电表计量节电率分别为35%35%、51.7%51.7%。 综合以上分析，综合以上分析，西柳西柳10-4510-45井井通过调小频率，即调小冲次，油井通过调小频率，即调小冲次，油井 产液量基本稳定，动液面回升，泵的充满程度提高产液量基本稳定，动液面回升，泵的充满程度提高35%35%，油井的供排，油井的供排 关系得到了明显改善；同时抽油机悬

46、点最大载荷、电机输入功率降低，关系得到了明显改善；同时抽油机悬点最大载荷、电机输入功率降低， 日节电率日节电率35%35%以上。以上。 五、效果分析五、效果分析 油井耗电量曲线油井耗电量曲线 0 100 200 300 400 500 600 5045403530 频率 Hz 日耗电 kW.h 电表日耗电监测日耗电 西柳西柳10-8110-81井井 西西柳柳1 10 0- -8 81 1井井产产量量曲曲线线 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 504540353025 频率 Hz 日产液 t/d 计量产液量计算产液量 西西柳柳1 10 0- -8 81 1井井动动液液面面曲曲线线

47、1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 123456 频率 Hz 深度 m 泵深测试动液面计算液面 产液量曲线产液量曲线 动液面曲线动液面曲线 五、效果分析五、效果分析 西西柳柳1 10 0- -8 81 1井井冲冲次次、最最大大载载荷荷、电电机机输输入入功功率率曲曲线线 0 20 40 60 80 100 504540353025 频率 Hz 冲次1/min 功率kW 载荷kN 冲次最大载荷电机输入功率 西西柳柳1 10 0- -8 81 1井井耗耗电电量量曲曲线线 0 100 200 300 400 500 504540353025 频率 Hz 电量 kW.h

48、 监测日耗电电表日耗电 综合以上分析，西柳综合以上分析，西柳 10-8110-81井通过调小变频器的井通过调小变频器的 频率，即调小抽油机的冲频率，即调小抽油机的冲 次，油井在产液量基本不次，油井在产液量基本不 变的条件下，动液面回升，变的条件下，动液面回升， 泵的充满程度提高泵的充满程度提高14%14%，油，油 井的供排关系得到了一定井的供排关系得到了一定 的改善；同时抽油机悬点的改善；同时抽油机悬点 最大载荷、电机输入功率最大载荷、电机输入功率 降低，日节电率降低，日节电率30.8%30.8%以上。以上。 五、效果分析五、效果分析 闭环控制是以动液面为被控参数，西柳闭环控制是以动液面为被控

49、参数，西柳10-4510-45、西柳、西柳10-8110-81两口井是两口井是 以泵深以上以泵深以上200m200m为动液面的值，分别设为为动液面的值，分别设为1659m1659m、1753m1753m。两口井进入闭。两口井进入闭 环控制后，中心控制系统由监测示功图计算动液面，求出满足设定动液面环控制后，中心控制系统由监测示功图计算动液面，求出满足设定动液面 时的频率。西柳时的频率。西柳10-4510-45井基本在井基本在30Hz30Hz和和35Hz35Hz两个频率下运转；西柳两个频率下运转；西柳10-8110-81 井由于严重供液不足，只在井由于严重供液不足，只在25Hz25Hz频率下运转。

50、频率下运转。 2. 2. 控制系统闭环控制效果分析控制系统闭环控制效果分析 井号井号 频频 率率 Hz 冲冲 次次 min-1 冲冲 程程 m 最大最大 载荷载荷 kN 最小最小 载荷载荷 kN 计算计算 产液量产液量 t/d 计算液计算液 面深度面深度 m 平均平均 有功有功 kW 功率功率 因数因数 小时小时 耗电耗电 kW.h 日耗日耗 电电 kW.h 系统系统 效率效率 % 西柳西柳 10-45 503.89472.8434.1 11.152025.919.540.512048011.79 352.72474.4238.3411.681643.715.820.55 1638413.48

51、 302.34474.5239.4211.181661.614.320.59 1433614.41 西柳西柳 10-81 503.81576.139.31.64211012.960.74133122.56 251.89572.141.01.761921.98.80.71 92163.98 闭环控制部分监测数据闭环控制部分监测数据 五、效果分析五、效果分析 控制系统闭环控制效果控制系统闭环控制效果 1 1、每小时前整点前、每小时前整点前5 5分钟进行测试，分钟进行测试， 比较后进行就地调参、传输数据比较后进行就地调参、传输数据 2 2、如果沉没度降低减速、反之加速、如果沉没度降低减速、反之加速

52、3 3、调速时保障功图正常、调速时保障功图正常 4 4、人工远程登录、人工远程登录10.188.68.6510.188.68.65 查看单井产液变化、动液面变化查看单井产液变化、动液面变化 西柳西柳10-4510-45井闭环与工频示功图井闭环与工频示功图 五、效果分析五、效果分析 西柳西柳10-8110-81井闭环试验井闭环试验 五、效果分析五、效果分析 六、应用前景六、应用前景 1 1、抽油机井远程节能控制技术通过调节变频器的频率可以实现抽油机井远程节能控制技术通过调节变频器的频率可以实现 自动调节抽油机的冲次，实现了抽油参数在线控制调节。相对自动调节抽油机的冲次，实现了抽油参数在线控制调节

53、。相对 于双速电机具有不停抽连续调速功能。于双速电机具有不停抽连续调速功能。 2 2 、抽油机抽油机远程节能控制技术在供液不足油井中应用，通过在远程节能控制技术在供液不足油井中应用，通过在 线控制调节抽油机井工况，油井供排关系得到改善，使抽油机线控制调节抽油机井工况，油井供排关系得到改善，使抽油机 井在最佳的工况下工作。井在最佳的工况下工作。 3 3 、抽油机井工况在线控制技术具有很好的节能效果，单井节抽油机井工况在线控制技术具有很好的节能效果，单井节 电率在电率在33%33%以上。以上。 4545井，日耗电从井，日耗电从50HZ50HZ的的480480度，降为度，降为348348度，（度，（

54、35HZ35HZ和和30HZ30HZ平均平均 耗电按（耗电按（360360天计算），节电率天计算），节电率 28%28%，节约电能，节约电能4752047520度度 按每按每 度电度电0.60.6元计算，年节约元计算，年节约2851228512元。元。 8181井，日耗电从井，日耗电从50HZ50HZ的的312312度，降为度，降为25HZ25HZ的的192192度，节电率度，节电率3838。 年节约电能年节约电能4320043200，按每度电，按每度电0.60.6，年节约，年节约2592025920元元 两口井年节电约两口井年节电约9 9万度，折合人民币节约万度，折合人民币节约5.45.4万

55、元。万元。 两口井投资两口井投资 1010万元万元 投资回报期投资回报期 1.81.8年年 如果在目前已经有了自动化仪表的油井，不考虑自动化仪表如果在目前已经有了自动化仪表的油井，不考虑自动化仪表 的因素。按变频器价格平均的因素。按变频器价格平均4000040000元计算。投资回报期为：元计算。投资回报期为：1.51.5 年。年。 4 、延长了抽油杆使用寿命和检泵周期。延长了抽油杆使用寿命和检泵周期。 抽油机井远程节能控制技术，通过在线调节控制变频器的输出抽油机井远程节能控制技术，通过在线调节控制变频器的输出 频率，实现了在线调节控制抽油机冲次，达到了抽油机井工况频率，实现了在线调节控制抽油机冲次，达到了抽油机井工况 在线调整，供排协调