智能间抽

抽油机智能抽空控制系统的研究陈建锋(西安石油大学石油工程学院、油气储运工程专业，陕西西安710055；)摘要：抽空控制系统是将位移传感器、载荷传感器和电流传感器采集来的信号进行分析处理，将分析处理后的数据通过充满度的方式显示在触摸屏上，智能抽空控制器根据该井的充满度的数据可自动设定该井的抽油时间和停止抽油时间。

全球采油工程界的共同结论：抽空控制能使井底供液不足的低渗透机械抽油井的产量最大化，耗费电能最小化，检泵周期最长化。

控制器还有很多故障保护系统，开机前报警提示和故障的识别判断，并且将故障信号通过无线远红外探测发射器和无线远红外探测接收器传送到站里，以便及时处理。

关键词：智能抽空；抽空控制器；抽空控制系统；Abstract: the time control system is analysising and processing the signal,that the displacement sensor, load sensor ,and current sensor acquired.Then the analysised and processed data will display in the touch screen through the way of degree of fullness, the intelligent time controller can be automatically set the well pumping time and stop pumping time according to the well’s degree of fullness data. The global oil production engineering’s common conclusion: time control can make the bottom liquid shortage and low permeability mechanical pumping well yield maximization, cost electric energy minimization, pump inspection period longest .The controller has a lot of fault protection system, the alarm prompt before starting and fault recognition and judgment, then the fault signal will be send to the base ststion through the wireless infrared detection transmitter and wireless infrared detection receiver, in order to timely treatment.Key word: Intelligence Control; Time controller; Intelligence Control system;1.前言：有杆抽油是原油生产的主要方式，但是，在油气田开发过程中，部分油井由于地层压力低、储层物性差、油层渗流能力小，造成井底供液能力不足，使抽油泵经常处于充不满状态，而产生液击现象，最终破坏了油井初期设计的基本假设，使得应有的产量没有达到、能效大大下降、加速设备的失效、运行成本提高、油井寿命过早终结、还有70%到80%的原油留在地下。

为达到供采协调，提高抽油泵的充满程度，减少抽油泵的磨损，延长抽油井检泵周期，对这类油井采用间开生产的方法，做到不丢失产量，又节省电能[1]。

智能化抽空控制系统是改造现有的游梁式抽油机，使现有的游梁式抽油机实现智能化控制，以最优化的采油机制、最安全的启停机方式、最便捷的故障检测和维护方式进行生产。

抽空控制技术经历了从上世纪六十年代人工间抽、七十年代的时钟和电子定时器、八十年代的电子模拟式抽空控制器、九十年代的数字式抽空控制器知道现在的智能抽空控制器。

最初该方法被称作间抽控制，但是由于当代智能化的设计如安全的启停、故障的排查、信号的传送，该方法也被人们称作智能抽空控制。

2.抽空控制原理：抽空控制的原理简而言之就是通过一些检测技术来准确判断出该油井何时该运行何时该停止，然后将准确的数据输入抽空控制器中对油井进行抽空控制。

目前采用电子装置进行抽空检测的方法主要有动液面法、示功图法、密度法、流量计法、电流法、电机速度法等，前两种方法应用比较广泛。

动液面检测原理就是连续不间断直接检测套管空间液面的高度，并根据设定允许液面的最高与最低高度，控制抽油机的启停，实现间抽。

而液面检测，则是通过专用的井口连接器，它依靠油井套管气膨胀发声，主机通过电磁阀控制发声开关，在击发后，微音器接收油管接箍及液面反射波信号，并转变为电信号，经滤波后，CPU将采集反射波数据，计算液面深度。

对于示功图法来说对不同的生产井，位移和载荷的变化与油层供液能力的变化之间有确定规律，可依据抽油井充满度状况，确定油井间开时间。

测试采用现代PC虚拟测试系统，连续实时测量和分析油井示功图，利用了连续的示功图测量，对抽油泵的抽空度变化与停井时间的关系进行了确定，然后设置抽空控制器参数。

[2]3.抽空控制系统组成及安装：智能抽空控制系统的组成如图1所示：图1：智能抽空控制系统3.1.位移传感器：它将实际的精确的位移量变成标准的0～5V的电信号传送到智能抽空控制系统中，是提供该井动态功图及该井充满度的重要传感器。

安装固定好位移传感器后，将位移传感器电缆插头与连接位移传感器和载荷传感器电缆的插头插好。

连接位移传感器和载荷传感器电缆形状为一头是5芯航空插头，将它插在智能抽空控制器柜内，而另一头有两个航空插头，一个为3芯，该插头与位移传感器连接，另一个为五芯插头，该插头与载荷传感器连接，然后将插头部分用热塑管封闭，固定在井架的背雨处，以防雨淋生锈损坏。

3.2.载荷传感器：它将油井抽油机实际的载荷量转换成标准的电信号0～5V输入到智能抽空系统中，测量范围为0～100kn。

它也是提供该井的动态功图及该井充满度的重要传感器。

安装好后，将载荷传感器电缆插头（5芯航空插头）与连接位移传感器和载荷传感器电缆的5芯航空插头插好，用热塑管将其封闭，以防进雨水腐蚀。

3.3.电流传感器：它采集油井抽油机电机实时电流值并将其转换成标准的电信号0～5V输入到智能抽空系统中。

测量范围为0～100A。

此传感器仅在测试中使用。

通过柜内接线端子将它接入控制器中。

3.4.液位传感器：液位传感器主要是测量储存罐液量液位的信号传感器。

液位传感器与控制器配合使用，对地罐储油和输油的井，可自动输油和自动量油。

3.5.开车自动语音提示系统：开车自动语音提示系统由自动语音播放器、大音量喇叭组成。

（自动播放器安装在智能抽空控制器机壳内）由于智能抽空系统开车停车都是自动的，为了保障安全,在开车前1分钟有大音量喇叭呼喊（本抽油机要开车）进行语音提示，并且有警示灯在闪烁，引起离本机近的人注意，赶快离开。

将大音量喇叭固定在井架被雨处，固定好后，将大音量喇叭电缆插头与连接远红外探测器和语音提示喇叭电缆插头插好。

并将插头固定在被雨处，以防雨淋生锈损坏。

连接远红外探测器和语音提示喇叭电缆形状为一头为7芯航空插头将它插在智能抽空控制器柜内。

而另一头有一个3心航空插头和两个4芯屏蔽电缆。

3芯航空插头与大音量喇叭连接，两个4芯电缆分别与两个远红外探测器连接。

3.6.人畜保护、故障保护及报警提示系统：智能抽空控制系统能对很多种故障进行保护。

人畜保护、故障保护及报警提示系统的组成如下：（1）电机过热保护单元：在智能抽空控制器机壳内安装有电机过热保护器，对电机的过载大小可设定，当电机过载发热和电机缺相发热时，它会通知智能抽空控制器进行报警和停车处理。

（2）连杆滑脱保护单元：当有连杆滑脱发生时，它会通知智能抽空控制器进行报警和停车处理。

（3）人畜接近保护单元：人畜接近保护单元通过两个远红外探测头将探测到的有人畜接近信号传给智能抽空控制器，再由智能抽空控制器进行处理。

探测头探测面朝下，探测距离为10米，探测面为120度的辐射面，探测宽度为30mm。

它主要探测抽油机两侧是否有人畜接近。

安装示意图如图2所示：图2：远红外探测器安装示意图（4）有人进入井区提示单元：有人进入井区提示单元通过一个有人进入井区入口远红外探测器将探测到的有人进入井区入口信号。

传送给智能抽空控制器，再由智能抽空控制器进行处理。

（5）抽油机断脱保护单元：通过载荷传感器将实时抽油机载荷信号传送给智能抽空控制器, 控制器经过数据分析处理可判断出抽油机是否有断脱故障。

若发生断脱马上会停止抽油机，并发出报警信号。

（6）抽油机卡泵保护单元：通过载荷传感器将实时抽油机载荷信号传送给控制器，控制器经过数据分析处理可判断出抽油机是否有卡泵故障。

（7）三相电源缺相显示保护单元：系统的控制器当中装有带缺相显示的三相电度表。

此电度表不但能显示电字数，还能显示三相电源是否缺相。

若缺相可将缺相信号传送给控制器，进行报警和停车处理。

（8）紧急停车：本系统装有紧急停车按钮，当发生紧急情况时，可拍下紧急停车按钮。

3.7．报警通知站里无线发射、接收系统：报警通知站里无线发射、接收系统由远红外探测发射器和远红外探测接收器组成。

远红外探测发射器安装在控制器机壳里，远红外探测接收器安装在站里。

一台远红外接收器可接收多台远红外探测发射器发出的信号。

任何一台安装有远红外探测发射器的抽油机发生上面的几种故障，控制器就会控制远红外探测发射器发射信号马上通知采油站。

并且同时远红外接收器自动播出相关人员的电话，以便及时处理故障。

3.8．智能抽空控制器：智能抽空控制器是智能抽空控制系统的核心。

控制器器件安装在控制器机壳内，里面安装有5个操作钮，还装有1个触摸屏。

控制器的参数设定、操作、数据显示、曲线显示、充满度显示等都在触摸屏上进行。

在使用智能抽空控制器前先采用计算机测量技术对该抽油机进行动态检测，通过实时采集位移传感器、载荷传感器的数据，经过大量的数据处理和分析来生成该井的功图，由该井的功图可转换成泵的充满度。

泵的充满度能说明此井的动态性能，和产能。

根据泵的功图和充满度可人工设定抽油机开机时间和停机时间。

也可自动设定抽油机开机时间和停机时间。

以达到抽空控制的最佳效果。

智能抽空系统的由以下部分组成：（1）人机界面（文本屏）；（2）人机界面（触摸屏）；（3）PLC；（4）执行机构；（5）操作按钮；（6）计算机测试孔；（7）USB插孔；在人机界面文本屏这个画面里有最大载荷和最小载荷显示、前一天24小时抽油机产油量显示、今天到当前为止抽油机产油量，还有该油井实时充满度显示，而且还能进行抽油时间设定、停止抽油时间设定、抽油时间显示、停止抽油时间显示、间抽抽油累计时间、手动/自动转换、抽油机运行/停止、智能A型跟踪（智能控制器自学后，可自动设定抽油机的运行时间和停止时间）、泵径设定、实际位移曲线和模拟位移曲线选择。