專利名稱：油井故障實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及油田采油技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種油井故障實(shí)時(shí)預(yù)警方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
故障診斷是根據(jù)對(duì)被診斷對(duì)象測(cè)試所取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，判斷被診斷對(duì)象的狀態(tài)是否處于異常狀態(tài)或故障狀態(tài)，確定故障的類型，預(yù)示故障的發(fā)生?，F(xiàn)代故障診斷技術(shù)是近年來(lái)隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)。但是，目前在我國(guó)油田開采技術(shù)中，故障診斷技術(shù)還并不完備，甚至還需要人工巡檢，耗費(fèi)人力，而且故障的原因很多，對(duì)于一些重要的故障，是需要立即進(jìn)行處理的，而一些次要的故障，可以暫緩處理，因此，在油田開采過(guò)程中也急需引用一種智能的故障診斷預(yù)警系統(tǒng)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種油井故障實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)，用于為油田開采過(guò)程提供一種智能的、精確度高的故障診斷預(yù)警系統(tǒng)。本實(shí)用新型實(shí)施例還提供了一種油井故障實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)，包括安裝在井口懸繩器上的載荷傳感器、安裝在抽油機(jī)游梁下方的位移傳感器、井組控制箱內(nèi)的控制終端、位于控制中心內(nèi)的無(wú)線服務(wù)器和預(yù)警裝置，所述載荷傳感器及位移傳感器所采集的抽油桿載荷和位移信號(hào)通過(guò)電纜傳輸至所述控制終端，所述控制終端通過(guò)所述井組天線將所述抽油桿載荷和位移信號(hào)以波的形式傳送給所述無(wú)線服務(wù)器，所述無(wú)線服務(wù)器將所述抽油桿載荷和位移信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并傳送給所述預(yù)警裝置，所述預(yù)警裝置包括示功圖轉(zhuǎn)換單元、泵功圖轉(zhuǎn)換單元、比較單元和預(yù)警單元，所述示功圖轉(zhuǎn)換單元用于利用所述抽油桿載荷和位移與時(shí)間的變化規(guī)律得到光桿示功圖；所述泵功圖轉(zhuǎn)換單元用于將所述光桿示功圖轉(zhuǎn)換為泵功圖；所述比較單元，用于采用多邊形逼近法對(duì)泵功圖數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)處理，過(guò)濾掉對(duì)泵功圖的幾何特征影響不大的數(shù)據(jù)點(diǎn)；將經(jīng)過(guò)多邊形逼近法處理過(guò)的泵功圖無(wú)因次化，再建立所述泵功圖的矢量鏈，將所述矢量鏈和標(biāo)準(zhǔn)故障矢量鏈庫(kù)中矢量鏈比對(duì)，根據(jù)比對(duì)結(jié)果得到油井工況的判斷結(jié)果；預(yù)警單元用于根據(jù)所述判斷結(jié)果進(jìn)行故障預(yù)警。優(yōu)選的，本實(shí)用新型實(shí)施例中的泵功圖轉(zhuǎn)換單元具體用于分別建立抽油桿、油管有限元模型和液柱差分計(jì)算模型，然后迭代求解出深井泵口處載荷和抽油桿載荷和位移與時(shí)間的關(guān)系圖，即泵功圖。優(yōu)選的，本實(shí)用新型實(shí)施例中的標(biāo)準(zhǔn)矢量功圖包括與各種故障相對(duì)應(yīng)的矢量功圖，所述比較單元具體用于根據(jù)矢量特征點(diǎn)找到對(duì)應(yīng)的矢量功圖，從而確定故障的類型。優(yōu)選的，本實(shí)用新型實(shí)施例中的預(yù)警單元具體用于根據(jù)判斷結(jié)果確定故障的等級(jí)，所述故障的等級(jí)包括三級(jí)一級(jí)故障為抽油桿斷脫、凡爾失靈、卡泵；二級(jí)故障為嚴(yán)重結(jié)蠟、嚴(yán)重供液不足；三級(jí)故障為結(jié)蠟、供液不足、氣體影響；根據(jù)確定的故障等級(jí)在監(jiān)控終端自動(dòng)彈出預(yù)警信息，其中對(duì)于一、二級(jí)故障利用聲音提示或蜂鳴報(bào)警進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警。本實(shí)用新型實(shí)施例通過(guò)載荷傳感器和位移傳感器得到抽油桿載荷和位移，并以此得到光桿示功圖和泵功圖，再通過(guò)將泵功圖矢量化后與標(biāo)準(zhǔn)功圖相比較來(lái)確定故障情況， 從而可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的故障診斷和預(yù)警，而且故障診斷結(jié)果精確度高。

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種油井故障實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種預(yù)警裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種油井工況診斷流程示意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種油井工況實(shí)時(shí)分析和處理的閉環(huán)管理示意圖；圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的抽油桿斷脫時(shí)的泵功圖；圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的輕微結(jié)蠟時(shí)的泵功圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。如圖1所示為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種油井故障實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖， 該系統(tǒng)包括安裝在井口懸繩器上的載荷傳感器110、安裝在抽油機(jī)游梁下方的位移傳感器120、井組控制箱內(nèi)的控制終端130、位于控制中心內(nèi)的無(wú)線服務(wù)器140和預(yù)警裝置150。載荷傳感器110和位移傳感器120分別通過(guò)電纜連接至控制終端130，控制終端 130和無(wú)線服務(wù)器140之間可以通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行通信，而預(yù)警裝置150則和無(wú)線服務(wù)器 140之間通過(guò)有線或者無(wú)線的方式進(jìn)行通信。載荷傳感器110和位移傳感器120用于采集抽油桿載荷和位移信號(hào)，并將該信號(hào)通過(guò)電纜傳輸給控制終端130。控制終端130可以是一遠(yuǎn)程終端單元(Remote Terminal Units，RTU)，其提供了多個(gè)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試端的接口，可分別采集各類數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)在臨時(shí)寄存器中， 再通過(guò)無(wú)線接口發(fā)送給遠(yuǎn)端的無(wú)線服務(wù)器140。具體來(lái)說(shuō)，控制終端130和無(wú)線服務(wù)器140 之間可以通過(guò)現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，比如GPRS，CDMA,3G網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行通信，也可以通過(guò)專門的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。無(wú)線服務(wù)器140將接收到的無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，再發(fā)送給預(yù)警裝置150。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，如圖2所示，預(yù)警裝置150包括示功圖轉(zhuǎn)換單元151、泵功圖轉(zhuǎn)換單元152、比較單元153、存儲(chǔ)單元巧4和預(yù)警單元155，其中泵功圖轉(zhuǎn)換單元152 分別和示功圖轉(zhuǎn)換單元151及比較單元153相連，而存儲(chǔ)單元巧4和預(yù)警單元155則分別和比較單元153相連。示功圖轉(zhuǎn)換單元151利用抽油桿載荷和位移與時(shí)間的變化規(guī)律得到光桿示功圖。 泵功圖轉(zhuǎn)換單元152則將光桿示功圖轉(zhuǎn)換為泵功圖，具體來(lái)說(shuō)，是分別建立抽油桿、油管有限元模型和液柱差分計(jì)算模型，然后迭代求解出深井泵口處載荷和抽油桿載荷和位移與時(shí)間的關(guān)系圖，即泵功圖。這里不再對(duì)功圖轉(zhuǎn)換過(guò)程中所依據(jù)的算法和模型進(jìn)行詳細(xì)的論述了，這些部分屬于現(xiàn)有技術(shù)。比較單元153用于提取泵功圖的矢量特征點(diǎn)，然后與存儲(chǔ)單元154內(nèi)存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)矢量功圖相比較，再根據(jù)比較結(jié)果得到油井工況的判斷結(jié)果。具體來(lái)說(shuō)，由于計(jì)算得到的泵功圖數(shù)據(jù)點(diǎn)很多，而泵功圖的幾何特征僅僅集中在某些點(diǎn)上，其它點(diǎn)對(duì)泵功圖的幾何特征影響不大，因此比較單元153可以采用多邊形逼近法對(duì)泵功圖數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)處理，過(guò)濾掉某些點(diǎn)對(duì)泵功圖的幾何特征影響不大的數(shù)據(jù)點(diǎn)。再將處理過(guò)的泵功圖標(biāo)準(zhǔn)化(無(wú)因次化)，再用一系列連續(xù)的矢量把它描述出來(lái)，即建立該泵功圖的矢量鏈，把它和標(biāo)準(zhǔn)故障矢量鏈庫(kù)中矢量鏈對(duì)比，來(lái)判別出一個(gè)或多個(gè)故障。采用這種方式進(jìn)行比較，可以使比對(duì)結(jié)果與油井工況的實(shí)際情況更加接近，誤差更小。如圖3所示為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種油井工況診斷流程示意圖，從圖中可見，本實(shí)用新型實(shí)施例的油井工況診斷包括得到光桿示功圖，將光桿示功圖轉(zhuǎn)化為泵功圖，將泵功圖矢量化，將矢量化的泵功圖和存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)矢量功圖相比較，以得到對(duì)應(yīng)的油井工況的判斷結(jié)果。在本實(shí)施例中，存儲(chǔ)單元154內(nèi)部可以存儲(chǔ)盡可能全的工況標(biāo)準(zhǔn)矢量功圖，比如目前共有39種標(biāo)準(zhǔn)矢量功圖可以用來(lái)比較。預(yù)警單元155用于根據(jù)比較單元153的判斷結(jié)果進(jìn)行故障預(yù)警。在本實(shí)用新型實(shí)施例中，可以將故障預(yù)警等級(jí)分為三級(jí)，其中一級(jí)是緊急故障預(yù)警等級(jí)，二級(jí)是重點(diǎn)關(guān)注預(yù)警等級(jí)，三級(jí)是開始關(guān)注預(yù)警等級(jí)，一級(jí)故障可以包括抽油桿斷脫、凡爾失靈、卡泵等，二級(jí)故障可以包括嚴(yán)重結(jié)蠟、嚴(yán)重供液不足等，三級(jí)故障可以包括結(jié)蠟、供液不足、氣體影響等。預(yù)警單元155會(huì)根據(jù)比較單元153的判斷結(jié)果先確定故障類型，再根據(jù)故障類型來(lái)確定故障等級(jí)，首先，不管是何種故障等級(jí)，預(yù)警單元巧5都會(huì)將其在監(jiān)控終端上自動(dòng)予以顯示，其次，對(duì)于一、二級(jí)故障，預(yù)警單元155還會(huì)利用聲音提示或蜂鳴報(bào)警進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)
Sfc目。作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，預(yù)警單元155在對(duì)一、二級(jí)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警后， 還會(huì)將該故障和相關(guān)的處理意見上報(bào)給相關(guān)部門備案和審批，然后根據(jù)相關(guān)部門的審批結(jié)果由相關(guān)人員進(jìn)行故障處理，再由預(yù)警單元巧5對(duì)故障處理后的工況進(jìn)行反饋。從而實(shí)現(xiàn)了油井工況實(shí)時(shí)分析和處理的閉環(huán)管理(參見圖4)。本實(shí)用新型實(shí)施例通過(guò)載荷傳感器和位移傳感器得到抽油桿載荷和位移，并以此得到光桿示功圖和泵功圖，再通過(guò)將泵功圖矢量化后與標(biāo)準(zhǔn)功圖相比較來(lái)確定故障情況， 從而可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的故障診斷和預(yù)警，而且故障診斷結(jié)果精確度高。下面通過(guò)一具體的實(shí)例來(lái)對(duì)上述方案進(jìn)行進(jìn)一步的描述[0035]假設(shè)對(duì)長(zhǎng)慶油田的井號(hào)為78-77、作業(yè)區(qū)為采油八廠樊學(xué)作業(yè)區(qū)、站點(diǎn)為學(xué)三轉(zhuǎn)的
油井進(jìn)行預(yù)警，在監(jiān)控終端上得到如表一所示的實(shí)時(shí)預(yù)警信息
實(shí)時(shí)預(yù)警信息分析時(shí)間故障名稱預(yù)警級(jí)別措施建議2010-6-30 9 27 53抽油桿斷脫1請(qǐng)起泵檢修表一此時(shí)該油井的泵功圖如圖5所示，其中曲線1為井口采集光桿示功圖，曲線2為通過(guò)計(jì)算得到泵功圖，由于圖中泵功圖形狀窄條型，最大最小載荷差值小于上下沖程靜載荷差值，且最小載荷小于下沖程靜載。因此可以判斷為抽油桿斷脫。經(jīng)過(guò)故障處理后，在監(jiān)控終端上得到了如表二所示的實(shí)時(shí)預(yù)警信息
實(shí)時(shí)預(yù)警信息分析時(shí)間故障名稱預(yù)警級(jí)別措施建議2010-7-14 15 04 17輕微結(jié)蠟3采取加藥或熱洗等清蠟措施表二此時(shí)該油井的泵功圖如圖6所示，從圖中可見，由于經(jīng)過(guò)處理，抽油桿斷脫的故障已經(jīng)解決，但是由于圖6中最大最小載荷差值明顯大于上下沖程靜載荷差值，該油井還存在輕微結(jié)蠟的問(wèn)題。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種油井故障實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括安裝在井口懸繩器上的載荷傳感器、安裝在抽油機(jī)游梁下方的位移傳感器、井組控制箱內(nèi)的控制終端、位于控制中心內(nèi)的無(wú)線服務(wù)器和預(yù)警裝置，所述載荷傳感器及位移傳感器所采集的抽油桿載荷和位移信號(hào)通過(guò)電纜傳輸至所述控制終端，所述控制終端通過(guò)所述井組天線將所述抽油桿載荷和位移信號(hào)以波的形式傳送給所述無(wú)線服務(wù)器，所述無(wú)線服務(wù)器將所述抽油桿載荷和位移信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并傳送給所述預(yù)警裝置，所述預(yù)警裝置包括示功圖轉(zhuǎn)換單元、泵功圖轉(zhuǎn)換單元、比較單元和預(yù)警單元，所述示功圖轉(zhuǎn)換單元用于利用所述抽油桿載荷和位移與時(shí)間的變化規(guī)律得到光桿示功圖；所述泵功圖轉(zhuǎn)換單元用于將所述光桿示功圖轉(zhuǎn)換為泵功圖；所述比較單元，用于采用多邊形逼近法對(duì)泵功圖數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)處理，過(guò)濾掉對(duì)泵功圖的幾何特征影響不大的數(shù)據(jù)點(diǎn)；將經(jīng)過(guò)多邊形逼近法處理過(guò)的泵功圖無(wú)因次化，再建立所述泵功圖的矢量鏈，將所述矢量鏈和標(biāo)準(zhǔn)故障矢量鏈庫(kù)中矢量鏈比對(duì)，根據(jù)比對(duì)結(jié)果得到油井工況的判斷結(jié)果；預(yù)警單元用于根據(jù)所述判斷結(jié)果進(jìn)行故障預(yù)警。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述泵功圖轉(zhuǎn)換單元具體用于分別建立抽油桿、油管有限元模型和液柱差分計(jì)算模型，然后迭代求解出深井泵口處載荷和抽油桿載荷和位移與時(shí)間的關(guān)系圖，即泵功圖。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)矢量功圖包括與各種故障相對(duì)應(yīng)的矢量功圖，所述比較單元具體用于根據(jù)矢量特征點(diǎn)找到對(duì)應(yīng)的矢量功圖，從而確定故障的類型。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)警單元具體用于根據(jù)判斷結(jié)果確定故障的等級(jí)，所述故障的等級(jí)包括三級(jí)一級(jí)故障為抽油桿斷脫、 凡爾失靈、卡泵；二級(jí)故障為嚴(yán)重結(jié)蠟、嚴(yán)重供液不足；三級(jí)故障為結(jié)蠟、供液不足、氣體影響；根據(jù)確定的故障等級(jí)在監(jiān)控終端自動(dòng)彈出預(yù)警信息，其中對(duì)于一、二級(jí)故障利用聲音提示或蜂鳴報(bào)警進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警。
專利摘要本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種油井故障實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)包括載荷傳感器、位移傳感器、控制終端、無(wú)線服務(wù)器和預(yù)警裝置，預(yù)警裝置包括示功圖轉(zhuǎn)換單元、泵功圖轉(zhuǎn)換單元、比較單元和預(yù)警單元，示功圖轉(zhuǎn)換單元用于利用抽油桿載荷和位移與時(shí)間的變化規(guī)律得到光桿示功圖；泵功圖轉(zhuǎn)換單元用于將光桿示功圖轉(zhuǎn)換為泵功圖；比較單元，用于提取泵功圖的矢量特征點(diǎn)，然后與標(biāo)準(zhǔn)矢量功圖相比較，根據(jù)比對(duì)結(jié)果得到油井工況的判斷結(jié)果；預(yù)警單元用于根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行故障預(yù)警。本實(shí)用新型實(shí)施例通過(guò)得到抽油桿載荷和位移，并以此得到光桿示功圖和泵功圖，再通過(guò)將泵功圖矢量化后與標(biāo)準(zhǔn)功圖相比較來(lái)確定故障情況，從而可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的故障診斷和預(yù)警，而且故障診斷結(jié)果精確度高。
文檔編號(hào)E21B47/00GK201943686SQ20102067063
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者慕立俊, 曾亞勤, 李明江, 楊瑞, 胡美艷, 辛宏, 郭方元, 黃偉 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司