本發(fā)明屬于抽油機(jī)井運(yùn)轉(zhuǎn)工況檢測(cè)，尤其是涉及一種用于抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況判定方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、抽油機(jī)是一種把原動(dòng)機(jī)的連續(xù)圓周運(yùn)動(dòng)變成往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)抽油桿帶動(dòng)抽油泵進(jìn)行抽油的機(jī)械設(shè)備。

2、目前應(yīng)用最為廣泛的抽油機(jī)為常規(guī)游梁式抽油機(jī)，主要由驢頭、游梁、橫梁、連桿、曲柄、平衡重、減速器、皮帶輪和電動(dòng)機(jī)等部分組成。常規(guī)游梁式抽油機(jī)的工作原理是電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)減速器輸入軸高速圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)減速器齒輪減速后，減速器輸出軸帶動(dòng)曲柄作低速圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)連桿、橫梁、游梁、驢頭、懸繩器等部分傳遞為井下泵的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而把地下的原油抽吸到地面上來(lái)。常規(guī)游梁式抽油機(jī)具有結(jié)實(shí)耐用、可靠性較高、零部件易于制造、適用工況范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但又存在傳動(dòng)環(huán)節(jié)多、能耗高、負(fù)扭矩、效率低、體積重量大等不足。

3、異相式游梁抽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與常規(guī)游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)相同，不同之處在于異相式游梁抽油機(jī)的曲柄中心線(xiàn)和平衡重重心與旋轉(zhuǎn)中心的連線(xiàn)之間有一個(gè)不為零的夾角。也就是說(shuō)，異相式游梁抽油機(jī)的曲柄中心線(xiàn)和平衡重重心與旋轉(zhuǎn)中心的連線(xiàn)之間的相位角不為零，而常規(guī)游梁式抽油機(jī)的曲柄中心線(xiàn)和平衡重重心與旋轉(zhuǎn)中心的連線(xiàn)之間的相位角為零，且曲柄軸遠(yuǎn)離游梁尾部一定距離。這種結(jié)構(gòu)使得異相式游梁抽油機(jī)的上沖程速度慢而下沖程速度快，降低了扭矩的峰值，產(chǎn)生了一定的節(jié)能效果。

4、油田信息化建設(shè)帶來(lái)了油井管理機(jī)制的變革，實(shí)現(xiàn)了油井的無(wú)人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控，降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，減少了勞動(dòng)用工。同時(shí)，井口溫度、壓力、示功圖、電功率等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，為一井一策的制定提供了可靠依據(jù)，為精細(xì)日常管理提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。然而，隨著數(shù)字化油井、信息化管理的不斷推進(jìn)，油井現(xiàn)場(chǎng)管理及運(yùn)維人員數(shù)量大幅下降，對(duì)油井精細(xì)化管理要求逐步提升，現(xiàn)有的油井僅對(duì)日產(chǎn)液量、耗電、油套及溫度等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，油井設(shè)備的完整性管理還不完善。從抽油機(jī)井有功功率方面考慮，抽油機(jī)的減速器輸出軸凈扭矩存在負(fù)扭矩，波動(dòng)劇烈，峰值扭矩大，勢(shì)必會(huì)增大有功輸入功率的消耗；從無(wú)功功率方面考慮，抽油機(jī)的減速器輸出軸凈扭矩波動(dòng)劇烈，峰值扭矩大，就需要選用大功率的電機(jī)及大扭矩的減速器，勢(shì)必會(huì)增大無(wú)功功率的消耗，這就是“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象。異相式游梁抽油機(jī)在正轉(zhuǎn)時(shí)，上沖程速度慢，下沖程速度快，扭矩的峰值降低達(dá)到了節(jié)能的目的，故抽油機(jī)機(jī)型與運(yùn)轉(zhuǎn)方式關(guān)系到抽油機(jī)井動(dòng)設(shè)備的安裝方式及節(jié)能運(yùn)行。

5、隨著數(shù)字化油井管理機(jī)制的全面建設(shè)及管理人員數(shù)量的大幅減少，油田對(duì)機(jī)型等靜態(tài)數(shù)據(jù)更新不及時(shí)，依賴(lài)人工通過(guò)視頻判斷抽油機(jī)井的運(yùn)轉(zhuǎn)模式，存在工作量大、且對(duì)機(jī)型認(rèn)識(shí)不準(zhǔn)確的問(wèn)題，甚至也可能存在因機(jī)型及運(yùn)轉(zhuǎn)方式錯(cuò)誤而導(dǎo)致減速箱安裝錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行故障的問(wèn)題。抽油機(jī)井機(jī)型及運(yùn)轉(zhuǎn)方式僅依靠人工識(shí)別及錄入，但工作人員較少，油井?dāng)?shù)據(jù)龐大，無(wú)法保證數(shù)據(jù)識(shí)別的準(zhǔn)確性、真實(shí)性及實(shí)時(shí)性，更嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致油井運(yùn)行故障，影響生產(chǎn)，造成經(jīng)濟(jì)損失，還可能對(duì)油區(qū)安全、環(huán)保造成影響。因此，亟需一種針對(duì)抽油機(jī)異相角及運(yùn)轉(zhuǎn)工況自動(dòng)檢測(cè)的技術(shù)和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況判定方法，包括：采集當(dāng)前完整沖程周期內(nèi)待判定抽油機(jī)的位移信息；根據(jù)完整沖程周期的位移信息提取所述第一時(shí)段和所述第二時(shí)段的位移信息，結(jié)合所述第一時(shí)段的初始時(shí)刻到所述第二時(shí)段的終止時(shí)刻之間的時(shí)長(zhǎng)，計(jì)算抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度特征，以判定所述待判定抽油機(jī)是否為游梁抽油機(jī)，其中，所述第一時(shí)段為將所述完整沖程周期劃分為多個(gè)相同的連續(xù)時(shí)段中的任一時(shí)段，所述第二時(shí)段為與所述第一時(shí)段非相鄰且位于所述第一時(shí)段之后的時(shí)段；在判定為游梁抽油機(jī)時(shí)，利用所述第一時(shí)段的位移信息分析抽油桿位置，并在抽油桿到達(dá)上死點(diǎn)位置時(shí)，計(jì)算所述待判定抽油機(jī)的異相角、以及抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)，基于此，得到當(dāng)前抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況。

2、優(yōu)選地，在計(jì)算抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度特征，以判定所述待判定抽油機(jī)是否為游梁抽油機(jī)的步驟中，包括：分別選取所述完整沖程周期內(nèi)的不同時(shí)段作為第一時(shí)段并計(jì)算每個(gè)第一時(shí)段對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度特征；通過(guò)分析比較每個(gè)第一時(shí)段所對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度特征，確定所述待判定抽油機(jī)是否為游梁抽油機(jī)，其中，在每個(gè)第一時(shí)段所對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度特征不完全相同時(shí)，判定所述待判定抽油機(jī)為游梁抽油機(jī)，反之，則判定所述待判定抽油機(jī)為皮帶機(jī)。

3、優(yōu)選地，所述懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度特征為懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)平均速度，其中，利用如下表達(dá)式計(jì)算所述懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)平均速度：

4、

5、其中，vi表示第i個(gè)時(shí)段的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)平均速度，pri表示第i個(gè)時(shí)段的位移，pr(i+2)表示第i+2個(gè)時(shí)段的位移，tn表示每個(gè)時(shí)段抽油桿的運(yùn)行時(shí)間。

6、優(yōu)選地，在利用所述第一時(shí)段的位移信息分析抽油桿位置的步驟中，包括：通過(guò)分析比較所述第一時(shí)段的位移與預(yù)設(shè)位移閾值，確定所述抽油桿是否到達(dá)上死點(diǎn)位置，其中，所述預(yù)設(shè)位移閾值根據(jù)游梁抽油機(jī)在歷史運(yùn)行過(guò)程中的完整沖程周期內(nèi)的位移變化特征而得到。

7、優(yōu)選地，在計(jì)算所述待判定抽油機(jī)的異相角、以及抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)，基于此，得到當(dāng)前抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況的步驟中，包括：利用所述待判定抽油機(jī)的抽油桿從下死點(diǎn)到達(dá)上死點(diǎn)的總時(shí)長(zhǎng)、以及所述完整沖程周期所對(duì)應(yīng)的時(shí)段數(shù)量，得到所述異相角；根據(jù)所述異相角判定所述待判定抽油機(jī)是否為異相型抽油機(jī)，其中，在判定為異相型抽油機(jī)時(shí)，利用抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)中的上行運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)和下行運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的比值，獲得用于生成運(yùn)轉(zhuǎn)工況的抽油機(jī)曲柄的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

8、優(yōu)選地，在根據(jù)所述異相角判定所述待判定抽油機(jī)是否為異相型抽油機(jī)的過(guò)程中，包括：若異相角為零，則判定所述待判定抽油機(jī)為常規(guī)抽油機(jī)，反之，則判定所述待判定抽油機(jī)為異相型抽油機(jī)。

9、優(yōu)選地，利用如下表達(dá)式計(jì)算所述異相角：

10、

11、其中，α表示異相角，itop表示抽油桿從下死點(diǎn)到達(dá)上死點(diǎn)的總時(shí)長(zhǎng)，n表示時(shí)段數(shù)量。

12、優(yōu)選地，在判定為異相型抽油機(jī)時(shí)，利用抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)中的上行運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)和下行運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的比值，獲得用于生成運(yùn)轉(zhuǎn)工況的抽油機(jī)曲柄的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的過(guò)程中，包括：若所述上行運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)和所述下行運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的比值小于1，且所述上行運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)小于所述下行運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)，則判定抽油機(jī)曲柄運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為反轉(zhuǎn)，并將反轉(zhuǎn)狀態(tài)作為當(dāng)前抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況；若所述上行運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)和所述下行運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的比值大于1，且所述上行運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)大于所述下行運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)，則判定抽油機(jī)曲柄運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為正轉(zhuǎn)，并將正轉(zhuǎn)狀態(tài)作為當(dāng)前抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況。

13、優(yōu)選地，在將所述完整沖程周期劃分為多個(gè)相同的連續(xù)時(shí)段的過(guò)程中，包括：所劃分出的時(shí)段數(shù)量在150到300之間。

14、另一方面，本發(fā)明還提供了一種用于抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況判定系統(tǒng)，所述運(yùn)轉(zhuǎn)工況判定系統(tǒng)包括如下模塊：位移信息采集模塊，其用于采集當(dāng)前完整沖程周期內(nèi)待判定抽油機(jī)的位移信息；游梁抽油機(jī)判定模塊，其用于根據(jù)完整沖程周期的位移信息提取所述第一時(shí)段和所述第二時(shí)段的位移信息，結(jié)合所述第一時(shí)段的初始時(shí)刻到所述第二時(shí)段的終止時(shí)刻之間的時(shí)長(zhǎng)，計(jì)算抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度特征，以判定所述待判定抽油機(jī)是否為游梁抽油機(jī)，其中，所述第一時(shí)段為將所述完整沖程周期劃分為多個(gè)相同的連續(xù)時(shí)段中的任一時(shí)段，所述第二時(shí)段為與所述第一時(shí)段非相鄰且位于所述第一時(shí)段之后的時(shí)段；運(yùn)轉(zhuǎn)工況判定模塊，其用于在判定為游梁抽油機(jī)時(shí)，利用所述第一時(shí)段的位移信息分析抽油桿位置，并在抽油桿到達(dá)上死點(diǎn)位置時(shí)，計(jì)算所述待判定抽油機(jī)的異相角、以及抽油桿的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)，基于此，得到當(dāng)前抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例可以具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

16、本發(fā)明提出了一種用于抽油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況判定方法及系統(tǒng)，該方法利用當(dāng)前完整沖程周期內(nèi)待判定抽油機(jī)的位移信息，分析待判定抽油機(jī)的相角特征，并根據(jù)相角特征分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)待判定抽油機(jī)的機(jī)型和運(yùn)轉(zhuǎn)模式的自動(dòng)檢測(cè)。本發(fā)明通過(guò)對(duì)位移變量異相角的檢測(cè)和綜合判斷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)待判定抽油機(jī)的機(jī)型和運(yùn)轉(zhuǎn)模式的自動(dòng)識(shí)別，解決了油井?dāng)?shù)字化抽油機(jī)的機(jī)型和運(yùn)轉(zhuǎn)模式無(wú)法自動(dòng)識(shí)別的問(wèn)題，適用于數(shù)字化油井的自動(dòng)化運(yùn)維及信息化管理，能夠指導(dǎo)抽油機(jī)井節(jié)能措施的實(shí)施。

17、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。