[发明专利]油井动液面闭环控制系统

说明书

本发明涉及油井采油自动化控制。目前，在油井机械采油管理中，需要不断对被管理的油井动液面进行人工采集，每口油井的动液面反映了油层对油井的供液状况，根据油层对油井的供液状况采油管理人员需要不断调整抽油机的运行参数。调整抽油机运行参数的方法主要有三种，一种是通过改变抽油泵的泵径来增加或减少采液量；另一种是通过改变电动机皮带轮的直径来改变传动速比，用调节抽油机的运行速度来增加或减少采液量；再有一种是暂时关闭抽油机一段时间，使之间歇抽油。本发明的目的在于用一种使用计算机的油井动液面闭环控制系统来完成上述工作。

本发明的油井动液面闭环控制系统是一个安装在现有抽油机上的自动控制系统，它主要由三个部分构成，第一部分由油井动液面自动控制仪构成；第二部分是由能用计算机控制的机械次声波发讯装置和声压传感器组成；第三部分是由带转速测量和高、低位限速机构的电控机械无级变速器构成。本发明的油井动液面闭环控制系统主要有三个特征，第一个特征是自动测量油井动液面，第二个特征是将测出的油井动液面与原设定的标准液面比较后自动调节抽油机的运行速度。为了实现第二个特征，就需要在原来抽油机传动链中的电动机和带负载的减速箱之间安装电控机械无级变速器。第三个特征是电控机械无级变速器带转速测量和高、低位限速机构。

本发明的目的是这样实现的：在原来抽油机传动链中的电动机和带负载的减速箱之间安装一套带转速测量和高、低位限速机构的电控机械无级变速器；同时在油井套管阀门上安装一套能用计算机控制的机械次声波发讯装置和声压传感器，并用带屏蔽的信号线将机械次声波发讯装置和声压传感器及带转速测量和高、低位限速机构的电控机械无级变速器与油井动液面自动控制仪连接起来构成一个闭环控制系统。

说明书附图1是本发明的油井动液面闭环控制系统方块图；说明书附图2是油井动液面闭环控制系统安装在抽油机上的原理图。

下面结合说明书附图2和实施实例对本发明做进一步说明。

本发明的油井动液面闭环控制系统主要由控制、测量和执行三部分构成。其中控制部分由油井动液面自动控制仪1构成；测量部分是由能用计算机控制的机械次声波发讯装置2和声压传感器3构成；执行部分是由带转速测量和高、低位限速机构的电控机械无级变速器4构成。由带屏蔽的信号线5将三个部分连接起来组成本发明的油井动液面闭环控制系统。本发明在原来抽油机传动链中的电动机6和带负载的减速箱7之间安装一套带转速测量和高、低位限速机构的电控机械无级变速器4；同时在油井套管阀门8上安装一套能用计算机控制的机械次声波发讯装置2和声压传感器3；并用带屏蔽的信号线5将机械次声波发讯装置2和声压传感器3及带转速测量和高、低位限速机构的电控机械无级变速器4与油井动液面自动控制仪1连接起来构成一个闭环控制系统。油井动液面闭环控制系统的工作过程是在计算机的控制下自动进行的。首先由油井动液面自动控制仪1根据预先设定的时间，发出测量动液面的指令；然后机械次声波发讯装置2根据控制指令将电能转换成机械能，并进一步将机械能转换成气体的压力能，发出气压波讯号；采集部分使用的是回声测深技术，声压传感器3将气压波讯号及油井套管内液面的反射波信号转换为电信号送入油井动液面自动控制仪1中的A/D转换器；油井动液面自动控制仪1将采集到的反射波数据存入数据区，再由专门软件对数据进行处理计算出实际动液面的位置；最后由油井动液面自动控制仪1中的控制软件将实际动液面值与设定的标准液面值h进行比较后发出控制指令再由带转速测量和高、低位限速机构的电控机械无级变速器4改变抽油机的运行速度，达到增加或减少抽油机采液量的目的，完成闭环控制功能。

下面结合说明书附图1油井动液面闭环控制系统方块图，对本发明的油井动液面闭环控制系统与现有的控制系统做进一步对比说明。

每口油井的动液面反映了油层对油井的供液状况，根据油层对油井的供液状况采油管理人员需要不断调整抽油机的运行参数。现有的控制系统不能直接测量油井动液面，并且不能自动调整抽油机的运行参数。针对这两点，本发明的油井动液面闭环控制系统设计了两个闭合的内部控制回路；一个是动液面直接测量回路，该回路从油井动液面自动控制仪1开始经过机械次声波发讯装置2对油井的动液面发出测量讯号，再经过声压传感器3返回油井动液面自动控制仪1构成了动液面直接测量回路；该回路可根据预先设定的时间自动完成直接测量油井动液面的工作。另一个是机械无级变速器4的电控机构位置控制回路，该回路从油井动液面自动控制仪1开始经过电控机构和机械无级变速器4再经过转速传感器返回油井动液面自动控制仪1构成了电控机构的位置控制回路；该回路由油井动液面自动控制仪1根据预先设定的标准液面和测量出的实际动液面的误差求出电控机构的理论工作位置所对应的机械无级变速器4的输出速度，再根据转速传感器测量出的机械无级变速器4的实际输出速度求出电控机构的工作位置误差，最后由油井动液面自动控制仪1发出控制指令，消除该位置误差，使机械无级变速器4的输出速度达到要求，实现抽油机的采液量与油层对该井的供液量相匹配。