一種基于STM32的智能采油控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) - 全文

1、引言

近年來隨著國內(nèi)各個油田的生產(chǎn)井的持續(xù)開采進(jìn)行，生產(chǎn)井到了開采的中后期普遍出現(xiàn)了產(chǎn)量低、地層供液能力下降、泵效低電能損耗大等問題。從2014年開始國際油價(jià)出現(xiàn)了雪崩式下跌，國內(nèi)各大油企無法盈利甚至出現(xiàn)虧損，之前油田企業(yè)粗放式的管理與生產(chǎn)模式早已無法適應(yīng)當(dāng)前的國際石油環(huán)境。游梁式有桿泵采油方法以其結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)和壽命長等特點(diǎn)，成為目前最主要的機(jī)械采油方法，但是目前采油控制系統(tǒng)不能根據(jù)實(shí)際地層供液能力進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，當(dāng)抽汲速率大于供液能力時(shí)會出現(xiàn)泵效低、甚至造成設(shè)備損耗。目前各個油田針對地層供液不足生產(chǎn)井根據(jù)經(jīng)驗(yàn)制定間抽生產(chǎn)制度，這種做法在一定程度上提高了采油效率減少了能源消耗，但是并不沒有實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性與智能性。

本文針對上文所述問題提出了一套基于STM32的智能采油控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)測量動液面高度計(jì)算當(dāng)前沉沒深度來改變變頻器頻率調(diào)整抽油機(jī)沖次，有效的減少了不必要的能源浪費(fèi)同時(shí)提高了油井的產(chǎn)量，在油田開采過程中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

2、動液面控制增產(chǎn)的機(jī)理分析

采油控制智能采油控制系統(tǒng)是針對游梁式抽油機(jī)建立的，它能夠?qū)崟r(shí)采集動液面數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳送至控制柜，控制柜中的控制器對接收到的動液面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，再將處理得到下一步運(yùn)行指令輸出到變頻器，變頻器隨著井內(nèi)動液面高度的實(shí)時(shí)具體情況進(jìn)行調(diào)整變化，從而實(shí)現(xiàn)高效采油、減少不必要的電能損耗。該系統(tǒng)也是以動液面為核心，通過實(shí)時(shí)測量液位高度以及它的變化情況對抽油機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

動液面是油井生產(chǎn)穩(wěn)定時(shí)，油套管環(huán)形空間的液面，動液面直接反映了地層的供液能力的強(qiáng)弱，地層供液能力是決定油田開采產(chǎn)量和持續(xù)性的關(guān)鍵性因素。各個油田都是通過動液面決定泵深、計(jì)算井底流壓，根據(jù)它的變化制定某口井或者區(qū)塊的工作制度。抽油井通過液面的變化反映井底壓力的變化，其產(chǎn)量可表示為：

QL=JL（Hs-Hf）=JL（Lf-Ls）

式中QL—油井產(chǎn)液量，m3/d；

Hs、Ls—靜液面的高度、深度，m；

Hf、Ls—動液面的高度、深度，m；

JL—產(chǎn)液指數(shù)，m3/（d*m）。

3、采油控制系統(tǒng)的硬件組成

采油控制系統(tǒng)主要是三部分構(gòu)成：

（1）動液面檢測部分，能夠?qū)崟r(shí)采集動液面數(shù)據(jù)。

（2）控制部分，控制器通過分析處理檢測到的動液面數(shù)據(jù)得到最佳的抽油機(jī)運(yùn)行參數(shù)。

（3）變頻部分，抽油機(jī)沖次根據(jù)變頻器頻率變化改變電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

采油控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示。

圖1 ?采油控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖

4、采油控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

采油控制系統(tǒng)的嵌入式程序由C語言編寫，包括系統(tǒng)初始化、串口通訊處理、動液面數(shù)據(jù)的讀取、動液面高度判斷啟停、數(shù)據(jù)對比處理調(diào)整、抽油機(jī)的啟停、變頻調(diào)整等?？刂破鞯能浖鞒虉D如圖2所示。

圖2 ? 控制器的軟件流程圖

采油控制系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)由油田工作人員上電開啟，根據(jù)具體地質(zhì)情況與工況進(jìn)行人工設(shè)定抽油機(jī)運(yùn)行參數(shù)，包括沉沒度、開啟時(shí)間等，并將初始數(shù)據(jù)存儲在FLASH存儲器中。工作時(shí)控制器首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，進(jìn)行通訊處理，控制器讀取動液面測量儀測量得到的動液面數(shù)據(jù)，進(jìn)行一段時(shí)間測量并記錄相應(yīng)的參數(shù)，程序根據(jù)數(shù)學(xué)模型與參考值進(jìn)行比對、計(jì)算、處理得到合適的抽油機(jī)運(yùn)行參數(shù)，再通過變頻器進(jìn)行調(diào)整電動機(jī)改變沖次實(shí)現(xiàn)對動液面的間接控制，將抽油機(jī)運(yùn)行在合理的沉沒度范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)提高泵效。

5、結(jié)論

（1）基于STM32的智能采油控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了動液面數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，無需人工干預(yù)即可實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)自動控制啟停，該系統(tǒng)可分析判斷當(dāng)前井下情況并對抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

（2）該采油控制對其地面電機(jī)效率與井下泵效均有提高，特別是對地層能量不足的間抽油井采油效率有很大的提高。