基于STM32的智能采油控制系統(tǒng)

李偉強(qiáng)

（西安石油大學(xué) 電子工程學(xué)院 陜西 西安 710065）

基于STM32的智能采油控制系統(tǒng)

李偉強(qiáng)

（西安石油大學(xué) 電子工程學(xué)院 陜西 西安 710065）

針對(duì)三低油田生產(chǎn)井存在抽汲速率與地層供液能力不匹配造成抽油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率低下、費(fèi)電損設(shè)的問題，提出了基于STM32的智能采油控制系統(tǒng)。該采油控制系統(tǒng)以動(dòng)液面高度為核心，通過多次測(cè)量動(dòng)液面高度判斷地層供液情況，調(diào)整變頻器使抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)符合地層供液能力，從而提高采油效率。該控制系統(tǒng)在供液不足油井的具有很廣闊的應(yīng)用前景。

抽油機(jī)；動(dòng)液面；供液能力；變頻器

1 引言

近年來隨著國(guó)內(nèi)各個(gè)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(guó)際油價(jià)出現(xiàn)了雪崩式下跌，國(guó)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(guó)際石油環(huán)境。游梁式有桿泵采油方法以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，成為目前最主要的機(jī)械采油方法[1]，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(huì)出現(xiàn)泵效低、甚至造成設(shè)備損耗。目前各個(gè)油田針對(duì)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(duì)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(cè)量動(dòng)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(dòng)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(duì)游梁式抽油機(jī)建立的，它能夠?qū)崟r(shí)采集動(dòng)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(duì)接收到的動(dòng)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(dòng)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(dòng)液面為核心，通過實(shí)時(shí)測(cè)量液位高度以及它的變化情況對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

動(dòng)液面是油井生產(chǎn)穩(wěn)定時(shí)，油套管環(huán)形空間的液面[2]，動(dòng)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(gè)油田都是通過動(dòng)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

式中QL—油井產(chǎn)液量，m3/d；

Hs、Ls—靜液面的高度、深度，m；

Hf、Ls—?jiǎng)右好娴母叨取⑸疃龋琺；

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)主要是四部分構(gòu)成：（1）動(dòng)液面檢測(cè)部分，能夠?qū)崟r(shí)采集動(dòng)液面數(shù)據(jù)。（2）控制部分，控制器通過分析處理檢測(cè)到的動(dòng)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(dòng)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(dòng)液面數(shù)據(jù)的讀取、動(dòng)液面高度判斷啟停、數(shù)據(jù)對(duì)比處理調(diào)整、抽油機(jī)的啟停、變頻調(diào)整等。控制器的軟件流程圖如圖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(chǔ)在FLASH存儲(chǔ)器中。工作時(shí)控制器首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，進(jìn)行通訊處理，控制器讀取動(dòng)液面測(cè)量?jī)x測(cè)量得到的動(dòng)液面數(shù)據(jù)，進(jìn)行一段時(shí)間測(cè)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(duì)、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(dòng)機(jī)改變沖次實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)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(dòng)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(dòng)控制啟停，該系統(tǒng)可分析判斷當(dāng)前井下情況并對(duì)抽油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

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

[1]陳濤平，胡靖邦.石油工程[M].石油工業(yè)出版社.

[2]李穎川.采油工程[M].石油工業(yè)出版社.

[3]王慧，董康興，朱軍.基于智能控制法對(duì)抽油機(jī)井優(yōu)化運(yùn)行的研究[J].節(jié)能技術(shù)，2010，28（3）：222-224.

[4]楊方勇，張亞斌，等.智能控制技術(shù)在蘇里格氣田低效井中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2013，33（6）：117-120.

[5]謝朝陽，周好斌.基于動(dòng)液面控制的抽油機(jī)變頻控制系統(tǒng)[J].石油機(jī)械，2009，37（9）：122-124.

TE93 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1009-5624（2018）01-0218-02

李偉強(qiáng)（1990-），男，漢族，陜西周至人，在讀碩士研究生，西安石油大學(xué)，從事石油檢測(cè)技術(shù)與過程控制研究。