王勤昌　王豪

關(guān)鍵詞：示功圖;充滿度;自動(dòng)調(diào)節(jié);開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

目前，游梁式抽油機(jī)在油田抽油設(shè)備中占多數(shù)，根據(jù)示功儀數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)人工診斷井下狀況，然后通過計(jì)算充滿度來修正抽油機(jī)的沖次。但是，油井?dāng)?shù)量基數(shù)大，及時(shí)性和準(zhǔn)確性得不到保障，這就需要抽油機(jī)電控系統(tǒng)能自動(dòng)讀取示功儀數(shù)據(jù)并進(jìn)行智能化分析診斷，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速或啟動(dòng)間抽功能，達(dá)到節(jié)能增產(chǎn)的效果，同時(shí)智能化、信息化也符合油田的發(fā)展方向。結(jié)合開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在抽油機(jī)中的節(jié)能效果，本研究所設(shè)計(jì)的抽油機(jī)沖次動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行原理如圖1所示，具有通過示功儀數(shù)據(jù)自動(dòng)診斷、自動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能，能提高抽油機(jī)的節(jié)電率。

1系統(tǒng)原理

模擬量采集模塊通過4～20mA電流環(huán)獲取載荷傳感器及位移傳感器的數(shù)據(jù)，工控機(jī)（Industrial Personal Computer，IPC）與模擬量采集模塊通過RS232進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，IPC上的控制程序通過獲取功圖數(shù)據(jù)，繪制歸一化功圖并保存為圖像[1]，程序通過圖像輪廓Hu不變矩算法進(jìn)行輪廓提取及識(shí)別[2]，與模板庫中的功圖圖片進(jìn)行對(duì)比，自動(dòng)診斷出功圖類型，同時(shí)通過載荷逐點(diǎn)微分求出泵充滿度，每次計(jì)算的充滿度與上下限設(shè)定值進(jìn)行比較，計(jì)算的充滿度次數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，如果在上下限區(qū)間內(nèi)的充滿度次數(shù)占比大于等于達(dá)標(biāo)率設(shè)定值，則抽油機(jī)沖次維持不變;如果計(jì)算的充滿度大于上限的情況比小于上限的多，則增大抽油機(jī)沖次;如果計(jì)算的充滿度小于下限的情況比大于上限的多，則減小抽油機(jī)沖次;如果抽油機(jī)沖次小于間抽功能啟動(dòng)閾值，則啟動(dòng)間抽功能，間抽速度及啟停時(shí)間可設(shè)，控制程序在抽油機(jī)停機(jī)前1min，通過語音喇叭發(fā)出“抽油機(jī)即將停機(jī)，請(qǐng)注意安全”的語音警示，在抽油機(jī)啟動(dòng)前1min，發(fā)出“抽油機(jī)即將啟動(dòng)，請(qǐng)注意安全”的語音警示，避免抽油機(jī)突然停止或開啟時(shí)造成事故，同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)通過消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）及云服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到App端，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員可隨時(shí)隨地了解抽油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

2操作面板

操作面板如圖2所示。沖次調(diào)節(jié)在“手動(dòng)”模式下，油井現(xiàn)場(chǎng)人員通過旋轉(zhuǎn)“沖次調(diào)節(jié)”電位器旋鈕調(diào)節(jié)開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)抽油機(jī)沖次;沖次調(diào)節(jié)在“自動(dòng)”模式下，油井沖次由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。無論是自動(dòng)模式還是手動(dòng)模式，“停止”按鈕均有效，在抽油機(jī)運(yùn)行過程中，手自動(dòng)模式可任意切換：手動(dòng)切自動(dòng)，抽油機(jī)沖次未執(zhí)行調(diào)節(jié)之前，按手動(dòng)調(diào)節(jié)的沖次運(yùn)行;自動(dòng)轉(zhuǎn)手動(dòng)模式，沖次切換為手動(dòng)沖次設(shè)定值，IPC工控機(jī)上電自動(dòng)開機(jī)運(yùn)行控制軟件，自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)，具有斷線重連功能，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)定看門狗功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制軟件的運(yùn)行狀態(tài)，軟件一旦被關(guān)閉，10s后看門狗會(huì)自動(dòng)開啟控制軟件。

3軟件主界面

控制程序（見圖3）主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）示功圖繪制?？刂瞥绦蚋鶕?jù)載荷傳感器及位移傳感器數(shù)據(jù)，結(jié)合模板中的示功圖圖像尺寸，進(jìn)行歸一化處理，有利于完成圖像的輪廓對(duì)比。

（2）功圖類型診斷。將當(dāng)前繪制的功圖與模板庫中的功圖圖像通過OpenCV視覺庫進(jìn)行灰度[3]、二值化、輪廓點(diǎn)提取結(jié)合Hu不變矩算法進(jìn)行輪廓相似度對(duì)比，逐一計(jì)算出相似度，數(shù)值越小，說明兩者的輪廓越接近，從而找出當(dāng)前功圖的歸屬類型。

（3）在線學(xué)習(xí)。示功圖還有手動(dòng)圖像學(xué)習(xí)功能（見圖4），可以通過學(xué)習(xí)功能，逐步完善功圖模板庫，提高功圖識(shí)別成功率，可選擇3種濾波方式：均值、中值、高斯。經(jīng)測(cè)試，高斯濾波效果較好，邊緣參數(shù)閾值上下限可以自由設(shè)定，默認(rèn)0～255。

（6）實(shí)時(shí)監(jiān)控。IPC讀取電機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，將電機(jī)的實(shí)時(shí)電流、電壓、轉(zhuǎn)速等以曲線形式顯示，有助于現(xiàn)場(chǎng)分析，同時(shí)通過4G DTU模塊，將油井的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以MQTT協(xié)議方式發(fā)布到云服務(wù)器上[4]，手機(jī)端App便可以實(shí)時(shí)了解油井運(yùn)行情況。

4結(jié)語

本系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了沖次調(diào)節(jié)的及時(shí)性，尤其是針對(duì)低產(chǎn)井，可以實(shí)現(xiàn)間抽功能，提高了系統(tǒng)的節(jié)電率，但也有不足之處。在功圖診斷方面，為了提高診斷的準(zhǔn)確率，需提前手動(dòng)學(xué)習(xí)，將大量功圖加入模板庫中。下一步將機(jī)器深度學(xué)習(xí)AI技術(shù)引入功圖的自動(dòng)學(xué)習(xí)中，提高功圖診斷的準(zhǔn)確率。