低冲次位移采集示功仪的研究

低冲次位移采集示功仪的研究

孙长江  谢欣岳  杨建权  张勇  

新疆金牛能源物联网科技股份有限公司  新疆克拉玛依市  834000

[摘  要]油田作业区中，低产井使用低冲次采集方式，不仅可以降本增效并有效避免空抽，更有利于原油开采。但油田传统一体化无线示功仪由于技术制约，在低冲次井上普遍存在所采集功图乱，冲程、冲次算不准，图形不标准等问题。为适应油田生产发展需求，本次研究主要从抽油机低冲次示功仪入手，开发能够实现低冲次位移采集的示功仪，通过软硬件技术升级，结合算法研究从而解决目前油田现场低冲次采油井无线一体化示功仪在低冲次井上会存在功图乱，冲程、冲次算不准，图形不标准等问题。

[关键词] 低冲次；示功仪；降本增效；

1  前言

随着油田开发的持续深入，我国绝大多数油田已步入开发的中后期阶段，低产井的开采数量呈现出显著的增长趋势。然而，当前国内普遍使用的游梁式抽油机，受限于其电机和减速比的设计，其最低冲次仅能达到4 min－1，甚至某些机型仅能达到6 min－1，这一局限性导致低产井普遍出现空抽现象，严重影响开采效率。当这些常规机型应用于供液不足的低产油井时，不仅油井的产量低下，而且功率消耗巨大，同时油管、抽油杆、抽油泵等关键部件磨损严重，极大地缩短了其使用寿命。相比之下，低冲次抽油机凭借其结构简单、性能稳定可靠、操作维护便捷以及维护成本低廉等诸多优势，受到了广泛的关注和应用[1]。因此，全国各地油田对长冲程、低冲次抽油机的需求日益迫切，增长幅度显著。

然而，目前在低冲次抽油机上应用的传统一体化无线示功仪却存在诸多问题。例如，采集的功图混乱、冲程和冲次的计算不准确、图形不标准等异常现象频发。这些问题的根源在于示功仪内部数据处理方式过于简单，且精度不足。特别是在西北地区的冬季低温环境下，无线示功仪有时甚至出现无法采集功图或无法完整传输功图数据的情况，导致后台无法接收到功图数据，功图间隔出现。

为了解决这些问题，我们迫切需要对无线示功仪进行深入的优化和改进，提升其数据采集的准确性和稳定性，以适应低冲次抽油机的特殊需求。

2  低冲次位移采集示功仪研究内容

主要从示功仪入手，开发出一套包含通讯模块、数据采集模块、数据分析模块、低功耗模块等功能的低冲次示功仪，设计了一套能够实现低冲次位移采集的方案。此方案组网灵活，安装方便，无需布线，可实现多点分布测量，可广泛用于石油油水井采集工艺中，也可与其他产品配套使用在需要采集载荷的场景中。

2.1从产品的硬件设计到算法到制造包括壳体设计

研究示工仪壳体的设计及低功耗电路的设计，开发加速度运动采集算法。

2.2 研究功图位移原始数据采集及测试方法

通过软硬件技术升级，结合算法研究从而解决目前油田现场低冲次采油井无线一体化示功仪在低冲次井上会存在功图乱，冲程、冲次算不准，图形不标准等问题。

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2.3 研究位移真值的测试方法

在一个完整的冲次中，传感器一般测取两百个数据点，以此载荷和位移数据绘制出的封闭坐标曲线称为示功图。而在现场应用场景中，所采集的数据难免受到周围环境影响，从而导致所绘制图形并不理想。此次开发时，应用利用快速傅里叶算法将所得到的原始数据进行初步处理。

2.4 研究同步比对的位移测试的实验方法

通过研究加速度运动采集算法来对运动中的示功仪进行加速度测量，用测得的加速度积分得到速度和位移，通过对比进行误差值计算，故而计算出的位移精度同样比较可观。

2.5研究通过运动特征计算光杆位移的方法

比如1s，在这个时间段内测量一次加速度，然后根据以前累积下来的速度(包括速率和方向)和位置，计算前1s的总位移和终点速度。如此反复计算就可以得到结果动态零点校正和确定积分边界条件，并对影响位移测量精度的各种因素作了定量分析。

3 测试分析

在实验时，为了验证算法在不同工况下的适应性，需要结合不同抽油机的类型、冲程、冲次做对应的测试。主要从加速度信号噪声处理方面考虑。

为了满足测试需要，通过示功仪的直通模式，技术人员先收集各类功图数据，并记录功图数据对应的抽油机运行参数如冲程、冲次参数。将采集到的数据和对应的运行参数匹配存储，便于后期真实数据仿真处理。

一般在抽油机运动的冲次周期整个过程中，传感器会测量并获取大约两百个数据点，基于这些载荷和位移数据点绘制出的闭合坐标曲线，我们通常称之为示功图。然而，在实际应用环境中，由于周围环境的干扰，所采集的数据往往存在误差，导致绘制出的图形质量不尽如人意。因此，在本次开发过程中，我们采用了加速度采集算法对获取的原始数据进行初步筛选和处理。

在现场测试阶段，我们利用样机切换到点对点测试模式，对抽油机运行过程中产生的示功仪原始数据进行实时采集和记录。随后，我们分别在上位机和嵌入式系统中，通过算法验证和比对，以检验数据的稳定性和准确性。只有当数据表现稳定且准确时，我们才会认为该工况测试通过。

4 应用分析

我国主力油田进入开发的中后期，地层能量递减，低效井数量不断增加。对低产井使用低冲次采集，可以降本增效并有效避免空抽。完善低冲次无线一体化示功仪的开发，可以有效解决现有示功仪在低冲次油井上功图不准，无法指导生产的问题。

本次研究主要从抽油机低冲次示功仪入手，开发能够实现低冲次位移采集的示功仪，通过软硬件技术升级，结合算法研究从而解决目前油田现场低冲次采油井无线一体化示功仪在低冲次井上会存在功图乱，冲程、冲次算不准，图形不标准等问题。推动低冲次，高冲程抽油机技术在国内的发展，破除国外相应技术封锁，促进国内能源行业又好又快发展。

5低冲次示功仪展望

首先，低冲次位移采集示功仪在优化抽油机运行参数方面将发挥重要作用。通过精确测量抽油机的冲次、冲程等关键参数，示功仪可以帮助工程师更准确地了解抽油机的工作状态，从而进行针对性的优化调整。这不仅可以提高抽油机的运行效率，降低能耗，还可以延长抽油机的使用寿命，减少维护成本。

其次，低冲次位移采集示功仪在油井测试中将发挥更加关键的作用。通过绘制精确的示功图，工程师可以更加准确地了解油井的工作状况，及时发现并解决潜在问题。同时，示功图还可以用于计算油井的产量，为油田开发提供重要的数据支持。

此外，随着物联网、大数据等技术的不断发展，低冲次位移采集示功仪有望与这些先进技术相结合，实现更加智能化、自动化的油田管理。例如，通过将示功仪与云计算平台相连，工程师可以实时远程监控抽油机的运行状态，及时发现并解决故障。同时，通过对大量示功图数据进行分析和挖掘，可以提取出更多有价值的信息，为油田开发提供决策支持。

然而，低冲次位移采集示功仪的应用也面临一些挑战。例如，如何进一步提高示功仪的测量精度和稳定性，以适应更加复杂多变的油田环境；如何降低示功仪的制造成本，以推动其在更多油田的普及应用等。针对这些挑战，我们需要持续进行技术创新和研发，推动低冲次位移采集示功仪的性能不断提升。

综上所述，低冲次位移采集示功仪在油田开发中具有广阔的应用前景。随着技术的不断进步和应用的不断深化，它将在优化抽油机运行参数、提高油井测试精度、实现智能化油田管理等方面发挥更加重要的作用。

参考文献

[1]吴斌,李兵元,殷洁,等.低冲次示功仪的研究与应用分析[J].中国管理信息化, 2021, 024(020):P.127-128.

[2]张连山.我国抽油机的发展趋势[J].钻采工艺,1996(06):41-47.

[3]李红才,秦德福,鱼岗等.节能型超低冲次抽油机技术研究[J].石油矿场机械,2010,39(05):49-51.