基于STM32的智能采油控制系統

李偉強

（西安石油大學 電子工程學院 陜西 西安 710065）

基于STM32的智能采油控制系統

李偉強

（西安石油大學 電子工程學院 陜西 西安 710065）

針對三低油田生產井存在抽汲速率與地層供液能力不匹配造成抽油機系統運行效率低下、費電損設的問題，提出了基于STM32的智能采油控制系統。該采油控制系統以動液面高度為核心，通過多次測量動液面高度判斷地層供液情況，調整變頻器使抽油機運行狀態符合地層供液能力，從而提高采油效率。該控制系統在供液不足油井的具有很廣闊的應用前景。

抽油機；動液面；供液能力；變頻器

1 引言

近年來隨著國內各個油田的生產井的持續開采進行，生產井到了開采的中后期普遍出現了產量低、地層供液能力下降、泵效低電能損耗大等問題。從2014年開始國際油價出現了雪崩式下跌，國內各大油企無法盈利甚至出現虧損，之前油田企業粗放式的管理與生產模式早已無法適應當前的國際石油環境。游梁式有桿泵采油方法以其結構簡單、適應性強和壽命長等特點，成為目前最主要的機械采油方法[1]，但是目前采油控制系統不能根據實際地層供液能力進行相應的調整，當抽汲速率大于供液能力時會出現泵效低、甚至造成設備損耗。目前各個油田針對地層供液不足生產井根據經驗制定間抽生產制度，這種做法在一定程度上提高了采油效率減少了能源消耗，但是并不沒有實現實時性與智能性。

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，該控制系統根據實時測量動液面高度計算當前沉沒深度來改變變頻器頻率調整抽油機沖次，有效的減少了不必要的能源浪費同時提高了油井的產量，在油田開采過程中具有很高的應用價值。

2 動液面控制增產的機理分析

采油控制智能采油控制系統是針對游梁式抽油機建立的，它能夠實時采集動液面數據并將數據傳送至控制柜，控制柜中的控制器對接收到的動液面數據進行分析計算，再將處理得到下一步運行指令輸出到變頻器，變頻器隨著井內動液面高度的實時具體情況進行調整變化，從而實現高效采油、減少不必要的電能損耗。該系統也是以動液面為核心，通過實時測量液位高度以及它的變化情況對抽油機進行調節。

動液面是油井生產穩定時，油套管環形空間的液面[2]，動液面直接反映了地層的供液能力的強弱，地層供液能力是決定油田開采產量和持續性的關鍵性因素。各個油田都是通過動液面決定泵深、計算井底流壓，根據它的變化制定某口井或者區塊的工作制度。

抽油井通過液面的變化反映井底壓力的變化，其產量可表示為

式中QL—油井產液量，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—產液指數，m3/（d*m）。

3 采油控制系統的硬件組成

采油控制系統主要是四部分構成：（1）動液面檢測部分，能夠實時采集動液面數據。（2）控制部分，控制器通過分析處理檢測到的動液面數據得到最佳的抽油機運行參數。（3）變頻部分，抽油機沖次根據變頻器頻率變化改變電動機的運行狀態。采油控制系統的硬件構成如圖1所示。

圖1 采油控制系統硬件構成圖

4 采油控制系統的程序設計

采油控制系統的嵌入式程序由C語言編寫，包括系統初始化、串口通訊處理、動液面數據的讀取、動液面高度判斷啟停、數據對比處理調整、抽油機的啟停、變頻調整等。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

采油控制系統開始運行時由油田工作人員上電開啟，根據具體地質情況與工況進行人工設定抽油機運行參數，包括沉沒度、開啟時間等，并將初始數據存儲在FLASH存儲器中。工作時控制器首先對系統進行初始化，進行通訊處理，控制器讀取動液面測量儀測量得到的動液面數據，進行一段時間測量并記錄相應的參數，程序根據數學模型與參考值進行比對、計算、處理得到合適的抽油機運行參數，再通過變頻器進行調整電動機改變沖次實現對動液面的間接控制，將抽油機運行在合理的沉沒度范圍內，從而實現提高泵效。

5 結論

（1）基于STM32的智能采油控制系統實現了動液面數據的實時采集，無需人工干預即可實現抽油機自動控制啟停，該系統可分析判斷當前井下情況并對抽油機運行狀態進行調整。

（2）該采油控制對其地面電機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。

[1]陳濤平，胡靖邦.石油工程[M].石油工業出版社.

[2]李穎川.采油工程[M].石油工業出版社.

[3]王慧，董康興，朱軍.基于智能控制法對抽油機井優化運行的研究[J].節能技術，2010，28（3）：222-224.

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

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

TE93 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）01-0218-02

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