基于峰值功率法的抽油机曲柄平衡分析系统的制作方法

本发明涉及油田生产信息化，特别是涉及到一种基于峰值功率法的抽油机曲柄平衡分析系统。

背景技术：

1、在游梁式抽油机井管理中，平衡率是衡量抽油机井管理水平的一个重要指标，传统的曲柄平衡分析方法是以抽油机上、下冲程中出现的峰值电流作为测试参数进行计算。在实际操作过程中，对比峰值电流平衡法和功率平衡法的耗电情况发现，游梁式抽油机井采用功率平衡法能耗更小。但是，游梁式抽油机功率平衡法是以抽油机上、下冲程中平均功率作为测试参数进行计算的，计算曲柄平衡块调整距离存在偏差，导致采油工需要多次调整才能达到要求，因此有必要解决这一问题。

2、在申请号：202010906994.9的中国专利申请中，涉及到游梁式抽油机旋转、流动式平衡块及调整方法，其平衡块为长方体箱体结构，平衡珠设在箱体内，位于平衡板的下部，在箱体内两端各设有一块弧形板，平衡板通过中轴设在箱体内的中上部，位于平衡珠的上部，箱体的顶部设有盖板，箱体与盖板之间设有密封垫，通过紧固螺栓连接，在箱体与平衡板的之间左端设有调整机构，盖板的中部下面设有蓄电池和无线信号接收执行模块。其方法是通过平衡珠自动流动实现在线平衡调整，中央处理单元通过多功能电表采集电流、电功信号，采用功率法或电流法计算抽油机平衡度，通过无线信号控制调整机构扩张或收缩，带动平衡板顺时针或逆时针转动，驱动平衡珠流动，从而达到游梁式抽油机平衡度自动调整的目的。该技术需要安装一种自动平衡装置，未涉及计算功率平衡的调整距离，成本高，难以大面积推广。

3、在申请号：202010759910.3的中国专利申请中，涉及到一种功率法抽油机平衡分析仪，其包括：功率采集卡，用于采集抽油机的功率数据；功率数据存储模块，用于接收和存储功率数据；基础数据存储模块，用于预存抽油机的基础数据；基础数据包括抽油机型号、电动机型号、平衡方式(曲柄、游梁、复合)、曲柄长度、平衡块数量、平衡块单重(曲柄、游梁)、平衡块重心半径(曲柄、游梁)等；数据分析模块将基础数据和功率数据作为已知量，执行功率法平衡分析运算的方法计算出平衡分析结果，执行平衡调整方法计算出平衡调整量；显示输出模块，用于输出显示上述平衡分析结果，平衡调整量和平衡调整方式建议。该技术使用的算法是平均功率法，并需要利用手持分析仪，误差大成本高，精确调整平衡块需要工人重复劳动。

4、在申请号：201610459100.x的中国专利申请中，涉及到一种新型游梁式抽油机自动调平衡方法和在线监测控制装置，包括电源模块、电参数采集模块、角度采集模块、平衡块电机输出控制模块、核心处理模块、通信模块和显示与设置模块。该发明提出了一种基于“极值功率”的平衡度计算与优化调节方法，能够实现游梁式抽油机平衡度计算与自动调节。特别是可以完成对加装平衡块调节电机的游梁式抽油机的平衡度最佳优化和自动反馈调节。改变平衡度节能研究中存在的人工调平衡困难、平衡度达标率低、智能化控制水平低等问题，达到减少能耗、提高产液量、改善能效的目的。该技术需要一台异步伺服电机为主的装置动态调节，成本投入大且没有涉及功率平衡的调整距离算法，难以大面积推广。

5、在申请号：201410783240.3的中国专利申请中，涉及到一种抽油机井运行平衡的调整方法，为了实现现场抽油机井平衡调整方便实用性测量。技术要点：获得有功功率平均值和上下冲程净扭矩叠加值p上下；根据p上下获得抽油机井的环空动液面hy；通过上冲程有功功率平均值与下冲程有功功率平均值判断平衡块是否需要移动调整及调整平衡块的移动方向；如需要调整，则确定抽油机平衡块调整移动量，来调整抽油机的平衡块。该方法采用功率法，需要调平衡时实测动液面hy与不需要调平衡时动液面hy前之间变化量与平衡块调整量建立关系，同一抽油机井按机型完善好所存储的工况信息，测试中存储信息可任意调用，实测数据进行工况参数修正，实现抽油机井平衡调整实用性测量，测量后现场给出调整的方法。该技术使用的算法是平均功率法，计算曲柄平衡块调整距离误差大，精确调整平衡块需要工人重复劳动。

6、以上现有技术均与本发明有较大区别，未能解决我们想要解决的技术问题，为此我们发明了一种新的基于峰值功率法的抽油机曲柄平衡分析系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种降低员工劳动强度，提高抽油井系统效率的基于峰值功率法的抽油机曲柄平衡分析系统。

2、本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于峰值功率法的抽油机曲柄平衡分析系统，该基于峰值功率法的抽油机曲柄平衡分析系统包括依次连接的数据传输模块、数据清洗模块、数据存储模块、数据分析模块、数据计算模块和效果评价模块，该数据传输模块将外部数据源提供的数据进行数据合并，并将合并后的数据传输给该数据清洗模块，该数据清洗模块利用数据清洗技术，将空数据和错误数据剔除，并写入错误日志缓存，然后将清洗过的数据传至该数据存储模块；该数据存储模块存储错误日志和清洗后的数据，通过该数据分析模块分析、该数据计算模块计算、该效果评价模块评价后，得到平衡分析及评价结果。

3、本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

4、外部数据源提供的数据包括功率图数据ww[0:199]、平衡块重量m、冲程s、冲次n、平衡率％，地面效率η，设定默认下死点偏角默认极位夹角

5、该数据计算模块根据以峰值功率为基础的曲柄平衡块调整距离算法，计算出曲柄平衡块需调整的距离，设定单井一天内的功率数集为x1[0:47]，从x1[0：47]中取出一组数据x1[i]，i为0至47的自然数，x1[i]是包含209组数据的字符串，前9组数据分别代表井号、采集日期date格式数字、采集时间t ime数字格式、冲程s、冲次n、数据编号、最大载荷zmax、最小载荷zmin、单组功率图采集点数n＝200个，最后是位移-功率数组ww[0:199]共200个点组，将200组位移-功率数组前100个分为上冲程数组，后100个分为下冲程数组，并分析出上冲程功率峰值pumax，上冲程峰值功率对应序号cumax，上冲程平均功率puavg，下冲程功率峰值pdmax，下冲程峰值功率对应序号cdmax，下冲程平均功率pdavg，并写入该数据存储模块。

6、该数据计算模块利用根据公式(1)计算下行最大之对应角度根据公式(2)计算出上行最大之对应角度根据平衡率公式(3)式通过多次循环，计算出调整距离△r；曲柄平衡调整后，该效果评价模块评价调整后实际变化情况，并生成修正系数和评价报告：

7、

8、公式中：-下行峰值功率对应运转角度，°；

9、-极位夹角，°；

10、cdmax-下行功率极值对应序号；

11、100-上、下冲程数据组数，为采用每副功率图采集200组数据；

12、π-圆周率取值3.1415926；

13、

14、公式中：-上行峰值功率对应运转角度，°；

15、-极位夹角，驴头从下死点运行到上死点期间，曲柄所运转的角度-180°，°；

16、cumax-上行功率极值对应序号；

17、100-上、下冲程数据组数，为采用每副功率图采集200组数据；

18、π-圆周率取值3.1415926；

19、

20、

21、

22、公式中：△r-计算调整距离，m；

23、pumax-上冲程功率峰值，kn；

24、pdmax-下冲程功率峰值，kn；

25、m-平衡块重量，kn；

26、g-重力加速度，9.8m/s2；

27、η-地面效率，％；

28、n-冲次，r/min；

29、k-修正系数；

30、π-圆周率取值3.1415926

31、-死点夹角；就是抽油机驴头位于下死点时，曲柄中心线与垂线之间的夹角，夹角以驴头方向为正；

32、△r＇-模拟调整距离，向外为正，m；

33、△pu[i]＇-调整距离为△r＇时，上冲程采集的100个功率点，第i个采集点应变化的值，kw；

34、△pd[i]＇-调整距离为△r＇时，下冲程采集的100个功率点，第i个采集点应变化的值，kw。

35、该数据计算模块根据公式(1)-(3)或(4)-(5)，经过多轮循环计算得出pumax≈pdmax时△r的值；调整后，利用机器学习，根据公式(3)对调整参数进行分析，得到实际极位夹角、被调整曲柄平衡块的死点偏角、地面效率的修正系数，这组修正参数能够修正曲柄平衡块重量m、地面效率η这些线性误差。

36、该数据计算模块会在下一次调整曲柄平衡时，依据上次平衡调整数据，自动修正采集数据不准导致的线性误差，得到更加精准的曲柄平衡块调整距离，确保平衡率调整一次成功。

37、该数据分析模块对数据一致性进行分析，如果出现数据不一致，则将数据不一致错误记录到该数据存储模块的错误日志，如果数据一致，则分析出最具代表性的数据交给该数据计算模块，该数据计算模块通过理论计算调前数据，得到调前预测数据，交给该效果评价模块。

38、该效果评价模块通过计算调前预测数据和调后的实际数据，得到变化数据，拟合得到变化数据相位差，幅度差，得到实际的极位夹角、死点偏角、线性误差，最后生成评价报告。

39、该数据清洗模块可根据多个功率曲线的均方差，自动判断功率曲线中的功率图不一致的问题，并选用最合适的功率曲线，防止因采集数据波动，影响计算结果。

40、该基于峰值功率法的抽油机曲柄平衡分析系统还包括数据显示模块，该数据显示模块连接于该数据传输模块、该数据清洗模块、该数据存储模块、该数据分析模块、该数据计算模块和该效果评价模块，显示平衡分析及评价结果，显示调整前后功率预计变化，以及修正系数。

41、该数据显示模块将该最合适的功率曲线，以可视化图形方式呈现给用户，用户可以更加直观的审查数据，方便用户检查基础数据是否可用。

42、该基于峰值功率法的抽油机曲柄平衡分析系统还包括多功能终端，该多功能终端连接于该数据传输模块、该数据清洗模块、该数据存储模块、该数据分析模块、该数据计算模块和该效果评价模块，为一台工控机。

43、该多功能终端在进入时通过加密手段存储账号密码、接口这些敏感数据，能够防止敏感数据泄漏。

44、本发明中的基于峰值功率法的抽油机曲柄平衡分析系统，基于油田信息技术，用于油田现场游梁式抽油机曲柄平衡块调整，有效地辅助员工对平衡率数据进行自动分析、计算、评价，精确计算曲柄平衡块调整距离，指导抽油机井的曲柄平衡块调整，降低员工劳动强度，提高抽油井系统效率，节省电能，延长设备使用寿命。