王勤昌　王豪

关键词：示功图;充满度;自动调节;开关磁阻电机调速系统

目前，游梁式抽油机在油田抽油设备中占多数，根据示功仪数据和经验人工诊断井下状况，然后通过计算充满度来修正抽油机的冲次。但是，油井数量基数大，及时性和准确性得不到保障，这就需要抽油机电控系统能自动读取示功仪数据并进行智能化分析诊断，自动调节电机转速或启动间抽功能，达到节能增产的效果，同时智能化、信息化也符合油田的发展方向。结合开关磁阻电机调速系统在抽油机中的节能效果，本研究所设计的抽油机冲次动态调节系统运行原理如图1所示，具有通过示功仪数据自动诊断、自动计算、自动调节等功能，能提高抽油机的节电率。

1系统原理

模拟量采集模块通过4～20mA电流环获取载荷传感器及位移传感器的数据，工控机（Industrial Personal Computer，IPC）与模拟量采集模块通过RS232进行数据通信，IPC上的控制程序通过获取功图数据，绘制归一化功图并保存为图像[1]，程序通过图像轮廓Hu不变矩算法进行轮廓提取及识别[2]，与模板库中的功图图片进行对比，自动诊断出功图类型，同时通过载荷逐点微分求出泵充满度，每次计算的充满度与上下限设定值进行比较，计算的充满度次数达到设定值时，如果在上下限区间内的充满度次数占比大于等于达标率设定值，则抽油机冲次维持不变;如果计算的充满度大于上限的情况比小于上限的多，则增大抽油机冲次;如果计算的充满度小于下限的情况比大于上限的多，则减小抽油机冲次;如果抽油机冲次小于间抽功能启动阈值，则启动间抽功能，间抽速度及启停时间可设，控制程序在抽油机停机前1min，通过语音喇叭发出“抽油机即将停机，请注意安全”的语音警示，在抽油机启动前1min，发出“抽油机即将启动，请注意安全”的语音警示，避免抽油机突然停止或开启时造成事故，同时，现场抽油机的运行状态通过消息队列遥测传输协议（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）及云服務器转发到App端，现场生产人员可随时随地了解抽油机的运行状态。

2操作面板

操作面板如图2所示。冲次调节在“手动”模式下，油井现场人员通过旋转“冲次调节”电位器旋钮调节开关磁阻电机转速，进而调节抽油机冲次;冲次调节在“自动”模式下，油井冲次由控制系统实现自动调节。无论是自动模式还是手动模式，“停止”按钮均有效，在抽油机运行过程中，手自动模式可任意切换：手动切自动，抽油机冲次未执行调节之前，按手动调节的冲次运行;自动转手动模式，冲次切换为手动冲次设定值，IPC工控机上电自动开机运行控制软件，自动联网，具有断线重连功能，同时系统设定看门狗功能，实时监测控制软件的运行状态，软件一旦被关闭，10s后看门狗会自动开启控制软件。

3软件主界面

控制程序（见图3）主要实现以下功能：

（1）示功图绘制。控制程序根据载荷传感器及位移传感器数据，结合模板中的示功图图像尺寸，进行归一化处理，有利于完成图像的轮廓对比。

（2）功图类型诊断。将当前绘制的功图与模板库中的功图图像通过OpenCV视觉库进行灰度[3]、二值化、轮廓点提取结合Hu不变矩算法进行轮廓相似度对比，逐一计算出相似度，数值越小，说明两者的轮廓越接近，从而找出当前功图的归属类型。

（3）在线学习。示功图还有手动图像学习功能（见图4），可以通过学习功能，逐步完善功图模板库，提高功图识别成功率，可选择3种滤波方式：均值、中值、高斯。经测试，高斯滤波效果较好，边缘参数阈值上下限可以自由设定，默认0～255。

（6）实时监控。IPC读取电机的实时运行数据，将电机的实时电流、电压、转速等以曲线形式显示，有助于现场分析，同时通过4G DTU模块，将油井的实时数据以MQTT协议方式发布到云服务器上[4]，手机端App便可以实时了解油井运行情况。

4结语

本系统经过现场试验，实现了冲次调节的及时性，尤其是针对低产井，可以实现间抽功能，提高了系统的节电率，但也有不足之处。在功图诊断方面，为了提高诊断的准确率，需提前手动学习，将大量功图加入模板库中。下一步将机器深度学习AI技术引入功图的自动学习中，提高功图诊断的准确率。