基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法及装置
技术领域
本发明涉及石油开发领域，尤其是涉及油田无杆采油技术领域，具体涉及一种基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法及装置。
背景技术
随着斜井、丛式井快速增长，有杆举升采油方式杆管偏磨严重，检泵周期缩短，同时有杆举升系统能耗利用率低，而电潜柱塞泵是一种逐渐兴起并且应用的新型无杆举升采油系统，该举升方式不使抽油杆，直接将直线电机置于井下直接驱动抽油泵往复抽油，电潜柱塞泵之后，油井的维修费用大大减少，节能效果显著，电潜柱塞泵具有良好的应用前景，是未来油田举升工艺的一个发展方向。
传统的有杆泵井通过采集井口光杆的示功图，然后利用数学方法得到井下泵功图；电潜柱塞泵油井由于没有抽油杆，无法在井口采集井下柱塞泵的示功图。
由上，目前缺乏一种可以准确计算电潜柱塞泵的泵功图的方法及装置。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明能够建立一种准确计算电潜柱塞泵的泵功图的方法，从而为泵工况诊断奠定基础。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法，包括：
根据电潜柱塞泵中井柱塞的位移及所述电潜柱塞泵中电机的有功功率生成电功图；
利用电机输出轴功率模型及柱塞载荷模型，根据所述电功图生成泵功图。
一实施例中，利用电机输出轴功率模型及柱塞载荷模型，根据所述电功图生成泵功图，包括：
将所述电功图输入所述电机输出功率模型，生成电机输出功率；
将所述电机输出功率输入至所述柱塞载荷模型，输出所述电潜柱塞泵的载荷。
一实施例中，基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法，还包括：
采集所述电机的地面实测功率；
根据电缆线径、载流量及电压计算电缆损失功率；
根据所述电机地面实测功率及所述电缆损失功率计算所述有功功率。
一实施例中，所述电机输出轴功率模型包括：
其中，Pout-电机输出功率，kW；β—电动机的瞬时功率利用率，％；PN—电动机额定功率，kW；P0—电动机空耗功率，kW；α-电动机额定效率，％；Pin—电动机输入功率，kW。
一实施例中，所述柱塞载荷模型包括：
其中，F(t)—动子推力，N；m—动子质量，kg；a(t)—动子加速度，m/s；f—摩擦力，N；v(t)为电潜柱塞泵运动速度规律函数。
第二方面，本发明提供利用基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法的基于电潜柱塞泵的泵功图生成装置，该装置包括：
电工图生成单元，用于根据电潜柱塞泵中井柱塞的位移及所述电潜柱塞泵中电机的有功功率生成电功图；
泵功图生成单元，用于利用电机输出轴功率模型及柱塞载荷模型，根据所述电功图生成泵功图。
一实施例中，所述泵功图生成单元包括：
电机输出功率生成模块，用于将所述电功图输入所述电机输出功率模型，生成电机输出功率；
载荷输出模块，用于将所述电机输出功率输入至所述柱塞载荷模型，输出所述电潜柱塞泵的载荷。
一实施例中，基于电潜柱塞泵的泵功图生成装置还包括：
地面实测功率采集单元，用于采集所述电机的地面实测功率；
电缆损失功率计算单元，用于根据电缆线径、载流量及电压计算电缆损失功率；
有功功率计算单元，用于根据所述电机地面实测功率及所述电缆损失功率计算所述有功功率。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行程序时实现基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法的步骤。
从上述描述可知，本发明提供基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法及装置，通过实时采集电潜柱塞泵三相电流、三相电压、三相有功功率和三相无功功率等电参数；并制作电功图，根据电动机效率模型和电动机动子的动力学方程，建立泵载荷模型，结合柱塞运动规律得到井下泵功图。综上，本发明能够建立一种准确计算电潜柱塞泵的泵功图的方法，从而为泵工况诊断提供支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例中的基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法的流程示意图；
图2为本发明的实施例中步骤200的流程示意图；
图3为本发明的具体应用实例的流程示意图；
图4为本发明的具体应用实例中井H的有功功率计算结果示意图；
图5为本发明的具体应用实例中井H的柱塞泵位移随时间的变化函数计算结果示意图；
图6为本发明的具体应用实例中井H的电功图计算结果示意图；
图7为本发明的具体应用实例中井H的泵功图计算结果示意图；
图8为本发明的实施例中的基于电潜柱塞泵的泵功图生成装置的结构示意图；
图9为本发明的实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例提供一种基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法的具体实施方式，参见图1，该方法具体包括如下内容：
步骤100：根据电潜柱塞泵中井柱塞的位移及所述电潜柱塞泵中电机的有功功率生成电功图。
步骤100在具体实施时，以电潜柱塞泵中井柱塞的位移作为横坐标、以电机有功功率为纵坐标，绘制一个冲程周期的的闭合曲线即为电功图。
步骤200：利用电机输出轴功率模型及柱塞载荷模型，根据所述电功图生成泵功图。
通过电机输出轴功率模型及柱塞载荷模型，以电工图为自变量，计算出的因变量即为泵功图。可以理解的是，通过电参数直接将电功图转化为井下泵功图，并且无需在井下安装载荷传感器。
从上述描述可知，本发明提供基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法，通过实时采集电潜柱塞泵三相电流、三相电压、三相有功功率和三相无功功率等电参数；并制作电功图，根据电动机效率模型和电动机动子的动力学方程，建立泵载荷模型，结合柱塞运动规律得到井下泵功图。综上，本发明能够建立一种准确计算电潜柱塞泵的泵功图的方法，从而为泵工况诊断提供支持。
优选地，参见图2，步骤200包括：
步骤201：将所述电功图输入所述电机输出功率模型，生成电机输出功率。
步骤201中的电机输出轴功率模型可以为：
其中，Pout-电机输出功率，kW；β—电动机的瞬时功率利用率，％；PN—电动机额定功率，kW；P0—电动机空耗功率，kW；α-电动机额定效率，％；Pin—电动机输入功率，kW。
步骤202：将所述电机输出功率输入至所述柱塞载荷模型，输出所述电潜柱塞泵的载荷。
步骤201中的柱塞载荷模型可以为：
其中，F(t)—动子推力，N；m—动子质量，kg；a(t)—动子加速度，m/s；f—摩擦力，N；v(t)为电潜柱塞泵运动速度规律函数。
优选地，基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法还包括：
采集所述电机的地面实测功率。
可以理解的是，需要采集的参数还包括电潜柱塞泵井下电流、电压、有功功率及无功功率等。
一实施例中，可以根据电缆线径、载流量及电压计算电缆损失功率。
在具体实施时，可通过下式计算电缆损失功率：
式中：P为电缆损失功率；I为载流量；U为电压。
一实施例中，可以根据所述电机地面实测功率及所述电缆损失功率计算所述有功功率。
在具体实施时，可通过电动机输入功率模型计算所述有功功率：
电动机输入功率模型：Pin＝Ptest-ΔP
Pin—电动机输入功率，kW；Ptest—地面实测功率，kW；ΔP—电缆功率损失，kW。
从上述描述可知，本发明提供基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法，通过实时采集电潜柱塞泵三相电流、三相电压、三相有功功率和三相无功功率等电参数；并制作电功图，根据电动机效率模型和电动机动子的动力学方程，建立泵载荷模型，结合柱塞运动规律得到井下泵功图。综上，本发明能够建立一种准确计算电潜柱塞泵的泵功图的方法，从而为泵工况诊断提供支持。
为进一步地说明本方案，本发明以大庆油田井H为例，提供基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法的具体应用实例，该具体应用实例具体包括如下内容，参见图3。
S0：采集电机的地面实测功率。
可以理解的是，需要采集的参数还包括电潜柱塞泵井下电流、电压、有功功率及无功功率等。
S1：根据电缆线径、载流量及电压计算电缆损失功率。
在具体实施时，可通过下式计算电缆损失功率：
式中：P为电缆损失功率；I为载流量；U为电压。
S2：根据所述电机地面实测功率及所述电缆损失功率计算所述有功功率。
在具体实施时，可通过电动机输入功率模型计算所述有功功率：
电动机输入功率模型：Pin＝Ptest-ΔP
Pin—电动机输入功率，kW；Ptest—地面实测功率，kW；ΔP—电缆功率损失，kW。井H的有功功率计算结果参见图4。
S3：根据电潜柱塞泵运动速度规律计算柱塞泵位移随时间的变化函数。
S3具体实施时，可利用下式计算：
上冲程：
下冲程：
式中：t0—加速时间或者减速时间,s；T—周期,s；w—圆频率；S—冲程，m；N—冲次，min-1；b—运动系数。
井H的柱塞泵位移随时间的变化函数计算结果参见图5。
S4：计算井H的电功图。
以电潜柱塞泵中井柱塞的位移作为横坐标、以电机有功功率为纵坐标，绘制一个冲程周期的的闭合曲线即为电功图。井H的电功图计算结果参见图6。
S5：根据电功图生成泵功图。
通过电机输出轴功率模型及柱塞载荷模型，以电工图为自变量，计算出的因变量即为泵功图。
步骤S5中的电机输出轴功率模型可以为：
其中，Pout-电机输出功率，kW；β—电动机的瞬时功率利用率，％；PN—电动机额定功率，kW；P0—电动机空耗功率，kW；α-电动机额定效率，％；Pin—电动机输入功率，kW。
柱塞载荷模型可以为：
其中，F(t)—动子推力，N；m—动子质量，kg；a(t)—动子加速度，m/s；f—摩擦力，N；v(t)为电潜柱塞泵运动速度规律函数。井H的泵功图计算结果参见图7。
从上述描述可知，本发明提供基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法，通过实时采集电潜柱塞泵三相电流、三相电压、三相有功功率和三相无功功率等电参数；并制作电功图，根据电动机效率模型和电动机动子的动力学方程，建立泵载荷模型，结合柱塞运动规律得到井下泵功图。综上，本发明能够建立一种准确计算电潜柱塞泵的泵功图的方法，从而为泵工况诊断提供支持。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了基于电潜柱塞泵的泵功图生成装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于基于电潜柱塞泵的泵功图生成装置解决问题的原理与基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法相似，因此基于电潜柱塞泵的泵功图生成装置的实施可以参见基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
本发明的实施例提供一种能够实现基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法的基于电潜柱塞泵的泵功图生成装置的具体实施方式，参见图8，基于电潜柱塞泵的泵功图生成装置具体包括如下内容：
电工图生成单元10，用于根据电潜柱塞泵中井柱塞的位移及所述电潜柱塞泵中电机的有功功率生成电功图；
泵功图生成单元20，用于利用电机输出轴功率模型及柱塞载荷模型，根据所述电功图生成泵功图。
一实施例中，所述泵功图生成单元包括：
电机输出功率生成模块，用于将所述电功图输入所述电机输出功率模型，生成电机输出功率；
载荷输出模块，用于将所述电机输出功率输入至所述柱塞载荷模型，输出所述电潜柱塞泵的载荷。
一实施例中，基于电潜柱塞泵的泵功图生成装置还包括：
地面实测功率采集单元，用于采集所述电机的地面实测功率；
电缆损失功率计算单元，用于根据电缆线径、载流量及电压计算电缆损失功率；
有功功率计算单元，用于根据所述电机地面实测功率及所述电缆损失功率计算所述有功功率。
从上述描述可知，本发明提供基于电潜柱塞泵的泵功图生成装置，通过实时采集电潜柱塞泵三相电流、三相电压、三相有功功率和三相无功功率等电参数；并制作电功图，根据电动机效率模型和电动机动子的动力学方程，建立泵载荷模型，结合柱塞运动规律得到井下泵功图。综上，本发明能够建立一种准确计算电潜柱塞泵的泵功图的方法，从而为泵工况诊断提供支持。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法中全部步骤的一种电子设备的具体实施方式，参见图9，所述电子设备具体包括如下内容：
处理器(processor)1201、存储器(memory)1202、通信接口(CommunicationsInterface)1203和总线1204；
其中，所述处理器1201、存储器1202、通信接口1203通过所述总线1204完成相互间的通信；所述通信接口1203用于实现服务器端设备、检测设备以及用户端设备等相关设备之间的信息传输。
所述处理器1201用于调用所述存储器1202中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中的基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法中的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
步骤100：根据电潜柱塞泵中井柱塞的位移及所述电潜柱塞泵中电机的有功功率生成电功图。
步骤200：利用电机输出轴功率模型及柱塞载荷模型，根据所述电功图生成泵功图。
从上述描述可知，本申请实施例中的电子设备，通过实时采集电潜柱塞泵三相电流、三相电压、三相有功功率和三相无功功率等电参数；并制作电功图，根据电动机效率模型和电动机动子的动力学方程，建立泵载荷模型，结合柱塞运动规律得到井下泵功图。综上，本发明能够建立一种准确计算电潜柱塞泵的泵功图的方法，从而为泵工况诊断提供支持。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法中全部步骤的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的基于电潜柱塞泵的泵功图生成方法的全部步骤，例如，所述处理器执行所述计算机程序时实现下述步骤：
步骤100：根据电潜柱塞泵中井柱塞的位移及所述电潜柱塞泵中电机的有功功率生成电功图。
步骤200：利用电机输出轴功率模型及柱塞载荷模型，根据所述电功图生成泵功图。
从上述描述可知，本申请实施例中的计算机可读存储介质，通过实时采集电潜柱塞泵三相电流、三相电压、三相有功功率和三相无功功率等电参数；并制作电功图，根据电动机效率模型和电动机动子的动力学方程，建立泵载荷模型，结合柱塞运动规律得到井下泵功图。综上，本发明能够建立一种准确计算电潜柱塞泵的泵功图的方法，从而为泵工况诊断提供支持。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
虽然本申请提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
虽然本说明书实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。
