发明创造名称：利用电参数实现螺杆泵和抽油机工况在线分析诊断和控制调整方法及装置
外观设计名称：
决定号：194927
决定日：2019-11-13
委内编号：1F270695
优先权日：
申请（专利）号：201710806446.7
申请日：2017-09-08
复审请求人：张雅芝
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：白玉兰
合议组组长：任平平
参审员：马玉青
国际分类号：E21B47/00(2012.01),;E21B47/008(2012.01),;E21B43/12(2006.01)
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求所要求保护的技术方案与最接近的现有技术之间存在区别技术特征，其他现有技术未给出应用该区别技术特征以解决相关技术问题的启示，该区别技术特征也不是本领域的公知常识，且给该权利要求所要求保护的技术方案带来了有益的技术效果，那么该权利要求所要求保护的技术方案具有创造性。
全文：
本复审请求审查决定涉及申请号为201710806446.7，名称为“利用电参数实现螺杆泵和抽油机工况在线分析诊断和控制调整方法及装置”的发明专利申请（下称“本申请”）。本申请的申请人为张雅芝，申请日为2017年09月08日，公开日为2018年02月13日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年10月22日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1-3不具备专利法第22条第3款规定的创造性。驳回决定所依据的文本为：2018年09月29日提交的权利要求第1-3项，申请日2017年09月08日提交的说明书第1-47段（即第1-7页）、说明书附图图1-11（即第1-4页）、说明书摘要和摘要附图。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 利用电参数实现螺杆泵和抽油机工况在线分析诊断和控制调整装置，是由主机板（1）、电参测量模块（8）、设备控制模块（7）和电源模块（2）构成，其特征在于电参测量模块（8）与设备控制模块（7）均与主机板（1）电路连接，主机板（1）分别与显示屏（3）、键盘（4）、蓝牙通讯模块（5）和电源模块（2）电路连接；电参测量模块（8）包括电压信号转换器（9）、电流信号转换器（10）和A/D转换模块（6），电流信号转换器（10）和电压信号转换器（9）均与A/D转换模块（6）电路连接，A/D转换模块（6）与主机板（1）电路连接，设备控制模块（7）连接了变频器；所述的设备控制模块（7）为D/A转换模块；
其中，电参测量模块（8）用于采集外部设备的变速率数据；设备控制模块（7）用于将主机板（1）的指令回馈给外部报警装置；
所述的主机板（1）为CPU ATmega128，A/D转换模块（6）为A/D转换模块CS5463，设备控制模块（7）为D/A转换模块TLY5624ID。
2. 利用权利要求1所述的利用电参数实现螺杆泵和抽油机工况在线分析诊断和控制调整装置的方法，其具体步骤如下：
a、数据的采集：采集油井的工况变化趋势数据或瞬态工况变化数据，其中，工况变化趋势数据是按照设定的时间间隔存储电参数据，用于反映缓慢发生的故障工况变化过程；瞬态工况变化数据是以25次/秒的采样速率采集存储工况的电参数据，用于反映短时间内很快发生的故障工况过程；
b、数据的分析诊断：利用a步骤采集的工况变化趋势数据或瞬态工况变化数据，分析数据的变化趋势，判断油井的运行是否异常；具体方法如下：
（1）采集螺杆泵井的工况变化趋势数据判断井况的方法如下：
其有功功率的变化呈周期性近似方波曲线，同时满足a1<><>
或其有功功率曲线呈快速上升趋势，同时满足有功功率ak上升的幅值大于6KW，n 2>10，则判定为抽空；控制方法：停机；
或其有功功率曲线呈逐渐下降趋势，同时满足a1=a2=a3=a4；a4<>
或其有功功率曲线呈逐渐上升趋势，上升至某一峰值后开始逐渐下降，同时满足a1<><><>< a5…am="">am 1>…an 1；停运时长大于5小时，启动2分钟后，运行的有功功率大于额定功率的80%，则判定为结蜡工况；控制方法:给出油井结蜡提示报警信息；
或其有功功率曲线产生下突变，同时满足(a4-a5)/a4>90%，(a4-a6)/a4>90%,(a4-a7)/a4>90%，则判定为杆断或皮带断；控制方法：停机；
（2）采集螺杆泵井的瞬态工况变化数据，是以25次/秒的采样速率采集存储工况的电参数据的判断井况方法如下：
其有功功率曲线呈锯齿状波形，同时满足a1<><><><><>
或其有功功率曲线呈斜坡状上升，同时满足a1<><><><><>
或其有功功率变化曲线呈近似正弦波形，同时满足a 1<><><…am；a 5="">a6>a7…>an，连续判定3次，符合上述规律，则判定为泵泄漏；控制方法：变频器的工作频率降低10%；
（3）利用瞬态工况变化数据，诊断抽油机泵况方法如下：
当下冲程T2时间段内，若电参数有功功率am 1、am 2…an数据有由负变为正的过程，则判定为是抽吸过深、脱气产生气影响；
或在下冲程整个过程中，电参数有功功率am 1、am 2…an数据为负值，且下冲程时间T2变小，则判定为是抽空；
或在上冲程过程中，电参数有功功率a1、a2、a3…am由正值在某点开始突变为负值，则认为是柱塞出泵工作桶；
或在下冲程过程中，在接近下死点前，有功功率ak…an-3、an-2、an-1、an由正变为负值，则认为是固定凡尔关闭不严工况；控制方法：给出报警提示信息；
或电机的有功功率瞬时值基本不变，且始终小于2KW，则认为是皮带断；控制方法：给出报警并停机；
或在一个冲程周期T1 T2的时间段内，有功功率上升趋势即a 1>a2>a3…>an，则判定为卡泵；控制方法：停机；
（4）利用工况变化趋势数据，诊断抽油机泵况方法如下：
上冲程的有功功率平均值产生下突变，突然变得很小或为负值，则认为抽油机井杆断；
或上冲程有功功率平均值逐渐减小至稳定值，则认为抽油机井管漏。
3. 如权利要求2所述的利用电参数实现螺杆泵和抽油机工况在线分析诊断和控制调整技术，其特征在于a步骤采集的数据信息为螺杆泵井的工况变化趋势数据/瞬态工况变化数据或抽油机井的瞬态工况变化数据/工况变化趋势数据。”
驳回决定中引用的对比文件为：
对比文件1：CN201066448Y，公告日为2008年05月28日；
对比文件2：CN1916413A，公开日为2007年02月21日。
驳回决定中指出：本申请独立权利要求1与对比文件1的区别技术特征在于：泵为螺杆泵，采用蓝牙通讯模块替换对比文件1中的GSM无线通讯模块6，且电参测量模块采集的是变速率数据，设备控制模块用于将主机板的指令回馈给外部报警装置。电参测量模块还包括A/D转换模块，电流信号转换器和电压信号转换器均与A/D转换模块电路连接，A/D转换模块与主机板电路连接，设备控制模块连接了变频器；设备控制模块为D/A转换模块；主机板为CPU ATmega128，A/D转换模块为A/D转换模块CS5463，设备控制模块为D/A转换模块TLY5624ID，上述部分区别技术特征已被对比文件2公开，部分区别技术特征是本领域的常用技术手段，因此，权利要求1相对于对比文件1、2和本领域的常用技术手段的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性。独立权利要求2与对比文件1的区别技术特征在于：数据的采集和分析诊断的具体方法不同，这些区别技术特征是本领域的常用技术手段，因此，在其利用的权利要求1不具备创造性的基础上，要求保护利用权利要求1所述的利用电参数实现螺杆泵和抽油机工况在线分析诊断和控制调整装置的方法的权利要求2也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。从属权利要求3的附加技术特征是本领域的常规设置，因此，权利要求3也不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
申请人（下称“复审请求人”）对上述驳回决定不服,于2019年01月09日向国家知识产权局提出了复审请求，但未修改权利要求书。复审请求人认为：（1）权利要求1是应用于螺杆泵井和抽油机井的工况分析诊断和控制装置，而对比文件1为远程测控装置，仅适用于抽油机，对比文件2也没有公开适用于螺杆泵。（2）对比文件1、2均没有公开“主机板与设备控制模块电路连接，设备控制模块连接了变频器，主机板为CPU ATmega128，A/D转换模块为A/D转换模块CS5463，设备控制模块为D/A转换模块TLY5624ID”。（3）权利要求1的电参测量模块以变速率数据方式用于采集外部设备的工况数据，而对比文件1、2没有提及如何采集工况数据。（4）权利要求1通过蓝牙通讯模块传输数据，而对比文件1通过GSM无线模块传输，对比文件2也没有公开通过蓝牙通讯模块传输数据。
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年01月24日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为：复审请求人在复审请求书中没有陈述新的理由，其意见陈述同2018年09月29日提交的意见陈述，因此，针对复审请求书中提出的理由，其已在驳回决定中进行过详细评述，此处不再重复。因而坚持原驳回决定。
随后，专利复审委员会成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年08月22日向复审请求人发出复审通知书，指出：权利要求1请求保护的技术方案与对比文件1公开的技术内容相比，区别技术特征为：（1）该装置还包括设备控制模块，设备控制模块为D/A转换模块，电参测量模块还包括A/D转换模块，电流信号转换器和电压信号转换器均与A/D转换模块电路连接，A/D转换模块、D/A转换模块与主机板电路连接。（2）该装置还能实现螺杆泵工况在线分析诊断和控制调整；采用蓝牙通讯模块；设备控制模块连接变频器；设备控制模块用于将主机板的指令回馈给外部报警装置；主机板为CPU ATmega128，A/D转换模块为A/D转换模块CS5463，设备控制模块为D/A转换模块TLY5624ID。上述部分区别技术特征已被对比文件2公开，部分区别技术特征是本领域的常规技术手段，因此，权利要求1相对于对比文件1和本领域的常规技术手段的结合不具备专利法第22条第3款规定的创造性。此外，对于复审请求人的意见陈述，合议组进行了回应。
复审请求人于2019年09月09日提交了意见陈述书，并修改了申请文件，具体为：在复审通知书所依据的权利要求书的基础上，删除权利要求1，将权利要求1-2的技术方案合并形成新的权利要求1，同时适应性地修改权利要求3的引用关系及编号。复审请求人认为：本申请给出了具体的条件、判断及控制方法，而对比文件1并没有给出具体的判断条件和解决方法，也就是说对比文件1并没有给出如何通过采集的数据来判断和控制螺杆泵和抽油机的技术启示；对比文件1没有提及如何采集工况数据，也就是说对比文件1并未公开使用变速率采集“工况变化趋势数据”和“瞬态工况变化数据”两种数据的技术启示；对比文件1并没有公开具体的判定方法，即对比文件1并未给出如何通过功率来判断螺杆泵和抽油机产生故障的技术启示；对比文件1只是针对抽油机电机及配电的保护的故障类型做了罗列，如电网过电压、电网欠电压、电机断相、过载、过流、三相不平衡、电机堵转等机械和电气故障，而对抽油机井的井下抽油泵部分、杆柱部分、油井供排关系情况等未有任何具体的提及分析方法的具体阐述，更未具体涉及井下部分的工况分析、诊断及调整控制方法；只是笼统的提到具备的一些功能，并未给出具体实现这些功能所必须的独特的判定条件和控制手段。因此，修改后的权利要求1、2具备创造性。
复审请求人于2019年09月09日提交的权利要求书如下：
“1. 利用电参数实现螺杆泵和抽油机工况在线分析诊断和控制调整装置的方法，其具体步骤如下：
a、数据的采集：采集油井的工况变化趋势数据或瞬态工况变化数据，其中，工况变化趋势数据是按照设定的时间间隔存储电参数据，用于反映缓慢发生的故障工况变化过程；瞬态工况变化数据是以25次/秒的采样速率采集存储工况的电参数据，用于反映短时间内很快发生的故障工况过程；数据的采集装置为电参测量模块（8），电参测量模块（8）包括电压信号转换器（9）、电流信号转换器（10）和A/D转换模块（6），电流信号转换器（10）和电压信号转换器（9）均与A/D转换模块（6）电路连接，A/D转换模块（6）与主机板（1）电路连接；所述的电参测量模块（8）用于采集外部设备的变速率数据；A/D转换模块（6）为A/D转换模块CS5463；
b、数据的分析诊断：将电参测量模块（8）与设备控制模块（7）均与主机板（1）电路连接，所述的主机板（1）为CPU ATmega128，主机板（1）分别与显示屏（3）、键盘（4）、蓝牙通讯模块（5）和电源模块（2）电路连接；设备控制模块（7）连接了变频器，所述的设备控制模块（7）为D/A转换模块；设备控制模块（7）用于将主机板（1）的指令回馈给外部报警装置；再利用a步骤采集的工况变化趋势数据或瞬态工况变化数据，分析数据的变化趋势，判断油井的运行是否异常；具体方法如下：
（1）采集螺杆泵井的工况变化趋势数据判断井况的方法如下：
其有功功率的变化呈周期性近似方波曲线，同时满足a1<><>
或其有功功率曲线呈快速上升趋势，同时满足有功功率ak上升的幅值大于6KW，n 2>10，则判定为抽空；控制方法：停机；
或其有功功率曲线呈逐渐下降趋势，同时满足a1=a2=a3=a4；a4<>
或其有功功率曲线呈逐渐上升趋势，上升至某一峰值后开始逐渐下降，同时满足a1<><><>< a5…am="">am 1>…an 1；停运时长大于5小时，启动2分钟后，运行的有功功率大于额定功率的80%，则判定为结蜡工况；控制方法:给出油井结蜡提示报警信息；
或其有功功率曲线产生下突变，同时满足(a4-a5)/a4>90%，(a4-a6)/a4>90%,(a4-a7)/a4>90%，则判定为杆断或皮带断；控制方法：停机；
（2）采集螺杆泵井的瞬态工况变化数据，是以25次/秒的采样速率采集存储工况的电参数据的判断井况方法如下：
其有功功率曲线呈锯齿状波形，同时满足a1<><><><><>
或其有功功率曲线呈斜坡状上升，同时满足a1<><><><><>
或其有功功率变化曲线呈近似正弦波形，同时满足a 1<><><…am；a 5="">a6>a7…>an，连续判定3次，符合上述规律，则判定为泵泄漏；控制方法：变频器的工作频率降低10%；
（3）利用瞬态工况变化数据，诊断抽油机泵况方法如下：
当下冲程T2时间段内，若电参数有功功率am 1、am 2…an数据有由负变为正的过程，则判定为是抽吸过深、脱气产生气影响；
或在下冲程整个过程中，电参数有功功率am 1、am 2…an数据为负值，且下冲程时间T2变小，则判定为是抽空；
或在上冲程过程中，电参数有功功率a1、a2、a3…am由正值在某点开始突变为负值，则认为是柱塞出泵工作桶；
或在下冲程过程中，在接近下死点前，有功功率ak…an-3、an-2、an-1、an由正变为负值，则认为是固定凡尔关闭不严工况；控制方法：给出报警提示信息；
或电机的有功功率瞬时值基本不变，且始终小于2KW，则认为是皮带断；控制方法：给出报警并停机；
或在一个冲程周期T1 T2的时间段内，有功功率上升趋势即a 1>a2>a3…>an，则判定为卡泵；控制方法：停机；
（4）利用工况变化趋势数据，诊断抽油机泵况方法如下：
上冲程的有功功率平均值产生下突变，突然变得很小或为负值，则认为抽油机井杆断；
或上冲程有功功率平均值逐渐减小至稳定值，则认为抽油机井管漏。
2. 如权利要求1所述的利用电参数实现螺杆泵和抽油机工况在线分析诊断和控制调整技术，其特征在于a步骤采集的数据信息为螺杆泵井的工况变化趋势数据/瞬态工况变化数据或抽油机井的瞬态工况变化数据/工况变化趋势数据。”
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出复审请求审查决定。
二、决定的理由
1、审查文本的认定
复审请求人于2019年09月09日提交了经修改的权利要求书，经审查，复审请求人对权利要求书进行的修改符合专利法实施细则第61条第1款的规定，且符合专利法第33条的规定。因此，本复审请求审查决定所针对的文本为：2019年09月09日提交的权利要求第1-2项，申请日2017年09月08日提交的说明书第1-7页、说明书附图第1-4页、说明书摘要和摘要附图。
2、关于创造性
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型有实质性特点和进步。
权利要求1请求保护一种利用电参数实现螺杆泵和抽油机工况在线分析诊断和控制调整的方法。
对比文件1公开了一种GSM油田数据远程数字测控装置，其通过电压互感器、电流互感器、温度、位移传感器采集抽油机工况数据，经对比、分析、判断，可避免由于抽油机故障造成的油井减产损失，也可实现抽油机节能降耗运行的目的，从而实质上公开了一种利用电参数实现抽油机工况在线分析诊断和控制调整的方法，并具体公开了以下技术内容（参见对比文件1的说明书第2页第3段、第3页最后一段、附图1）：油田数据远程数字测控装置包括CPU控制器（即本申请的主机板）、三相交流电压互感器1（对应本申请的电压信号转换器）、三相交流电流互感器2（对应本申请的电流信号转换器）（三相交流电压互感器、三相交流电流互感器共同组成本申请的电参测量模块）、抽油机功率转换控制电路11、电源电路 15（对应本申请的电源模块），三相交流电压互感器、三相交流电流互感器通过三相交流电参数采集芯片14与CPU控制器5电路连接，抽油机功率转换控制电路11与CPU控制器5电路连接，CPU控制器5分别与图形点阵液晶显示模块13（对应本申请的显示屏）、操作键盘9、GSM无线模块6和电源电路 15电路连接，三相交流电压互感器、三相交流电流互感器用于采集抽油机拖动电机和油井工况参数，其中包括抽油机的三相运行电压、三相运行电流、各相瞬时有功功率、各相瞬时无功功率、合相瞬时有功功率、合相瞬时无功功率、各相有功电能消耗、各相无功电能消耗、合相有功电能消耗、合相无功电能消耗、功率因数、电源频率、环境温度及油井示功图（这些数据为抽油机工况的电参数据，其必然是以一定的采样速率进行采集，对应于本申请的变速率数据），通过采集的抽油机工况数据，经对比、分析、判断，可对抽油机运行时产生的各种故障，进行全方位保护，从而避免由于抽油机故障而造成的油井减产损失。
权利要求1的技术方案与对比文件1所公开的内容相比，其区别在于：（1）该装置还包括设备控制模块，设备控制模块为D/A转换模块，电参测量模块还包括A/D转换模块，电流信号转换器和电压信号转换器均与A/D转换模块电路连接，A/D转换模块、D/A转换模块与主机板电路连接。（2）该装置还能实现螺杆泵工况在线分析诊断和控制调整；采用蓝牙通讯模块；设备控制模块连接变频器；设备控制模块用于将主机板的指令回馈给外部报警装置；主机板为CPU ATmega128，A/D转换模块为A/D转换模块CS5463，设备控制模块为D/A转换模块TLY5624ID；（3）本申请的数据的分析诊断是利用采集的工况变化趋势数据或瞬态工况变化数据，分析数据的变化趋势，判断油井的运行是否异常，并给出了具体的判断方法。基于上述区别，本申请实际解决的技术问题是：提供一种具体的在线分析诊断和控制调整方法。
关于上述区别（1），对比文件2公开了一种抽油机网络测控节能系统，并具体公开了以下技术内容（参见对比文件2的附图3）：其包括A/D通道（对应本申请的A/D转换模块）、D/A通道（对应本申请的D/A转换模块，也即设备控制模块），A/D通道、D/A通道与DSP控制器（对应本申请的主机板）电路连接，即对比文件2公开了上述区别（1），且其在对比文件2中所起的作用与其在本申请中为解决其技术问题所起的作用相同，均起到了便于数据处理与输出作用，也就是说对比文件2给出了通过A/D通道以及D/A通道对输入/输出信号进行转换的技术启示，在将对比文件2应用到对比文件1中时，通常会将对比文件1中用于采集输入信号的电流信号转换器和电压信号转换器均与A/D转换模块电路连接。
关于上述区别（2），螺杆泵与抽油机均为油田生产中的主要采油装置，在对比文件1公开的“利用电参数实现抽油机工况在线分析诊断和控制调整”的启示下，本领域技术人员很容易想到利用电参数实现螺杆泵工况在线分析诊断和控制调整；蓝牙通讯模块与GSM无线模块均是目前常规的通讯方式，本领域技术人员可以根据具体情况采用合适的通讯方式；对比文件1公开了“通过抽油机功率转换控制电路11改变抽油井拖动电机功率，提高电机的工作效率”，在其启示下本领域技术人员很容易想到采用功能类似的变频器来控制电机，也即将设备控制模块连接变频器；为了更直观的获得螺杆泵和抽油机的工况，设备控制模块将主机板的指令回馈给外部报警装置是本领域的常规技术手段；本领域技术人员根据需要可以选择主机板、A/D转换模块、D/A转换模块的具体型号，其并没有产生预料不到的技术效果。
对于上述区别（3），对比文件1仅公开了通过采集的抽油机工况数据，经对比、分析、判断，可对抽油机运行时产生的各种故障，进行全方位保护，也可通过采集的抽油机工况数据，判断出每口抽油井的产液量情况，从而自适应的改变抽油井拖动电机功率（参见对比文件1的说明书第2页第3段），即对比文件1仅笼统的记载了进行数据分析诊断，但并没有给出具体的判断条件和解决方法，并且所分析的参数也与本申请不同；对比文件2仅公开了控制器中心对现场采集的数据处理、远程监控与数据管理，控制中心根据现场采集的数据进行示功图、产液量、泵功图的软测量计算，给出最大产液量对应的冲次数据，再通过无线通信单元发送到抽油机现场控制器，控制抽油机运行的最佳冲次（参见对比文件2的第2页最后1段），即对比文件2公开的数据分析诊断的方法也和本申请不同。本申请分别采集油井的工况变化趋势数据或瞬态工况变化数据，利用采集的工况变化趋势数据或瞬态工况变化数据，分析数据的变化趋势，判断油井的运行是否异常，并给出了具体的判断方法，完成了对油井的工况进行实时准确的分析诊断，依据分析诊断的结果，可对变频器等执行机构发出不同的控制指令，实现对油井工况的智能调节以及杆断、卡泵等异常工况的停机控制并通过语音等方式给出报警提示，从而达到延长检泵周期、实现采油安全、高效运行的目的。综上所述，对比文件1、2均没有公开上述区别（3），并且对比文件1、2也没有给出采用本申请的数据分析诊断方法的技术启示；目前也没有其它证据能够表明数据分析诊断方法是本领域的公知常识，而且上述区别（3）为本申请带来了“延长检泵周期、实现采油安全、高效运行”的有益技术效果。
综上所述，权利要求1相对于对比文件1、2以及本领域的公知常识的结合具备专利法第22条第3款规定的创造性。
由于独立权利要求1具备创造性，因此，引用权利要求1的从属权利要求2也具备专利法第22条第3款规定的创造性。
基于上述理由，本案合议组依法做出如下决定。
三、决定
撤销国家知识产权局于2018年10月22日对本申请作出的驳回决定。由国家知识产权局原审查部门在本复审请求审查决定所针对审查文本的基础上对本申请继续进行审查。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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