專利名稱：一種無需載荷傳感器的油田抽油機示功圖的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種無需載荷傳感器的油田抽油機示功圖的測量方法，屬于油田抽油 機示功圖的測量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
計算和繪制油田抽油機示功圖需要測出抽油機光桿的位移值和每一位移值的載荷 值。油田現(xiàn)有抽油機示功圖測量裝置，是與抽油機分離的獨立測量系統(tǒng)。測量抽油機示 功圖時，需要停機半小時以上安裝載荷傳感器和位移傳感器等裝置后進行測量，即用位 移傳感器測出光桿的位移值，用載荷傳感器測出載荷值，然后送入處理單元處理輸出示 功圖。使用這類方法，載荷傳感器一般安裝在抽油機的光桿上，此類傳感器比較準確， 但容易損壞，也有的安裝在游梁上，此類傳感器比較耐用，但準確度較低。按這種方式 檢測前，停井準備時間長，直接影響油井產(chǎn)量，檢測后的數(shù)據(jù)處理時間長，繪制示功圖 的時間長，直接影響對有問題油井采取措施的及時性，經(jīng)常發(fā)生燒配電箱、燒電機等情 況，嚴重時直接影響油井正常生產(chǎn)。為了解決這一問題，人們開發(fā)了永置式示功圖測試 儀，其方法一般為將示功儀傳感器長期放置在抽油機懸繩器兩夾板之間，由于傳感器長 期在夾板應(yīng)力作用下易發(fā)生形變造成測量誤差，因此一般傳感器使用3個月左右就需要 更換并進行校驗，這樣就造成永置式示功儀測試成本較高，不能進一步有效推廣。針對 上述種種問題，雖然目前也出現(xiàn)了一些安裝載荷傳感器的方法和裝置，可以不停機的進 行測試，但由于都需要安裝載荷傳感器，因此仍存在裝卸不方便，容易發(fā)生事故，以及 測試設(shè)備受損等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種簡易、方便、 準確、可靠的無需載荷傳感器的油田抽油機示功圖的測量方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種無需載荷傳感器的油田抽油機示 功圖的測量方法，包括測量計算抽油機自身機械的抽油機示功圖，CPU通過控制單元控制 變頻器的運行狀態(tài)，變頻器根據(jù)CPU發(fā)出的信號控制抽油機主電機，其特征在于在抽
3油機的曲柄裝置配重塊一側(cè)設(shè)置位移傳感器，位移傳感器將位移信號通過信號采集單元 輸送至CPU,采集變頻器的運行數(shù)據(jù)輸送至CPU, CPU對位移信號和采集變頻器的運行數(shù) 據(jù)進行坐標處理，得到主電機示功圖，CPU將主電機示功圖與抽油機示功圖進行矢量合成
處理，得到抽油機光桿的包含位移數(shù)據(jù)和負荷數(shù)據(jù)的光桿示功圖，并且顯示或傳輸。
所述的坐標處理為以位移為橫軸，以載荷為縱軸建立坐標系。以每一沖程內(nèi)所有對 應(yīng)位移的載荷畫點、連線，即得到示功圖。
所述的采集變頻器的運行數(shù)據(jù)輸送至CPU是變頻器的通訊端連接CPU的通訊端，通 過采用RS-485通訊方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
所述的矢量合成處理為本行業(yè)技術(shù)人員所掌握的普通現(xiàn)有技術(shù)。 所述的CPU設(shè)置有觸摸顯示屏，通過觸摸顯示屏實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和輸出。 所述的CPU設(shè)置有無線傳輸模塊，無線傳輸模塊優(yōu)選GPRS無線傳輸模塊，也可以用 CDMA無線傳輸模塊。方便實現(xiàn)遠距離無線傳輸。多臺抽油機的示功圖信號通過無線傳輸 模塊輸送至控制主機，方便集中管理。
所述的位移傳感器優(yōu)選采用霍爾傳感器，也可以采用拉線、接近開關(guān)、角度傳感器。 本發(fā)明的原理抽油機根據(jù)其機械結(jié)構(gòu)、組成部分等自身參數(shù)可以得到一個抽油機 自身的示功圖。抽油時，抽油機主電機工作，對應(yīng)抽油機的位移變化，變頻器的輸出信 號也變化。CPU取得變頻器輸出信號，并轉(zhuǎn)化成負荷與位移的對應(yīng)關(guān)系，然后與抽油機自 身的示功圖進行矢量合成，以每一沖程內(nèi)所有對應(yīng)位移的載荷畫點、連線得到一個封閉 環(huán)形曲線，即抽油機運行過程中光桿的示功圖，進行儲存、通過觸摸顯示屏顯示或者通 過無線傳輸模塊傳輸。
本發(fā)明的一種無需載荷傳感器的油田抽油機示功圖的測量方法所具有的有益效果 是通過使用變頻器控制電機，進而控制抽油機工作，實現(xiàn)無需在抽油機光桿或游梁等 位置上安裝任何載荷傳感器、壓力傳感器等裝置，無需停機卸載等，即可準確、可靠地 測量出抽油機的示功圖。該測試方法由于沒有使用載荷傳感器，直接避免了停抽問題， 減少了因頻繁起停抽油機造成的電機控制裝置的損壞等問題，而且解決了永置式傳感器 在生產(chǎn)測試過程中傳感器易發(fā)生形變造成測試結(jié)果偏差，而且維護費用高的缺點，這樣 就大大延長了測試裝置的使用時限和檢測周期，減少了儀器檢修、維護的工作量，較大 幅度地降低了生產(chǎn)測試成本，在抽油機不停抽的生產(chǎn)狀況下，得到了最接近真實情況的 抽油機光桿示功圖信息，并且不影響抽油井的生產(chǎn)效率。另外，通過設(shè)置觸摸顯示屏， 可以實時顯示測得的示功圖，方便地進行實地控制，還通過設(shè)置GPRS無線傳輸模塊，通
4過無線方式與監(jiān)控中心進行通訊，由微機對數(shù)據(jù)進行處理、分析和判斷，及時了解抽油
機的作業(yè)情況，并以此做出指令遠程控制抽油機的運行。


圖l是本發(fā)明的原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步描述
如圖1所示，交流電源提供直流電源模塊的供電。直流電源模塊提供直流電源。CPU 通過控制單元控制變頻器輸出，從而控制抽油機主電機的啟動、停止和轉(zhuǎn)速等運行狀態(tài)。
變頻器的數(shù)據(jù)輸出端連接CPU的信號輸入端，變頻器的運行數(shù)據(jù)輸送至CPU。變頻器的輸
出數(shù)據(jù)包括電流、電壓、力矩、頻率、功率等。設(shè)置在抽油機的曲柄裝置配重塊一側(cè)的
位移傳感器的輸出端通過信號采集單元連接CPU的信號輸入端，將位移信號通過信號采 集單元輸送至CPU。
采集變頻器的運行數(shù)據(jù)輸送至CPU是變頻器的通訊端連接CPU的通訊端，通過采用 RS-485通訊方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
在檢測初期，測量出抽油機光桿的運行位移與曲柄裝置的配重塊的運行位移之間的 對應(yīng)關(guān)系。在抽油機的曲柄裝置的配重塊一側(cè)安裝霍爾傳感器，測得抽油機運行時配重 塊的位移，即可轉(zhuǎn)換為抽油機光桿的位移?；魻杺鞲衅鳒y得的位移信息通過配電箱內(nèi)的 信息采集單元，輸送到CPU處理。該位移是一個跟電機轉(zhuǎn)速(v)和時間(t)有關(guān)的函 數(shù)，記做S-S (v， t)，由于電機的轉(zhuǎn)速(v)由變頻器控制，是頻率(f)的函數(shù)，記做
(f)，故CPU可以通過讀取變頻器的頻率(f)、運行時間(t)數(shù)據(jù)計算出該位移量 (S)。抽油機主電機由變頻器控制，從變頻器讀出抽油時對應(yīng)某一時刻的力矩(M)，根 據(jù)已知的力臂(L)和公式力矩(M) =P*L，可以計算出對應(yīng)時刻的載荷P，記做P-P (t)。 這樣就可以得到某一時刻對應(yīng)的位移和載荷的大小，也就可以很容易的轉(zhuǎn)化成載荷與位 移的對應(yīng)關(guān)系，記做P:P (S)，并以此畫出主電機的示功圖。然后將該圖與抽油機固有特 性的示功圖進行矢量合成，即得到反應(yīng)實際抽油情況的抽油機光桿的示功圖。
CPU的數(shù)據(jù)端設(shè)置有觸摸顯示屏，CPU的通訊端設(shè)置有無線傳輸模塊，分別用于顯示
和傳輸。
無線傳輸模塊優(yōu)選GPRS無線傳輸模塊，也可以用CDMA無線傳輸模塊,方便實現(xiàn)遠距 離無線傳輸。多組信號通過無線傳輸模塊輸送至控制主機，方便集中管理。
位移傳感器優(yōu)選采用霍爾傳感器，也可以采用拉線、接近開關(guān)、角度傳感器。本發(fā)明所述的抽油機、變頻器、控制單元、CPU、位移傳感器均為普通現(xiàn)有產(chǎn)品。 CPU與控制單元、無線傳輸模塊、觸摸顯示屏、信號采集單元之間均按照公知技術(shù)方式 連接，變頻器的通訊端與CPU的通訊端之間采用RS-485通訊方式。變頻器的輸出數(shù)據(jù) 包括電流、電壓、力矩、頻率、功率等。
根據(jù)所測得的示功圖，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況等，可以自動或人為的綜合分析判斷主 電機、抽油機、供液等工況的運行情況和井下可能的情況，便于開展油井抽空控制，自 動實現(xiàn)科學間抽，減少機一桿一泵磨損，延長檢泵周期，節(jié)約電能消耗，提高生產(chǎn)效率， 減少測試費用和生產(chǎn)成本，并且能夠?qū)崿F(xiàn)過流、過壓等的保護，計算用電量等功能。
權(quán)利要求
1、一種無需載荷傳感器的油田抽油機示功圖的測量方法，包括測量計算抽油機自身機械的抽油機示功圖，CPU通過控制單元控制變頻器的運行狀態(tài)，變頻器根據(jù)CPU發(fā)出的信號控制抽油機主電機，其特征在于在抽油機的曲柄裝置配重塊一側(cè)設(shè)置位移傳感器，位移傳感器將位移信號通過信號采集單元輸送至CPU，采集變頻器的運行數(shù)據(jù)輸送至CPU，CPU對位移信號和采集變頻器的運行數(shù)據(jù)進行坐標處理，得到主電機示功圖，CPU將主電機示功圖與抽油機示功圖進行矢量合成處理，得到抽油機光桿的包含位移數(shù)據(jù)和負荷數(shù)據(jù)的光桿示功圖，并且顯示或傳輸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的采集變頻器的運行數(shù)據(jù)輸送 至CPU是變頻器的通訊端連接CPU的通訊端，通過采用RS-485通訊方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的CPU的數(shù)據(jù)端設(shè)置有觸摸顯 示屏。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述的CPU的通訊端設(shè)置有無線傳 輸模塊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于所述位移傳感器采用霍爾傳感器、 拉線、接近開關(guān)或角度傳感器。
全文摘要
無需載荷傳感器的油田抽油機示功圖的測量方法，包括測量計算抽油機自身機械的抽油機示功圖，CPU通過控制單元控制變頻器的運行狀態(tài)，變頻器根據(jù)CPU發(fā)出的信號控制抽油機主電機，在抽油機的曲柄裝置配重塊一側(cè)設(shè)置位移傳感器，位移傳感器將位移信號通過信號采集單元輸送至CPU，采集變頻器的運行數(shù)據(jù)輸送至CPU，CPU對位移信號和采集變頻器的運行數(shù)據(jù)進行坐標處理，得到主電機示功圖，CPU將主電機示功圖與抽油機示功圖進行矢量合成處理，得到抽油機光桿的包含位移數(shù)據(jù)和負荷數(shù)據(jù)的光桿示功圖。本發(fā)明無需在抽油機光桿或游梁等位置上安裝任何載荷傳感器、壓力傳感器等裝置，無需停機卸載等，即可準確、可靠地測量出抽油機的示功圖。
文檔編號G01B7/02GK101498296SQ20081001413
公開日2009年8月5日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者耿玉泉 申請人:淄博亞華電子有限公司