專利名稱：抽油機(jī)三維動態(tài)測試儀及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抽油井功圖測試儀及其測試方法，尤其是一種測試油井抽油泵的井下工況、抽油機(jī)運(yùn)行動態(tài)以及油井出油規(guī)律的儀器及方法。
背景技術(shù)：
在油田開發(fā)中，油井抽油泵的井下工作情況是通過測示功圖來掌握的，示功圖是油井工況診斷分析的主要手段。目前國內(nèi)現(xiàn)有的示功圖測試儀不能連續(xù)測量，一次只能測一個功圖，而且一直局限在二維平面圖象上，只能反映油井某一個時刻的工作狀態(tài)。不能真實(shí)全面反映油井一段時間內(nèi)的工作狀況，及工況的變化規(guī)律。特別是對地層能量差、供液情況不斷變化的間歇出油井，其功圖也是隨之變化的，不同時間測出的功圖是不同的，所以單功圖不能真實(shí)全面反映一口井的工況動態(tài)和出油規(guī)律。中國專利ZL97243548.4是一種測量某一個時間點(diǎn)示功圖的永置式示功圖測試裝置，未涉及抽油機(jī)三維動態(tài)功圖測試內(nèi)容。中國專利ZL95220627.7是一種便攜式抽油機(jī)井功圖量液儀，它是一種具有功圖測試和產(chǎn)液量計(jì)算雙重功能的便攜式抽油機(jī)井功圖量液儀，它測量的功圖也是某個時間點(diǎn)的功圖，也未涉及抽油機(jī)三維動態(tài)功圖測試內(nèi)容。中國專利ZL87205901u抽油井?dāng)?shù)字示功儀，獲取井下任一深度的示功圖。上述專利均未涉及對抽油機(jī)井的連續(xù)測量，都未涉及繪制三維功圖、功時曲線圖，都未涉及通過連續(xù)測試抽油機(jī)井的功圖來掌握油井的動態(tài)工況和出油規(guī)律，僅處于單功圖測試的簡單測試。因此，全面有效的掌握油井工況的變化規(guī)律和油井的出油規(guī)律，一直是油田開發(fā)的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是通過油井工況的變化規(guī)律和油井的出油規(guī)律，通過對抽油機(jī)功圖實(shí)現(xiàn)連續(xù)測量、分析、診斷、掌握。本發(fā)明是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)研制開發(fā)的抽油井三維動態(tài)功圖測試儀，該儀器應(yīng)用單片機(jī)采用分時采集法，對油井參數(shù)實(shí)現(xiàn)連續(xù)動態(tài)測試采集。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，抽油機(jī)三維動態(tài)測試儀，它在抽油機(jī)上安裝有傳感器，傳感器為線位移傳感器、角位移傳感器、載荷傳感器，傳感器與多路選擇開關(guān)相聯(lián)，多路選擇開關(guān)與“A/D”轉(zhuǎn)換器相聯(lián)，“A/D”轉(zhuǎn)換器又與“CPU”相聯(lián)，“CPU”分別與自帶鋰電池的大容量RAM、液晶顯示器、按鈕相聯(lián)，RAM容量1M，“CPU”經(jīng)串行口又與PC機(jī)相聯(lián)。這樣，各傳感器信號經(jīng)“多路選擇開關(guān)”、“A/D轉(zhuǎn)換器”送入CPU；CPU又將采集的數(shù)據(jù)存入大容量RAM；CPU接收按鈕命令，通過液晶顯示器顯示信息及圖形；CPU將RAM中數(shù)據(jù)通過RS232口送入PC機(jī)。
該發(fā)明進(jìn)一步描述為，傳感器經(jīng)多芯插頭J1與多路選擇開關(guān)U4相聯(lián)，U4與“A/D”轉(zhuǎn)換器U5相聯(lián)，CPU通過數(shù)據(jù)總線分別與U2、U3、U5、U8、U6相聯(lián)，U2為地址鎖存器，U3為數(shù)據(jù)存儲器，U6為擴(kuò)展接口，U7為看門狗芯片，U8為定時芯片，U9為通信控制器，U2又與U3相聯(lián)，在CPU的控制下，U4打開相應(yīng)的一路，將信號送入U5；CPU通過數(shù)據(jù)總線將U5獲得的數(shù)據(jù)存入U3中；CPU中有程序存儲器，U6與多芯插頭J4相聯(lián)，多芯插頭J3與U11、U6相聯(lián)，U11為門電路，U11與CPU相聯(lián)，PC機(jī)與插頭J2相聯(lián)，J2又與U9相聯(lián)，通信控制器U9與CPU聯(lián)通，電源通過J2接入繼電器U12，U8與CPU相聯(lián)，U7與CPU相聯(lián)。從而分別構(gòu)成了數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)存儲電路、信息顯示電路、命令接收電路、數(shù)據(jù)通訊電路、電源管理電路、定時電路和看門狗電路。
抽油機(jī)三維動態(tài)測試儀測試方法是，將測試儀安裝在抽油井上，測試儀按設(shè)定時間間隔，不斷地測出一個個單周期功圖，并將數(shù)據(jù)存入測試儀中的大容量RAM中，再將存貯的數(shù)據(jù)輸入PC機(jī)，PC機(jī)中的“三維動態(tài)分析軟件”自動生成三維電流圖、三維功圖及相關(guān)的載荷-時間圖、功時曲線，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)測試。其三維功圖是這樣獲得的，即每隔一個預(yù)定時間，測一個單周期功圖，然后把若干個單周期功圖沿時間軸累積起來，形成三維功圖；功時曲線是這樣獲得的，求出連續(xù)測試中每個單周期功圖或電流圖封閉曲線的面積，作為在每個沖次中抽油機(jī)所做的功，然后將載荷作為豎坐標(biāo)，時間作為橫坐標(biāo)，所形成的曲線就是功時曲線。位移點(diǎn)載荷變化曲線，是這樣獲得的，選定單周期功圖或電流圖中某一位移點(diǎn)，然后以連續(xù)測試中各個單功圖或電流圖中這個位移點(diǎn)中的載荷或電流為豎坐標(biāo)，以時間為橫坐標(biāo)，形成的平面圖。
對間歇出油井，在不出油時，它的功圖面積(功)比較小，在出油時，它的功圖面積(功)比較大，所以從一口間歇出油井的功圖形態(tài)中判斷出供液不足，而比較連測各時間功圖的功的大小，就可判斷出出油時段。
三維功圖測試儀通過軟件要把所測得的功圖曲線，準(zhǔn)確的分析判斷出油井的功況變化和出油規(guī)律，制定出抽油井的最佳運(yùn)行方案，并可生成抽油井的最佳間開運(yùn)行程序，通過配套的“間開控制器”控制抽油機(jī)自動間開運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能的目的。加上與之配套的發(fā)射裝置，可實(shí)現(xiàn)油井參數(shù)的遠(yuǎn)傳，實(shí)現(xiàn)油井自動化管理。三維功圖測試儀測試的內(nèi)容包括套壓、靜載荷、單周期功圖、周期電流圖、功圖連續(xù)測量、電流圖連續(xù)測量、功圖電流圖連續(xù)對比測量。三維功圖測試儀改變了抽油井測試診斷只能測單個功圖的方式，變成了動態(tài)的連續(xù)測量，使抽油井的測試診斷更科學(xué)、更準(zhǔn)確、更可靠。


附圖1為本發(fā)明的電路原理圖。
附圖2為電路硬件原理圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖1、附圖2，在數(shù)據(jù)采集過程中角位移傳感器、載荷傳感器信號經(jīng)J1插頭送入，送至多路選擇開關(guān)U4。根據(jù)需要，在CPU的控制下，U4打開相應(yīng)的一路，將當(dāng)前需要測試的信號送入A/D轉(zhuǎn)換器U5，由U5將傳感器送入的模擬信號轉(zhuǎn)換成0-4096的整數(shù)。
在數(shù)據(jù)存儲過程中CPU通過數(shù)據(jù)總線將A/D轉(zhuǎn)換器U5獲得的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器U3中。U3為自帶鋰電池的大容量RAM，容量為1M。
在信息顯示過程中根據(jù)程序需要CPU從程序存儲器(CPU內(nèi))或數(shù)據(jù)存儲器(U3)中提取所需數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，將顯示內(nèi)容通過數(shù)據(jù)總線送往擴(kuò)展接口U6，再由U6通過插頭J4送入測試儀面板上的液晶顯示器顯示。
在命令接收過程中測試儀面板上安裝有五個命令按鈕，它們被按動時產(chǎn)生的開關(guān)信號通過插頭J3送入與門電路U11和擴(kuò)展接口U6，與門電路U11將引發(fā)CPU產(chǎn)生外部中斷，CPU在中斷程序中通過查詢擴(kuò)展接口U6來判斷是哪一個按鈕發(fā)出的命令，從而去執(zhí)行相應(yīng)命令。
在數(shù)據(jù)通訊過程中當(dāng)PC機(jī)向測試儀發(fā)出通訊請求時，請求信號通過插頭J2送往RS232通訊控制器U9，U9將引發(fā)CPU的通訊中斷，在中斷程序中CPU對請求作出應(yīng)答，應(yīng)答信息也通過U9和J2發(fā)往PC機(jī)。
在電源管理電路中測試儀電池電源和外接電源通過插頭J2接入繼電器U12常閉接點(diǎn)，外接電源通過插頭J2接入繼電器U12常開接點(diǎn)和線包，當(dāng)外接電源上沒有電壓時，電池電源通過常閉接點(diǎn)接入主板，當(dāng)外接電源上有電壓時，U12線包得電，常閉接點(diǎn)斷開，從而切斷電池電源；常開接點(diǎn)閉合，將外接電源送入主板。
在定時電路中本系統(tǒng)中在測試過程中需要提供不同的定時時鐘，在測試油井沖次時需要毫秒級的時鐘，在連續(xù)測試功圖時需要提供分鐘級的時鐘，所以僅靠CPU本身的定時器將使編程困難，且精度降低，所以電路中設(shè)計(jì)了專門的定時芯片U8，它根據(jù)CPU的需求，按不同的定時引發(fā)CPU的外部中斷，使CPU按不同的定時完成相應(yīng)的測試。
在看門狗電路中看門狗芯片U7為本電路實(shí)現(xiàn)了上電復(fù)位、低電壓復(fù)位。
三維功圖測試儀利用壓力傳感器、位移傳感器，在時鐘信號的控制下將數(shù)據(jù)送到儀器的CPU進(jìn)行處理，顯示出實(shí)時功圖和數(shù)據(jù)送至RAM進(jìn)行儲存。將儲存的數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)通過三維動態(tài)功圖測試軟件產(chǎn)生三維連續(xù)動態(tài)功圖。三維動態(tài)功圖測試儀可根據(jù)現(xiàn)場的需要，設(shè)定測試數(shù)據(jù)采集的時間間隔，也可設(shè)定測試多長時間，可連續(xù)測量記錄5000個功圖。真實(shí)的反映出油井一段時間內(nèi)井下泵的真實(shí)功況。通過三維動態(tài)功圖測試軟件，不僅能做出反映抽油井功況動態(tài)三維功圖，而且可根據(jù)三維連續(xù)動態(tài)功圖繪出功-時曲線?？梢源藶橹饕罁?jù)，產(chǎn)生出抽油井的最佳運(yùn)行方案，生成間開程序，去控制抽油機(jī)間開，使抽油井在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。
在該發(fā)明中，CPU型號可選擇AT89C55、AT87F55、P89C55RC+；U2地址鎖存儲器型號可選擇74LS373、74HD373、74374；U3數(shù)據(jù)存儲器型號可選擇DCM81000、28256、28C256；U4多路轉(zhuǎn)換器型號可選擇4051、4053、4097；U5A/D轉(zhuǎn)換器型號可選擇MAX191、AD574、AD0809；U6擴(kuò)展接口型號可選擇8255、8155、8212；U7看門狗型號可選擇MAX1232、NE555、MAX706；U8定時器型號可選擇M48T86、8253、8254；U9RS232通訊控制器型號可選擇MAX202、8251、1489；U11與門電路型號可選擇4082、4081、4073。
權(quán)利要求
1.抽油機(jī)三維動態(tài)測試儀，它包括數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)存儲電路、信息顯示電路、命令接收電路、數(shù)據(jù)通訊電路、電源管理電路、定時電路和看門狗電路，其特征是抽油機(jī)上安裝有傳感器，傳感器與多路選擇開關(guān)相聯(lián)，多路選擇開關(guān)與“A/D”轉(zhuǎn)換器相聯(lián)，“A/D”轉(zhuǎn)換器又與“CPU”相聯(lián)，“CPU”又分別與RAM、液晶顯示器、按扭相聯(lián)，“CPU”經(jīng)串行口又與PC機(jī)相聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)三維動態(tài)測試儀，其特征是傳感器經(jīng)J1多芯插頭與多路選擇開關(guān)U4相聯(lián)，U4與“A/D”轉(zhuǎn)換器U5相聯(lián)，CPU通過數(shù)據(jù)總線分別與U2、U3、U5、U8、U6相聯(lián)，U2為地址鎖存器，U2又與U3相聯(lián)；CPU通過數(shù)據(jù)總線將“A/D”轉(zhuǎn)換器U5獲得的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲器U3中；CPU中有程序存儲器，擴(kuò)展接口U6與插頭J4相聯(lián)，插頭J3與門電路U11、U6相聯(lián)，U11與CPU相聯(lián)，PC機(jī)與插頭J2相聯(lián)，J2又與通信控制器U9相聯(lián)，U9與CPU聯(lián)通，電源通過J2接入繼電器U12，定時芯片U8與CPU相聯(lián)；看門狗芯片U7與CPU相聯(lián)。
3.抽油機(jī)三維動態(tài)測試儀測試方法，其特征是將測試儀安裝在抽油井上，測試儀按設(shè)定時間間隔，不斷地測出一個個單周期功圖，并將數(shù)據(jù)存入測試儀中的大容量RAM中，再將存貯的數(shù)據(jù)輸入PC機(jī)，PC機(jī)中的“三維動態(tài)分析軟件”自動生成三維功圖及相關(guān)的載荷—時間圖、功時曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油機(jī)三維測試儀測試方法，其特征是所述的三維功圖是這樣獲得的，即每隔一個預(yù)定時間，測一個單周期功圖，然后把若干個單周期功圖沿時間軸累積起來，形成三維功圖。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油機(jī)三維動態(tài)測試儀測試方法，其特征是所述的三維電流圖是這樣獲得的，每隔一預(yù)定時間，測一個單周期電流圖，然后把若干個單周期電流圖沿時間軸累積起來，形成三維電流圖。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油機(jī)三維動態(tài)測試儀測試方法，其特征是所述的功時曲線是這樣獲得的，求出連續(xù)測試中每個單周期功圖，做為在每個沖次中抽油機(jī)所做的功，然后將功作為一個軸，時間作為一個軸，所形成的曲線就是功時曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油機(jī)三維動態(tài)測試儀測試方法，其特征是所述的同位移點(diǎn)載荷變化曲線是這樣獲得的，選定單周期功圖或電流圖中某一位移點(diǎn)，然后以連續(xù)測試中各個單功圖或電流圖中這個位移點(diǎn)中的載荷或電流為一個軸，以時間為另一軸，形成的平面圖。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油機(jī)三維動態(tài)測試儀測試方法，其特征是對間歇出油井，在不出油時，它的功圖面積(功)比較小，在出油時，它的功圖面積(功)比較大，所以從一口間歇出油井的功圖形狀中判斷出供液不足，而比較連測各時間功圖的功的大小，就可判斷出出油時段。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維動態(tài)測試儀測試方法，其特征是連續(xù)測試時間在10小時以上，且間隔時間可調(diào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的抽油機(jī)三維動態(tài)測試儀測試方法，其特征是通過測量獲得分析數(shù)據(jù)輸入到間開控制器，以控制油井的間、開。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)三維動態(tài)測試儀，其特征是所述的串行接口為RS232接口。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽油機(jī)三維動態(tài)測試儀，其特征是所述的傳感器有三個，分別是線位移傳感器、角位移傳感器、載荷傳感器。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抽油機(jī)三維動態(tài)測試儀，其特征是U3為自帶鋰電池的大容量RAM。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抽油機(jī)功圖測試儀及其測試方法，它將傳感器安裝在抽油機(jī)上，各傳感器信號經(jīng)“多路選擇開關(guān)”、“A/D”轉(zhuǎn)換器”送入CPU，CPU將采集的數(shù)據(jù)存入大容量RAM；CPU接收按鈕命令，并通過液晶顯示器顯示信息及圖形，CPU將RAM中數(shù)據(jù)通過RS232串行口送入PC機(jī)，PC中的“三維動態(tài)分析軟件”自動生成三維功圖及相關(guān)的載荷－時間圖、功時曲線。對各種曲線、圖形進(jìn)行分析、判斷，以確定油井的工況和出油規(guī)律，從而制定油井最佳運(yùn)行方案，使油井在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。
文檔編號G06F13/00GK1459547SQ0211046
公開日2003年12月3日 申請日期2002年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月24日
發(fā)明者黃翔, 薛勝東, 張同哲, 徐福利, 劉金, 李盛日, 張洪山, 魏衍珠, 李東海, 張本琪, 李平, 田承村, 劉鵬 申請人:山東新大通石油環(huán)保科技股份有限公司