一种无需载荷传感器的油田抽油机示功图的测量方法.pdf

无需载荷传感器的油田抽油机示功图的测量方法，包括测量计算抽油机自身机械的抽油机示功图，CPU通过控制单元控制变频器的运行状态，变频器根据CPU发出的信号控制抽油机主电机，在抽油机的曲柄装置配重块一侧设置位移传感器，位移传感器将位移信号通过信号采集单元输送至CPU，采集变频器的运行数据输送至CPU，CPU对位移信号和采集变频器的运行数据进行坐标处理，得到主电机示功图，CPU将主电机示功图与抽油机示功图进行矢量合成处理，得到抽油机光杆的包含位移数据和负荷数据的光杆示功图。本发明无需在抽油机光杆或游梁等位置上安装任何载荷传感器、压力传感器等装置，无需停机卸载等，即可准确、可靠地测量出抽油机的示功图。

1、  一种无需载荷传感器的油田抽油机示功图的测量方法，包括测量计算抽油机自身机械的抽油机示功图，CPU通过控制单元控制变频器的运行状态，变频器根据CPU发出的信号控制抽油机主电机，其特征在于：在抽油机的曲柄装置配重块一侧设置位移传感器，位移传感器将位移信号通过信号采集单元输送至CPU，采集变频器的运行数据输送至CPU，CPU对位移信号和采集变频器的运行数据进行坐标处理，得到主电机示功图，CPU将主电机示功图与抽油机示功图进行矢量合成处理，得到抽油机光杆的包含位移数据和负荷数据的光杆示功图，并且显示或传输。

2、  根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述的采集变频器的运行数据输送至CPU是变频器的通讯端连接CPU的通讯端，通过采用RS-485通讯方式实现数据传输。

3、  根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述的CPU的数据端设置有触摸显示屏。

4、  根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述的CPU的通讯端设置有无线传输模块。

5、  根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述位移传感器采用霍尔传感器、拉线、接近开关或角度传感器。

一种无需载荷传感器的油田抽油机示功图的测量方法
技术领域
本发明提供了一种无需载荷传感器的油田抽油机示功图的测量方法，属于油田抽油机示功图的测量领域。
背景技术
计算和绘制油田抽油机示功图需要测出抽油机光杆的位移值和每一位移值的载荷值。油田现有抽油机示功图测量装置，是与抽油机分离的独立测量系统。测量抽油机示功图时，需要停机半小时以上安装载荷传感器和位移传感器等装置后进行测量，即用位移传感器测出光杆的位移值，用载荷传感器测出载荷值，然后送入处理单元处理输出示功图。使用这类方法，载荷传感器一般安装在抽油机的光杆上，此类传感器比较准确，但容易损坏，也有的安装在游梁上，此类传感器比较耐用，但准确度较低。按这种方式检测前，停井准备时间长，直接影响油井产量，检测后的数据处理时间长，绘制示功图的时间长，直接影响对有问题油井采取措施的及时性，经常发生烧配电箱、烧电机等情况，严重时直接影响油井正常生产。为了解决这一问题，人们开发了永置式示功图测试仪，其方法一般为将示功仪传感器长期放置在抽油机悬绳器两夹板之间，由于传感器长期在夹板应力作用下易发生形变造成测量误差，因此一般传感器使用3个月左右就需要更换并进行校验，这样就造成永置式示功仪测试成本较高，不能进一步有效推广。针对上述种种问题，虽然目前也出现了一些安装载荷传感器的方法和装置，可以不停机的进行测试，但由于都需要安装载荷传感器，因此仍存在装卸不方便，容易发生事故，以及测试设备受损等缺点。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种简易、方便、准确、可靠的无需载荷传感器的油田抽油机示功图的测量方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无需载荷传感器的油田抽油机示功图的测量方法，包括测量计算抽油机自身机械的抽油机示功图，CPU通过控制单元控制变频器的运行状态，变频器根据CPU发出的信号控制抽油机主电机，其特征在于：在抽油机的曲柄装置配重块一侧设置位移传感器，位移传感器将位移信号通过信号采集单元输送至CPU，采集变频器的运行数据输送至CPU，CPU对位移信号和采集变频器的运行数据进行坐标处理，得到主电机示功图，CPU将主电机示功图与抽油机示功图进行矢量合成处理，得到抽油机光杆的包含位移数据和负荷数据的光杆示功图，并且显示或传输。
所述的坐标处理为以位移为横轴，以载荷为纵轴建立坐标系。以每一冲程内所有对应位移的载荷画点、连线，即得到示功图。
所述的采集变频器的运行数据输送至CPU是变频器的通讯端连接CPU的通讯端，通过采用RS-485通讯方式实现数据传输。
所述的矢量合成处理为本行业技术人员所掌握的普通现有技术。
所述的CPU设置有触摸显示屏，通过触摸显示屏实现数据输入和输出。
所述的CPU设置有无线传输模块，无线传输模块优选GPRS无线传输模块，也可以用CDMA无线传输模块。方便实现远距离无线传输。多台抽油机的示功图信号通过无线传输模块输送至控制主机，方便集中管理。
所述的位移传感器优选采用霍尔传感器，也可以采用拉线、接近开关、角度传感器。
本发明的原理：抽油机根据其机械结构、组成部分等自身参数可以得到一个抽油机自身的示功图。抽油时，抽油机主电机工作，对应抽油机的位移变化，变频器的输出信号也变化。CPU取得变频器输出信号，并转化成负荷与位移的对应关系，然后与抽油机自身的示功图进行矢量合成，以每一冲程内所有对应位移的载荷画点、连线得到一个封闭环形曲线，即抽油机运行过程中光杆的示功图，进行储存、通过触摸显示屏显示或者通过无线传输模块传输。
本发明的一种无需载荷传感器的油田抽油机示功图的测量方法所具有的有益效果是：通过使用变频器控制电机，进而控制抽油机工作，实现无需在抽油机光杆或游梁等位置上安装任何载荷传感器、压力传感器等装置，无需停机卸载等，即可准确、可靠地测量出抽油机的示功图。该测试方法由于没有使用载荷传感器，直接避免了停抽问题，减少了因频繁起停抽油机造成的电机控制装置的损坏等问题，而且解决了永置式传感器在生产测试过程中传感器易发生形变造成测试结果偏差，而且维护费用高的缺点，这样就大大延长了测试装置的使用时限和检测周期，减少了仪器检修、维护的工作量，较大幅度地降低了生产测试成本，在抽油机不停抽的生产状况下，得到了最接近真实情况的抽油机光杆示功图信息，并且不影响抽油井的生产效率。另外，通过设置触摸显示屏，可以实时显示测得的示功图，方便地进行实地控制，还通过设置GPRS无线传输模块，通过无线方式与监控中心进行通讯，由微机对数据进行处理、分析和判断，及时了解抽油机的作业情况，并以此做出指令远程控制抽油机的运行。
附图说明
图1是本发明的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述：
如图1所示，交流电源提供直流电源模块的供电。直流电源模块提供直流电源。CPU通过控制单元控制变频器输出，从而控制抽油机主电机的启动、停止和转速等运行状态。变频器的数据输出端连接CPU的信号输入端，变频器的运行数据输送至CPU。变频器的输出数据包括电流、电压、力矩、频率、功率等。设置在抽油机的曲柄装置配重块一侧的位移传感器的输出端通过信号采集单元连接CPU的信号输入端，将位移信号通过信号采集单元输送至CPU。
采集变频器的运行数据输送至CPU是变频器的通讯端连接CPU的通讯端，通过采用RS-485通讯方式实现数据传输。
在检测初期，测量出抽油机光杆的运行位移与曲柄装置的配重块的运行位移之间的对应关系。在抽油机的曲柄装置的配重块一侧安装霍尔传感器，测得抽油机运行时配重块的位移，即可转换为抽油机光杆的位移。霍尔传感器测得的位移信息通过配电箱内的信息采集单元，输送到CPU处理。该位移是一个跟电机转速(v)和时间(t)有关的函数，记做S＝S(v，t)，由于电机的转速(v)由变频器控制，是频率(f)的函数，记做v＝V(f)，故CPU可以通过读取变频器的频率(f)、运行时间(t)数据计算出该位移量(S)。抽油机主电机由变频器控制，从变频器读出抽油时对应某一时刻的力矩(M)，根据已知的力臂(L)和公式力矩(M)＝P*L，可以计算出对应时刻的载荷P，记做P＝P(t)。这样就可以得到某一时刻对应的位移和载荷的大小，也就可以很容易的转化成载荷与位移的对应关系，记做P＝P(S)，并以此画出主电机的示功图。然后将该图与抽油机固有特性的示功图进行矢量合成，即得到反应实际抽油情况的抽油机光杆的示功图。
CPU的数据端设置有触摸显示屏，CPU的通讯端设置有无线传输模块，分别用于显示和传输。
无线传输模块优选GPRS无线传输模块，也可以用CDMA无线传输模块，方便实现远距离无线传输。多组信号通过无线传输模块输送至控制主机，方便集中管理。
位移传感器优选采用霍尔传感器，也可以采用拉线、接近开关、角度传感器。
本发明所述的抽油机、变频器、控制单元、CPU、位移传感器均为普通现有产品。CPU与控制单元、无线传输模块、触摸显示屏、信号采集单元之间均按照公知技术方式连接，变频器的通讯端与CPU的通讯端之间采用RS-485通讯方式。变频器的输出数据包括电流、电压、力矩、频率、功率等。
根据所测得的示功图，并结合现场实际情况等，可以自动或人为的综合分析判断主电机、抽油机、供液等工况的运行情况和井下可能的情况，便于开展油井抽空控制，自动实现科学间抽，减少机—杆—泵磨损，延长检泵周期，节约电能消耗，提高生产效率，减少测试费用和生产成本，并且能够实现过流、过压等的保护，计算用电量等功能。