專利名稱：抽油機三維動態測試儀及其測試方法
技術領域：
本發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、抽油機運行動態以及油井出油規律的儀器及方法。
背景技術：
在油田開發中，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。目前國內現有的示功圖測試儀不能連續測量，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。不能真實全面反映油井一段時間內的工作狀況，及工況的變化規律。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全面反映一口井的工況動態和出油規律。中國專利ZL97243548.4是一種測量某一個時間點示功圖的永置式示功圖測試裝置，未涉及抽油機三維動態功圖測試內容。中國專利ZL95220627.7是一種便攜式抽油機井功圖量液儀，它是一種具有功圖測試和產液量計算雙重功能的便攜式抽油機井功圖量液儀，它測量的功圖也是某個時間點的功圖，也未涉及抽油機三維動態功圖測試內容。中國專利ZL87205901u抽油井數字示功儀，獲取井下任一深度的示功圖。上述專利均未涉及對抽油機井的連續測量，都未涉及繪制三維功圖、功時曲線圖，都未涉及通過連續測試抽油機井的功圖來掌握油井的動態工況和出油規律，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律和油井的出油規律，一直是油田開發的一大難題。

發明內容
本發明解決的技術問題是通過油井工況的變化規律和油井的出油規律，通過對抽油機功圖實現連續測量、分析、診斷、掌握。本發明是應用計算機技術研制開發的抽油井三維動態功圖測試儀，該儀器應用單片機采用分時采集法，對油井參數實現連續動態測試采集。本發明是這樣實現的，抽油機三維動態測試儀，它在抽油機上安裝有傳感器，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相聯，多路選擇開關與“A/D”轉換器相聯，“A/D”轉換器又與“CPU”相聯，“CPU”分別與自帶鋰電池的大容量RAM、液晶顯示器、按鈕相聯，RAM容量1M，“CPU”經串行口又與PC機相聯。這樣，各傳感器信號經“多路選擇開關”、“A/D轉換器”送入CPU；CPU又將采集的數據存入大容量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中數據通過RS232口送入PC機。
該發明進一步描述為，傳感器經多芯插頭J1與多路選擇開關U4相聯，U4與“A/D”轉換器U5相聯，CPU通過數據總線分別與U2、U3、U5、U8、U6相聯，U2為地址鎖存器，U3為數據存儲器，U6為擴展接口，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，在CPU的控制下，U4打開相應的一路，將信號送入U5；CPU通過數據總線將U5獲得的數據存入U3中；CPU中有程序存儲器，U6與多芯插頭J4相聯，多芯插頭J3與U11、U6相聯，U11為門電路，U11與CPU相聯，PC機與插頭J2相聯，J2又與U9相聯，通信控制器U9與CPU聯通，電源通過J2接入繼電器U12，U8與CPU相聯，U7與CPU相聯。從而分別構成了數據采集電路、數據存儲電路、信息顯示電路、命令接收電路、數據通訊電路、電源管理電路、定時電路和看門狗電路。
抽油機三維動態測試儀測試方法是，將測試儀安裝在抽油井上，測試儀按設定時間間隔，不斷地測出一個個單周期功圖，并將數據存入測試儀中的大容量RAM中，再將存貯的數據輸入PC機，PC機中的“三維動態分析軟件”自動生成三維電流圖、三維功圖及相關的載荷-時間圖、功時曲線，以實現連續測試。其三維功圖是這樣獲得的，即每隔一個預定時間，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所做的功，然后將載荷作為豎坐標，時間作為橫坐標，所形成的曲線就是功時曲線。位移點載荷變化曲線，是這樣獲得的，選定單周期功圖或電流圖中某一位移點，然后以連續測試中各個單功圖或電流圖中這個位移點中的載荷或電流為豎坐標，以時間為橫坐標，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，準確的分析判斷出油井的功況變化和出油規律，制定出抽油井的最佳運行方案，并可生成抽油井的最佳間開運行程序，通過配套的“間開控制器”控制抽油機自動間開運行，以達到節能的目的。加上與之配套的發射裝置，可實現油井參數的遠傳，實現油井自動化管理。三維功圖測試儀測試的內容包括套壓、靜載荷、單周期功圖、周期電流圖、功圖連續測量、電流圖連續測量、功圖電流圖連續對比測量。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，變成了動態的連續測量，使抽油井的測試診斷更科學、更準確、更可靠。


附圖1為本發明的電路原理圖。
附圖2為電路硬件原理圖。
具體實施例方式
參照附圖1、附圖2，在數據采集過程中角位移傳感器、載荷傳感器信號經J1插頭送入，送至多路選擇開關U4。根據需要，在CPU的控制下，U4打開相應的一路，將當前需要測試的信號送入A/D轉換器U5，由U5將傳感器送入的模擬信號轉換成0-4096的整數。
在數據存儲過程中CPU通過數據總線將A/D轉換器U5獲得的數據存入數據存儲器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程序需要CPU從程序存儲器(CPU內)或數據存儲器(U3)中提取所需數據進行計算，將顯示內容通過數據總線送往擴展接口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，它們被按動時產生的開關信號通過插頭J3送入與門電路U11和擴展接口U6，與門電路U11將引發CPU產生外部中斷，CPU在中斷程序中通過查詢擴展接口U6來判斷是哪一個按鈕發出的命令，從而去執行相應命令。
在數據通訊過程中當PC機向測試儀發出通訊請求時，請求信號通過插頭J2送往RS232通訊控制器U9，U9將引發CPU的通訊中斷，在中斷程序中CPU對請求作出應答，應答信息也通過U9和J2發往PC機。
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，外接電源通過插頭J2接入繼電器U12常開接點和線包，當外接電源上沒有電壓時，電池電源通過常閉接點接入主板，當外接電源上有電壓時，U12線包得電，常閉接點斷開，從而切斷電池電源；常開接點閉合，將外接電源送入主板。
在定時電路中本系統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，所以電路中設計了專門的定時芯片U8，它根據CPU的需求，按不同的定時引發CPU的外部中斷，使CPU按不同的定時完成相應的測試。
在看門狗電路中看門狗芯片U7為本電路實現了上電復位、低電壓復位。
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據送到儀器的CPU進行處理，顯示出實時功圖和數據送至RAM進行儲存。將儲存的數據送到計算機通過三維動態功圖測試軟件產生三維連續動態功圖。三維動態功圖測試儀可根據現場的需要，設定測試數據采集的時間間隔，也可設定測試多長時間，可連續測量記錄5000個功圖。真實的反映出油井一段時間內井下泵的真實功況。通過三維動態功圖測試軟件，不僅能做出反映抽油井功況動態三維功圖，而且可根據三維連續動態功圖繪出功-時曲線。可以此為主要依據，產生出抽油井的最佳運行方案，生成間開程序，去控制抽油機間開，使抽油井在最佳狀態下運行。
在該發明中，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數據存儲器型號可選擇DCM81000、28256、28C256；U4多路轉換器型號可選擇4051、4053、4097；U5A/D轉換器型號可選擇MAX191、AD574、AD0809；U6擴展接口型號可選擇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。
權利要求
1.抽油機三維動態測試儀，它包括數據采集電路、數據存儲電路、信息顯示電路、命令接收電路、數據通訊電路、電源管理電路、定時電路和看門狗電路，其特征是抽油機上安裝有傳感器，傳感器與多路選擇開關相聯，多路選擇開關與“A/D”轉換器相聯，“A/D”轉換器又與“CPU”相聯，“CPU”又分別與RAM、液晶顯示器、按扭相聯，“CPU”經串行口又與PC機相聯。
2.根據權利要求1所述的抽油機三維動態測試儀，其特征是傳感器經J1多芯插頭與多路選擇開關U4相聯，U4與“A/D”轉換器U5相聯，CPU通過數據總線分別與U2、U3、U5、U8、U6相聯，U2為地址鎖存器，U2又與U3相聯；CPU通過數據總線將“A/D”轉換器U5獲得的數據存入數據存儲器U3中；CPU中有程序存儲器，擴展接口U6與插頭J4相聯，插頭J3與門電路U11、U6相聯，U11與CPU相聯，PC機與插頭J2相聯，J2又與通信控制器U9相聯，U9與CPU聯通，電源通過J2接入繼電器U12，定時芯片U8與CPU相聯；看門狗芯片U7與CPU相聯。
3.抽油機三維動態測試儀測試方法，其特征是將測試儀安裝在抽油井上，測試儀按設定時間間隔，不斷地測出一個個單周期功圖，并將數據存入測試儀中的大容量RAM中，再將存貯的數據輸入PC機，PC機中的“三維動態分析軟件”自動生成三維功圖及相關的載荷—時間圖、功時曲線。
4.根據權利要求3所述的抽油機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.根據權利要求3所述的抽油機三維動態測試儀測試方法，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.根據權利要求3所述的抽油機三維動態測試儀測試方法，其特征是所述的功時曲線是這樣獲得的，求出連續測試中每個單周期功圖，做為在每個沖次中抽油機所做的功，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.根據權利要求3所述的抽油機三維動態測試儀測試方法，其特征是所述的同位移點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，然后以連續測試中各個單功圖或電流圖中這個位移點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.根據權利要求3所述的抽油機三維動態測試儀測試方法，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.根據權利要求3所述的三維動態測試儀測試方法，其特征是連續測試時間在10小時以上，且間隔時間可調。
10.根據權利要求3所述的抽油機三維動態測試儀測試方法，其特征是通過測量獲得分析數據輸入到間開控制器，以控制油井的間、開。
11.根據權利要求1所述的抽油機三維動態測試儀，其特征是所述的串行接口為RS232接口。
12.根據權利要求1所述的抽油機三維動態測試儀，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.根據權利要求2所述的抽油機三維動態測試儀，其特征是U3為自帶鋰電池的大容量RAM。
全文摘要
本發明涉及一種抽油機功圖測試儀及其測試方法，它將傳感器安裝在抽油機上，各傳感器信號經“多路選擇開關”、“A/D”轉換器”送入CPU，CPU將采集的數據存入大容量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中數據通過RS232串行口送入PC機，PC中的“三維動態分析軟件”自動生成三維功圖及相關的載荷－時間圖、功時曲線。對各種曲線、圖形進行分析、判斷，以確定油井的工況和出油規律，從而制定油井最佳運行方案，使油井在最佳狀態下運行。
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 優先權日2002年5月24日
發明者黃翔, 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:山東新大通石油環保科技股份有限公司