專利名稱：抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測裝置，具體地說，是一種抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置。
背景技術：
在各種人工舉升采油中，有桿抽油居于首位，同時潛油電泵也成為油田高產，穩(wěn)產的重要手段之一。由于井下工況復雜且不易于直接觀測，需要采取一些手段對抽油機的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，以保障抽油機能正常工作。目前抽油機井系統的運行過程中的其他一些狀態(tài)已經有了有效的監(jiān)測手段，但是在抽油機井空載監(jiān)測方面仍然存在著不足。若液面低于抽液口，管道內便會出現空載現象，從而會導致系統不能正常工作。從兩個方面來說，若系統長時間處于空載狀態(tài)時電機負荷會發(fā)生變化，會使電機處于不正常工作狀態(tài)，影響電機性能；另外由于沒有液體的存在，對桿式抽油系統來說，抽油桿與抽油管套間缺少緩沖物質，在抽油桿重復的上下過程中，抽油桿會與抽油管套之間發(fā)生直接碰撞，給抽油系統帶來危害。對潛油電泵來說，出現空載現象時，會減少對抽油系統的冷卻作用，并且當有大量空氣進入潛油電泵機組時，會使離心泵工作不穩(wěn)定，排量、揚程及效率下降。同時，抽油機井出現空載狀態(tài)也會造成能源的浪費，系統長時間的運行在空載狀態(tài)，對電能的消耗一直在持續(xù)，而抽油系統實際上并沒有發(fā)揮其應有的作用，會造成能 源的浪費。從能耗的角度來看，這個現象也必須得到有效的監(jiān)測，提高系統工作效率。因此已知的抽油機井空載監(jiān)測裝置存在著上述種種不便和問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的，在于提出一種使用安裝方便，監(jiān)測準確的抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測
>J-U ρ α裝直。為實現上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是:—種抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置，抽油機存在著各種原因導致的振動，對桿式抽油機來說，包括光桿上下運動對井口的摩擦引起的振動，電機運行時傳導的振動，減速器影響的振動，油水混合物正常流動時產生的振動，液氣水混合物流動時產生的振動，液體不流動時產生的振動和抽空時產生的空載振動；對潛油電泵抽油系統來說，包括潛油電泵導致的振動，分離器導致的振動，保護器導致的振動，潛油電機導致的振動，油水混合物正常流動時產生的振動,液氣水混合物流動時產生的振動,液體不流動時產生的振動和抽空時產生的空載振動，所述抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置包括拾振環(huán)節(jié)，測量線路環(huán)節(jié)和信號處理分析環(huán)節(jié)，其特征在于:所述拾振環(huán)節(jié)包含對微弱振動信號的振動檢測部分和對所檢測的微弱信號進行放大處理部分，其中:對微弱振動信號的振動檢測部分設置壓電式傳感器，壓電式傳感器是基于壓電晶體的壓電效應工作的，根據微弱的變化產生變化的電壓信號，將物理振動信號轉化為可以進行處理的電信號；對所檢測的微弱信號進行的放大部分設置電荷放大器，振動傳感器產生的電荷量信號很微弱，不方便直接進行處理，電荷放大器輸出高阻抗，其輸出信號不會因為傳輸線的長短而產生明顯變化；所述測量線路環(huán)節(jié)包含對拾振環(huán)節(jié)信號的分頻部分，對帶通濾波器帶寬的控制部分，對分頻信號進行處理部分，其中:在拾振環(huán)節(jié)信號的分頻部分設置能夠程控的帶通濾波器組；對帶通濾波器帶寬控制部分設置譯碼器對各濾波器進行控制，在設置各濾波器中心頻率時根據需要選擇對應濾波器；對分頻信號處理部分分頻信號處理部分采用觸發(fā)器；所述信號處理分析環(huán)節(jié)包含對各路信號的讀取部分，對各路信號進行分析部分，其中:信號讀取部分通過將各路處理過的信號分別連接在嵌入式微處理器的管腳上，嵌入式微處理器對各路方波信號分別進行讀??；信號分析部分是由嵌入式微處理器根據讀取到的各路方波信號進行計算，得出各信號所對應的頻率，且根據實際測量情況，在出現空載狀態(tài)時通知報警系統采取措施。采用上述技術方案后，本發(fā)明的抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置具有以下優(yōu)點:1、對微弱信號的檢測與放大能夠不受屏蔽線長短的影響，能夠準確的從井下將測得信號經過較長的傳輸線傳遞上來。受到環(huán)境影響，以及線路長短的影響較小，保證測量的準確性；2、通過對主要振動頻率進行監(jiān)測能夠排除系統其他微小擾動，以及其他外界干擾；3、通過對帶通濾波器進行程序控制，在適用性上得到加強，能夠適應各種不同環(huán)境，不同類型的抽油系統。方便根據實際情況及時進行調節(jié)，應用范圍廣；4、最終檢測結果不僅能反映出系統是否出現空載情況，也能在檢測到的其他范圍內的振動頻率處于不正常范圍時，確定其他環(huán)節(jié)出現不正常狀態(tài)，并能及時進行反饋；5、應用于設備保護、節(jié)能和提高生產效益。


圖1為本發(fā)明實施例的抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置框圖；圖2為本發(fā)明實施例的振動傳感器與電荷放大器框圖；圖3為本發(fā)明實施例的帶通濾波器組框圖；圖4為本發(fā)明實施例的嵌入式微處理器接線與功能框圖；圖5為本發(fā)明實施例的抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置電路圖。
具體實施例方式以下結合實施例及其附圖對本發(fā)明作更進一步說明。實施例1抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置現請參閱圖1，圖1為本發(fā)明實施例的抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置框圖。如圖所示，所述抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置包括拾振環(huán)節(jié)，測量線路環(huán)節(jié)和信號處理分析環(huán)節(jié)，其特征在于:所述拾振環(huán)節(jié)包含對微弱振動信號的振動檢測部分和對所檢測的微弱信號進行放大處理部分，其中:在微弱振動信號的振動檢測部分設置壓電式傳感器，壓電式傳感器根據微弱振動信號的變化產生相應變化的電壓信號；對所檢測的微弱信號進行的放大部分設置電荷放大器，電荷放大器輸出高阻抗；所述測量線路環(huán)節(jié)包含對拾振環(huán)節(jié)信號的分頻部分，對帶通濾波器帶寬的控制部分，對分頻信號進行處理部分，其中:在拾振環(huán)節(jié)信號的分頻部分設置能夠程控的帶通濾波器組；對帶通濾波器帶寬控制部分設置譯碼器對各濾波器進行控制，在設置各濾波器中心頻率時根據需要選擇對應濾波器；對分頻信號處理部分分頻信號處理部分設置觸發(fā)器；所述信號處理分析環(huán)節(jié)包含對各路信號的讀取部分，對各路信號進行分析部分，其中:信號讀取部分通過將各路處理過的信號分別連接在嵌入式微處理器的管腳上，嵌入式微處理器對各路方波信號分別進行讀??；信號分析部分是由嵌入式微處理器根據讀取到的各路方波信號進行計算，得出各信號所對應的頻率，且根據實際測量情況，在出現空載狀態(tài)時通知報警系統采取措施。實施例2抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置使用方法現請參閱圖2 圖5，圖2為本發(fā)明實施例的振動傳感器與電荷放大器框圖，圖3為本發(fā)明實施例的帶通濾波器組框圖，圖4為本發(fā)明實施例的嵌入式微處理器接線與功能框圖，圖5為本發(fā)明實施例的抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置電路圖。本發(fā)明抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置的原理如下:盡管抽油機存在著多方面原因導致的振動，但是每種振動都有其固有的振動頻率，通過對不同頻率范圍內的振動進行檢測、比較就能分析出抽油機是否正常工作。本發(fā)明抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置的拾振環(huán)節(jié)，測量線路環(huán)節(jié)和信號處理分析環(huán)節(jié)相配合，能夠實現對桿式抽油機空載狀態(tài)的監(jiān)測。在檢測到振動信號后經過放大，將信號傳輸進帶通濾波器組，將帶通濾波器組處理過的信號分別通過波形處理電路，最終得到各種同頻率的方波信號，將這些信號傳遞至嵌入式微處理器進行讀取，最終由嵌入式微處理器根據輸入信號分別進行計算處理。通過對振動頻率信號的分頻處理，在進行比較后便可得出實際工作狀態(tài)。因此本發(fā)明最終結果不僅能對空載狀態(tài)進行檢測，也能通過對主要頻率的波形一一進行分析，檢測其他導致抽油機振動的環(huán)節(jié)是否正常，以保證抽油機處于正常工作狀態(tài)。本發(fā)明抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置使用方法包括以下步驟:步驟1、對各種振動頻率進行測量在即將應用本抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置的抽油系統中，根據實際情況分別得出光桿對上下運動對井口的摩擦振動，電機運行時傳導的振動，減速器振動的影響振動；潛油電泵導致的振動，分離器導致的振動，保護器導致的振動，以及潛油電機導致的振動以及油水混合物正常流動時產生的振動，液氣水混合流動物流動時產生的振動，以及液體不流動時產生的振動，抽空時的空載振動等主要振動的中心頻率。步驟2、帶通濾波器組的設置根據步驟I所得到數據，對嵌入式微處理器進行編程，通過譯碼器對多個芯片進行選擇，分別將對應的控制信號傳輸并存儲在芯片的存儲單元上。通過存儲單元上的這些控制信號，便可設置好各帶通濾波器允許通過信號的中心頻率以及其他控制量。
步驟3、拾振環(huán)節(jié)處理拾振環(huán)節(jié)分為對微弱振動信號的檢測部分即振動傳感器，對所檢測的微弱信號進行放大處理部分即電荷放大器。所述的振動傳感器采用壓電式振動傳感器。當桿式抽油機抽油桿振動時，安裝在抽油桿上的振動傳感器便能夠檢測到振動信號，傳感器內的晶體會發(fā)生極化現象，在它的表面產生符號相反的電荷，最終輸出一個微小電信號。同時傳感器還能根據振動方向的變化顯示出不同極性的電信號。當無振動時，則會重新恢復到不帶電狀態(tài)。但是由于震動比較微弱，所檢測到的信號也比較微弱。在對信號處理前需要對微弱信號的檢測需要進行放大。通過比較，本裝置采用電荷放大器。電荷放大器電路的輸出電壓正比于輸入電荷量，同時如果采用屏蔽光纜進行信號傳輸，傳輸信號受線路長短的影響較小，能夠保證拾振環(huán)節(jié)信號的準確性，以便于后續(xù)環(huán)節(jié)準確的進行。步驟4、測量線路環(huán)節(jié)處理測量線路環(huán)節(jié)分為對拾振環(huán)節(jié)信號的分頻處理部分即濾波器組，對帶通濾波器帶寬的控制部分即控制電路，對分頻信號進行處理部分即波形處理電路。在檢測到振動信號后，由傳感器采集的信號是多頻率混淆分布的，并且還有一些并不是監(jiān)測所需的頻段信號干擾。因此，必須根據現場信號抗混淆濾波的需要，對感應到的信號進行指定截止頻率的高低通濾波處理，將不同頻率信號分離開，同時過濾掉非主要因素的干擾。通過圖3所示的帶通濾波器組，以及附屬的一些元器件，在實驗測得各主要振動的固有頻率后，通過調整附屬電子元件以及對管腳信號進行控制，事先設置好各濾波器的頻段范圍，通過編寫嵌入式微處理器內的程序，由嵌入式微處理器管腳輸出信號通過控制電路2分別對各個濾波器組進行選擇，輸入控制量，將控制量分別存儲在各帶通濾波器芯片的存儲器中。在此之后便能夠在本裝置正常運行之后將混合信號分開為不同頻段信號。由于能夠對帶通濾波器中心頻率進行控制，因此也提高了本裝置的通用性，能夠根據不同情況具體設計帶通濾波器的允許通過信號的中心頻率。信號通過帶通濾波器后，得到的信號波形并不是適合直接輸入到嵌入式微處理器進行處理。本裝置通過對各頻段信號分別進行波形處理，通過波形處理電路后能夠在信號高于某一電壓時產生一個同頻率的方波信號，便于嵌入式微處理器進行讀取。將此同頻率的矩形方波脈沖信號輸入到后續(xù)的嵌入式微處理器各個管腳，可以進行計數，進行頻率的計算。步驟5、信號處理分析環(huán)節(jié)運作所述信號處理分析環(huán)節(jié)包含對各路信號的讀取部分，對各路信號進行分析部分，其中:信號讀取部分通過將各路處理過的信號分別連接在嵌入式微處理器的管腳上，嵌入式微處理器對各路方波信號分別進行讀取；信號分析部分是由嵌入式微處理器根據讀取到的各路方波信號進行計算，得出各信號所對應的頻率，且根據實際測量情況，在出現空載狀態(tài)時通知報警系統采取措施。嵌入式微處理器在檢測到波形處理電路傳遞過來的頻率信號后，通過程序計算出各矩形脈沖的頻率，通過與歷史數據進行比較，可以快速檢測出各頻段信號是否在正常工作范圍內。并且可以檢測出，若其他信號都正常，而出現空載頻段信號，或者空載頻段信號前后落差很大時，便可判斷桿式抽油機便處于空載狀態(tài)。此時再通過嵌入式微處理器向報警系統發(fā)出信號，及時反饋該不正常工作狀態(tài)。本發(fā)明具有實質性特點和顯著的技術進步，本發(fā)明的抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置具有抗干擾能力強，保密性好，檢測準確等特點，適于推廣應用。
以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同的技術方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由各權利要求限定。
權利要求
1.一種抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置，抽油機存在著各種原因導致的振動，對桿式抽油機來說，包括光桿上下運動對井口的摩擦引起的振動，電機運行時傳導的振動，減速器影響的振動，油水混合物正常流動時產生的振動，液氣水混合物流動時產生的振動，液體不流動時產生的振動和抽空時產生的空載振動；對潛油電泵抽油系統來說，包括潛油電泵導致的振動，分離器導致的振動，保護器導致的振動，潛油電機導致的振動，油水混合物正常流動時產生的振動,液氣水混合物流動時產生的振動,液體不流動時產生的振動和抽空時產生的空載振動，所述抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置包括拾振環(huán)節(jié)，測量線路環(huán)節(jié)和信號處理分析環(huán)節(jié)，其特征在于: 所述拾振環(huán)節(jié)包含對微弱振動信號的振動檢測部分和對所檢測的微弱信號進行放大處理部分，其中:在微弱振動信號的振動檢測部分設置壓電式傳感器，壓電式傳感器根據微弱振動信號的變化產生相應變化的電壓信號；對所檢測的微弱信號進行的放大部分設置電荷放大器，電荷放大器輸出高阻抗； 所述測量線路環(huán)節(jié)包含對拾振環(huán)節(jié)信號的分頻部分，對帶通濾波器帶寬的控制部分，對分頻信號進行處理部分，其中:在拾振環(huán)節(jié)信號的分頻部分設置能夠程控的帶通濾波器組；對帶通濾波器帶寬控制部分設置譯碼器對各濾波器進行控制，在設置各濾波器中心頻率時根據需要選擇對應濾波器；對分頻信號處理部分分頻信號處理部分設置觸發(fā)器； 所述信號處理分析環(huán)節(jié)包含對各路信號的讀取部分，對各路信號進行分析部分，其中:信號讀取部分通過將各路處理過的信號分別連接在嵌入式微處理器的管腳上，嵌入式微處理器對各路方波信號分別進行讀??；信號分析部分是由嵌入式微處理器根據讀取到的各路方波信號進行計算，得出各信號所對應的頻率，且根據實際測量情況，在出現空載狀態(tài)時通知報警系統采取措施。
全文摘要
一種抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置，包括拾振環(huán)節(jié)，測量線路環(huán)節(jié)和信號處理分析環(huán)節(jié)，其特征在于所述拾振環(huán)節(jié)包含對微弱振動信號的振動檢測部分和對所檢測的微弱信號進行放大處理部分；所述測量線路環(huán)節(jié)包含對拾振環(huán)節(jié)信號的分頻部分，對帶通濾波器帶寬的控制部分，對分頻信號進行處理部分；所述信號處理分析環(huán)節(jié)包含對各路信號的讀取部分，對各路信號進行分析部分。本發(fā)明的抽油機井空載狀態(tài)監(jiān)測裝置具有抗干擾能力強，保密性好，檢測準確等特點，適于推廣應用。
文檔編號G01H11/08GK103196544SQ201310122038
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權日2013年4月10日
發(fā)明者鄔春學, 陳凱明 申請人:上海理工大學