一种抽油机井群远程同步效率测试系统的制作方法

本实用新型涉及一种抽油机检测设备技术领域，尤其涉及一种抽油机井群远程同步效率测试系统。

背景技术：

有杆抽油是国内外石油工业传统的机械采油方式之一，也是至今一直在机械采油方式中占绝对地位的人工举升方式。在我国 10 万多口机采井中，有杆抽油机井约占 90%，其产量占机械采油井总产量的 80％左右。抽油机是用电能换取石油的机械，如何以最少的电能开采出尽可能多的石油，是抽油机面临的主要问题，也是抽油机井节能降耗的关键所在。

目前常用抽油机井的系统效率的测试计算方法采用常规法，用三相有功电度表完成平均有功功率的计量并记录，计算出系统的日耗电量；用回声仪或其他仪器测动液面，通过油压、套压力表读出的油压、套压力可计算举升高度；通过产量计量装置测量出产液量，并将其折算出日产液量；取油样测定含水率，再算出系统效率了，测试过程基本都是人工进行测量，计算过程也比较繁琐，测试效率低，目前缺乏专门针对丛式井群效率的测试技术和手段，并且没有实现同步测量。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对抽油机井群特别是一拖四模式的抽油机井群，提供了一种能方便测试出抽油机井群效率且测试效率高、能够实现同步测量的抽油机井群远程同步效率测量系统。

本实用新型是通过如下措施实现的：一种抽油机井群远程同步效率测量系统，其特征在于，包括若干个单井参数采集单元和远程测控终端；所述单井参数采集单元包括变频器直流侧电参数采集模块和变频器交流输出侧电参数采集模块；

所述变频器直流侧电参数采集模块包括：若干个串联的分压电阻和差分放大电路构成；所述差分放大电路输出端连接双向二极管；所述变频器直流侧电参数采集模块输出端通过USB无线数据采集卡与所述远程测控终端连接；

所述变频器输出交流侧电参数采集模块包括：电流检测模块、电压检测模块、频率信号检测模块、AD转换器和单片机，所述单片机输出端通过RS-485通信模块与所述远程测控终端；

其中，所述电压检测模块：由与所述变频器输出端两两跨接的霍尔电压传感器和与所述霍尔电压传感器输出端连接的整形滤波电路构成；所述整形滤波电路输出端通过所述AD转换器与所述单片机连接；

所述电流检测模块：由与所述变频器输出端连接的电流互感器和分压电路构成；所述分压电路输出端通过所述AD转换器与所述单片机连接；

所述频率信号检测模块：由与所述变频器输出端连接的霍尔电压传感器和过零比较器构成；所述过零比较器输出端与所述单片机连接；

所述单井参数采集单元还包括: 无线示功仪、无线数字压力仪表、无线数字温度仪表、倾角传感器、动液面计量装置和气液自动计量装置；所述无线示功仪、所述无线数字压力仪表和无线数字温度仪表通过无线传输模块与远程测控终端连接；所述倾角传感器、动液面计量装置和气液自动计量装置通过RS-485通信模块与所述远程测控终端连接。

其中，所述电压检测模块的整形滤波电路由运算放大器、电阻和电容组成；所述电压检测模块输出端连接由双向二极管组成的限幅电路。

所述单片机的型号为STM32F407；所述AD转换器的型号为AD7656。

本实用新型的有益效果为：本实用新型能够远程同步测量丛油井的数据采集并远传，实现远程能流分析和效率计算，提高了测试效率。

附图说明

图1 为本实用新型实施例的结构框图。

图2 为本实用新型实施例中单井参数采集单元的结构框图。

图3 为本实用新型实施例中变频器直流侧电参数采集模块采样电路的电路图。

图4 为本实用新型实施例中变频器直流侧电参数采集模块调理电路电路图

图5 为本实用新型实施例中电压检测模块的电路图。

图6 为本实用新型实施例中电流检测模块的电路图。

图7 为本实用新型实施例中频率信号检测模块的电路图。

图8 为本实用新型实施例中AD转换器的连接图。

图9 为本实用新型实施例中单片机的连接图。

图10 为本实用新型实施例中供电模块的电路图。

具体实施方式

本实用新型为了准确、全面了解抽油机井群效率测试系统的现状，参照石油和天然气行业关于机械采油井系统效率测试和计算标准(SY／T5266．1996《机械采油井系统效率测试方法》)进行机械采油井系统效率的测试，主要包括：

1)测试参数：在抽油机电机控制柜处测试电机下冲程最大电流、电机上冲程最大电流、电机输入平均电压、电机输入有功功率、电机实际消耗功率、电机输入视在功率；在游梁式抽油机的悬绳器处测试示功图、载荷、位移、冲程及冲次等参数；在井口套管闸门出口处测试动液面参数；利用在线仪表读取套压值；

2)根据统计参数确定产液量、含水、原油密度等参数；

3)计算参数：有效扬程、抽油机有效功率、抽油机光杆功率、抽油机地面效率、抽油机井下效率、抽油机系统效率、抽油机平衡度等。所以只要知道了抽油机系统中电动机的输入三相电压、电流、有用功率、无用功率、电动机功率因素、电动机转速和输出扭矩、光杆载荷、位移和对应时间、等参数即可实现对系统效率的计算。

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

参见图1和图2，本实用新型是一种抽油机井群远程同步效率测量系统，包括四个单井参数采集单元和远程测控终端（远程计算机）；每个单井参数采集单元均包括变频器直流侧电参数采集模块和变频器交流输出侧电参数采集模块。

具体的，变频器直流侧电参数采集模块（参见图3）包括：若干个串联的分压电阻和差分放大电路构成；所述差分放大电路输出端连接双向二极管；所述变频器直流侧电参数采集模块输出端通过USB无线数据采集卡与远程测控终端连接；直流侧电压由于其电压相对较高，且为直流电压信号，因而其电压采集电路直接采用电阻分压的方式进行电压采样，再经过差分放大电路的调理（调理电路如图4所示），可直接得到一个符合DSP输入电压要求的电压信号，调理电路输出端连接双向二极管D12，起到保护DSP的作用。

变频器输出交流侧电参数采集模块包括：电流检测模块、电压检测模块、频率信号检测模块、AD转换器和单片机，所述单片机输出端通过RS-485通信模块与所述远程测控终端；

其中，电压检测模块（参见图5）包括三个子电压检测模块，分别用于检测变频器三相输出端相相之间的电压参数Uab、Ubc和Uac，每一子电压检测模块由与变频器三相输出端相相间连接的霍尔电压传感器（U4、U5和U6）和与霍尔电压传感器连接的整形滤波电路构成；整形滤波电路输出端通过AD转换器与单片机连接；变频器输出端滤波电路由运算放大器、电阻R18和电容C3、C4组成；电压检测模块输出端还连接有由双向二极管D1组成的限幅电路。霍尔电压传感器型号为CHV-25P，以Uac子电压检测模块为例结合图2详细说明，Uac子电压检测模块具体为：Ua端和Uc端分别通过限流电阻（R1、R2和R3、R4）与霍尔电压传感器的引脚+HT和引脚-HT连接，霍尔传感器的引脚M连接一分压电阻R13，分压电阻R13并联运算放大器、电阻R18和电容C3、C4。

电流检测模块（参见图6）：由与变频器三相输出端串联的电流互感器和分压电路构成；分压电路输出端通过调理电路、AD转换器与单片机连接；电流检测模块输出端还连接有双向二极管D4。具体的，电流检测模块包括三个子电流检测模块，分别用于检测变频器三相输出端电流IA、IB、IC，以IA子电流检测模块为例结合图3详细说明，IA子电流检测模块具体为：变频器IA输出端连接电流互感器并通过分压电阻R25和R26将电流信号转换为电压信号，并通过电阻R27后依次连接运算放大器、电阻R31和电容C9、C10。

频率信号检测模块（参见图7）：由与变频器输出端连接的霍尔电压传感器和过零比较器构成；过零比较器输出端与单片机连接；具体的参见图4，频率信号检测模块包括与Uab子电压采集模块中的电容C7连接的放大电路和过零比较器，放大电路为由运算放大器构成的二级放大电路。

其中，单片机的型号为STM32F407，引脚连接如图8所示；AD转换器的型号为AD7656，引脚连接如图9所示；本装置的供电模块如图10所示，在此不再赘述。

参见图2，单井参数采集单元还包括: 无线示功仪（即CSF-3GB 无线载荷位移一体化传感器）、无线数字压力仪表CSY-3GD、无线数字温度仪表HU-43GD、倾角传感器LVT416T、DK800动液面计量装置和GLAM-II型气液自动计量装置；无线示功仪、无线数字压力仪表和无线数字温度仪表通过无线传输模块（无线智能接收终端RTU CSY-1）与远程测控终端连接；倾角传感器、动液面计量装置和气液自动计量装置通过RS-485通信模块与远程测控终端连接。

远程测控终端实现示功图、油井压力、温度数据的接收和存储；实现油井变频器直流母线电参数、输出电参数的采集和存储；实现倾角、动液面、产液量数据的接收和存储；实现油井数据和图像数据的远传并接收远程控制命令，同时通过单井控制器（图中未显示）控制单井抽油机的工作模式。远程测控终端还可与用户中心计算机远程连接，通过中心计算机的处理算法实时监控油井工作状态，并对油井的参数进行记录存储，方便日后进行油井工作状态分析，同时用户可以通过中心计算机的信息管理系统对远程测控终端下达命令，根据需要改变抽油机的工作模式。

本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。