基于空间定位的抽油机故障诊断装置及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于油井故障诊断设备，具体地说是涉及一种基于空间定位的抽油机故障诊断装置及系统。
【背景技术】
[0002]在当前世界石油生产中，特别是油田开发后期，有杆栗抽油方式占有很大比重。油田生产往往是在野外进行，地理位置分散，自然环境恶劣，井下工况复杂，造成抽油机的故障诊断不及时和故障处理不及时，严重影响油田的产量和经济效益。因此抽油机的故障诊断一直是油田生产领域的一个难题。及时分析抽油机工况，给出可靠的故障诊断结果和建议，对提高油田生产效率和经济效益有着及其重要的意义。
[0003]目前，每口井都装有无线巡检系统，对抽油机井参数检测主要包括测量回油温度、最大电流、最小电流、均方电流、热洗温度、掺水温度、掺水压力、冲次等。经过分析，由于电流曲线是一种规则波形，任一电流曲线都标志着抽油机井系统的工作状态。因此，抽油机井系统如果抽油杆柱、减速器、四连杆机构(包括曲柄、连杆和游粱)等发生故障，必然使电流曲线的形态也发生相应的变化，可知抽油机井的故障与抽油机井的工作电流有关系。当抽油机不平衡、抽油杆断脱和偏磨时会导致一个冲次(周期)的电流曲线形状或者月周期曲线发生不同情况的变化。通过对电流曲线特征参数的分析，可判断出抽油机井出现的故障类型。
[0004]但是这些测试的电流曲线是不全面的，很多时候受到外界的干扰，会产生大量的错误。因此如何有效的通过现有的新技术手段获得油井抽油机的运动状态，与电流曲线相互配合、提高检测精度是一项非常重要的工作。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种基于空间定位的抽油机故障诊断系统，能够根据当前抽油机游梁实时运动情况，预警抽油机不平衡、抽油杆断脱和偏磨时的不同情况的变化。通过对游梁在空间运动参数的分析，可判断出抽油机井出现的故障类型。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现:
[0007]基于空间定位的抽油机故障诊断装置，包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴磁场计、中央处理器以及电源，所述三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴磁场计分别与中央处理器连接，所述电源给三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴磁场计及中央处理器供电；
[0008]所述三轴加速度传感器将感应到的加速度数据发送给中央处理器，三轴陀螺仪将感应到的角度数据发送给中央处理器，三轴磁场计将感应到的磁场强度数据发送给中央处理器，中央处理器对上述数据进行处理。
[0009]作为本实用新型的一种优选实施例，所述三轴加速度传感器和三轴陀螺仪为集成一体的芯片，该芯片型号为MPU6050。
[0010]作为本实用新型的一种优选实施例，所述三轴磁场计的型号为RM G144。
[0011]作为本实用新型的一种优选实施例，所述三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴磁场计均通过I2C总线与中央处理器连接。
[0012]基于空间定位的抽油机故障诊断系统，包括如上所述基于空间定位的抽油机故障诊断装置，还包括无线发射模块、无线接收模块以及计算机，无线发射模块与中央处理器连接，无线接收模块与计算机连接，无线发射模块与无线接收模块之间无线通信。
[0013]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0014]本实用新型能够非常人性化的完成许多之前设备不能完成功能，巧妙地将MEMS化的磁场传感器加入到联合定位中来，经过优化的算法，既加大的改善了系统的表现，使其能够实时准确的描绘抽油机的游梁顶端及缆绳需要检测的位置在空中运动的过程，通过对获得的油井抽油机的运动状态，与无线巡检系统所获得的电流曲线相互配合分析，可判断出抽油机井出现的故障类型。又有效的控制了成本，突出了当前科技发展的成果。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型基于空间定位的抽油机故障诊断系统的结构示意图。
[0016]图2是本实用新型基于空间定位的抽油机故障诊断系统的流程示意图。
[0017]图3是本实用新型基于空间定位的抽油机故障诊断装置的安装示意图。
[0018]其中:1为三轴加速度传感器，2为三轴陀螺仪，3为三轴磁场计，4为中央处理器，5为电源，6为无线发射模块，7为无线接收模块，8为计算机，101为抽油机的游梁，102为抽油机的缆绳接口，103为抽油机的两岸顶端，104为抽油机的曲柄。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图与【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细描述:
[0020]如图1所示，基于空间定位的抽油机故障诊断系统，包括一个三轴加速度传感器I和一个三轴陀螺仪2组成的感应芯片MPU6050，一个三轴磁场计3，这两个传感芯片MPU6050和RM G144通过I2C总线，将感应到的加速度、角度及磁场强度发送给中央处理器4。中央处理器4将处理后的数据通过无线传输方式发送至远程的计算机8。
[0021]如图2所示，是计算机8对油井抽油机曲柄、连杆和游粱其他需要检测的位置其中一个装置的空间计算流程。首先确定绝对的空间坐标系，开机后计算机8确定初始状态下角速度为O的时候，各个轴的加速度值，并确定这三个轴的加速度合力值及其方向。然后确定此时的三个轴的磁场强度值，解算出他们的合磁场大小方向。
[0022]如图3所示，以重力方向为Z轴的负方向，以磁力方向为Y轴正方向，取正交与这两个方向的唯一方向为X轴，并且以右手定理确定X轴的正方向。此时便可以摆脱芯片所处的位置，实时的确定空间所处的位置，描绘出在绝对空间中，定位芯片所移动过的位置。
[0023]如图3所示，位置101是抽油机的游梁，位置102是抽油机的缆绳接口、位置103是抽油机的两岸顶端，位置104是抽油机的曲柄。101至104都是需要安装故障诊断装置的位置。
[0024]完成初始化之后，中央处理器4将这三个传感器传过来的数据进行数字滤波，使信号能够有效的抗干扰。然后将这些数据进行封包、加纠正码等操作，以便让传输过程的误码错误降到最低。将这些数据发送到无线发射模块6。整套系统安放在风力发电机机组的桨叶中。
[0025]电源模块5负责整个故障诊断装置的供电。
[0026]故障诊断装置可安装在抽油机的游梁顶端及缆绳、包括曲柄、连杆和游粱其他需要检测的位置，抽油机上可安装多个故障诊断装置。
[0027]无线接收模块7负责接收和解码，它与无线发射模块6均采用ZIGBEE设备或者专用的2.4G无线通信。
[0028]计算机8根据实时的获取加速度传感器I和陀螺仪传感器2的各轴的加速度信息及角度信息。利用如上文所描述建立的绝对坐标系，根据每个轴的加速度积分算出当前速度值，再积分算出每个轴的位移值。根据角速度值，积分算出当前的角度。然后将这些数据记录到数据库之中。
[0029]获得当前的各个轴加速度后，根据角度的变化量，实时的计算出当前的重力所应该处于的角度，再由上文初始化过程中重力的大小，分别计算重力在三个绝对坐标系上的分量，并剔除掉。
[0030]然后根据三轴磁场计3实时的数据，与获得的角度、速度信息比对，做两个数据的加权纠正。以确保加速度值的非线性变化及陀螺仪的零漂等误差不会再最终的数据中产生累积的误差，保证系统运行的稳定性。
[0031 ] 完成以上的计算后，就可以实时的在空间坐标系中标定当前空间轨迹定位系统所处的三轴坐标点，也可以实时的获取它的当前速度、角度、加速度。将这些数据全部记录到中央处理器缓存中的数据库中，使其能够实时准确的描绘抽油机的游梁顶端及缆绳需要检测的位置在空中运动的过程。通过对获得的油井抽油机的运动状态，与无线巡检系统所获得的电流曲线相互配合分析，可判断出抽油机井出现的故障类型。
[0032]对于电流曲线来说，最大电流、峰值、次峰值、谷值、差值、均方电流、上冲程等特征最能表现出抽油机井的运行状况。对于曲柄、连杆和游粱其他需要检测的位置的空间运动位置能够实时反馈并确认这些运行的真实效果。
[0033]然后根具特征参数建立故障征兆集为，通过对引起电动机工作异常的电流曲线分析，对各个部件不正常运动的空间轨迹，得到抽油机主要故障集，即抽油机不平衡；抽油杆断脱；抽油杆偏磨等等。
【主权项】
1.基于空间定位的抽油机故障诊断装置，其特征在于:包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴磁场计、中央处理器以及电源，所述三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴磁场计分别与中央处理器连接，所述电源给三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴磁场计及中央处理器供电； 所述三轴加速度传感器将感应到的加速度数据发送给中央处理器，三轴陀螺仪将感应到的角度数据发送给中央处理器，三轴磁场计将感应到的磁场强度数据发送给中央处理器，中央处理器对上述数据进行处理。2.根据权利要求1所述基于空间定位的抽油机故障诊断装置，其特征在于:所述三轴加速度传感器和三轴陀螺仪为集成一体的芯片，该芯片型号为MPU6050。3.根据权利要求1所述基于空间定位的抽油机故障诊断装置，其特征在于:所述三轴磁场计的型号为RM G144。4.根据权利要求1所述基于空间定位的抽油机故障诊断装置，其特征在于:所述三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴磁场计均通过I2C总线与中央处理器连接。5.基于空间定位的抽油机故障诊断系统，包括如权利要求1所述基于空间定位的抽油机故障诊断装置，其特征在于:还包括无线发射模块、无线接收模块以及计算机，无线发射模块与中央处理器连接，无线接收模块与计算机连接，无线发射模块与无线接收模块之间无线通信。
【专利摘要】本实用新型公开了基于空间定位的抽油机故障诊断装置及系统，该装置包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴磁场计、中央处理器以及电源，三轴加速度传感器、三轴陀螺仪、三轴磁场计分别与中央处理器连接；三轴加速度传感器将感应到的加速度数据发送给中央处理器，三轴陀螺仪将感应到的角度数据发送给中央处理器，三轴磁场计将感应到的磁场强度数据发送给中央处理器，中央处理器对上述数据进行处理。本实用新型能够非常人性化的完成许多之前设备不能完成功能，巧妙地将MEMS化的磁场传感器加入到联合定位中来，改善了系统的表现，通过对获得的油井抽油机的运动状态，与无线系统所获得的电流曲线相互配合分析，判断出抽油机井出现的故障类型。
【IPC分类】G01C21/18
【公开号】CN204807092
【申请号】CN201520305335
【发明人】芦超, 张建楠, 芮雪, 秦宏宇, 陈鑫
【申请人】芦超
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年5月13日