专利名称：抽油机三维动态测试仪及其测试方法
技术领域：
本发明涉及一种抽油井功图测试仪及其测试方法，尤其是一种测试油井抽油泵的井下工况、抽油机运行动态以及油井出油规律的仪器及方法。
背景技术：
在油田开发中，油井抽油泵的井下工作情况是通过测示功图来掌握的，示功图是油井工况诊断分析的主要手段。目前国内现有的示功图测试仪不能连续测量，一次只能测一个功图，而且一直局限在二维平面图象上，只能反映油井某一个时刻的工作状态。不能真实全面反映油井一段时间内的工作状况，及工况的变化规律。特别是对地层能量差、供液情况不断变化的间歇出油井，其功图也是随之变化的，不同时间测出的功图是不同的，所以单功图不能真实全面反映一口井的工况动态和出油规律。中国专利ZL97243548.4是一种测量某一个时间点示功图的永置式示功图测试装置，未涉及抽油机三维动态功图测试内容。中国专利ZL95220627.7是一种便携式抽油机井功图量液仪，它是一种具有功图测试和产液量计算双重功能的便携式抽油机井功图量液仪，它测量的功图也是某个时间点的功图，也未涉及抽油机三维动态功图测试内容。中国专利ZL87205901u抽油井数字示功仪，获取井下任一深度的示功图。上述专利均未涉及对抽油机井的连续测量，都未涉及绘制三维功图、功时曲线图，都未涉及通过连续测试抽油机井的功图来掌握油井的动态工况和出油规律，仅处于单功图测试的简单测试。因此，全面有效的掌握油井工况的变化规律和油井的出油规律，一直是油田开发的一大难题。
发明内容
本发明解决的技术问题是通过油井工况的变化规律和油井的出油规律，通过对抽油机功图实现连续测量、分析、诊断、掌握。本发明是应用计算机技术研制开发的抽油井三维动态功图测试仪，该仪器应用单片机采用分时采集法，对油井参数实现连续动态测试采集。本发明是这样实现的，抽油机三维动态测试仪，它在抽油机上安装有传感器，传感器为线位移传感器、角位移传感器、载荷传感器，传感器与多路选择开关相联，多路选择开关与“A/D”转换器相联，“A/D”转换器又与“CPU”相联，“CPU”分别与自带锂电池的大容量RAM、液晶显示器、按钮相联，RAM容量1M，“CPU”经串行口又与PC机相联。这样，各传感器信号经“多路选择开关”、“A/D转换器”送入CPU；CPU又将采集的数据存入大容量RAM；CPU接收按钮命令，通过液晶显示器显示信息及图形；CPU将RAM中数据通过RS232口送入PC机。
该发明进一步描述为，传感器经多芯插头J1与多路选择开关U4相联，U4与“A/D”转换器U5相联，CPU通过数据总线分别与U2、U3、U5、U8、U6相联，U2为地址锁存器，U3为数据存储器，U6为扩展接口，U7为看门狗芯片，U8为定时芯片，U9为通信控制器，U2又与U3相联，在CPU的控制下，U4打开相应的一路，将信号送入U5；CPU通过数据总线将U5获得的数据存入U3中；CPU中有程序存储器，U6与多芯插头J4相联，多芯插头J3与U11、U6相联，U11为门电路，U11与CPU相联，PC机与插头J2相联，J2又与U9相联，通信控制器U9与CPU联通，电源通过J2接入继电器U12，U8与CPU相联，U7与CPU相联。从而分别构成了数据采集电路、数据存储电路、信息显示电路、命令接收电路、数据通讯电路、电源管理电路、定时电路和看门狗电路。
抽油机三维动态测试仪测试方法是，将测试仪安装在抽油井上，测试仪按设定时间间隔，不断地测出一个个单周期功图，并将数据存入测试仪中的大容量RAM中，再将存贮的数据输入PC机，PC机中的“三维动态分析软件”自动生成三维电流图、三维功图及相关的载荷-时间图、功时曲线，以实现连续测试。其三维功图是这样获得的，即每隔一个预定时间，测一个单周期功图，然后把若干个单周期功图沿时间轴累积起来，形成三维功图；功时曲线是这样获得的，求出连续测试中每个单周期功图或电流图封闭曲线的面积，作为在每个冲次中抽油机所做的功，然后将载荷作为竖坐标，时间作为横坐标，所形成的曲线就是功时曲线。位移点载荷变化曲线，是这样获得的，选定单周期功图或电流图中某一位移点，然后以连续测试中各个单功图或电流图中这个位移点中的载荷或电流为竖坐标，以时间为横坐标，形成的平面图。
对间歇出油井，在不出油时，它的功图面积(功)比较小，在出油时，它的功图面积(功)比较大，所以从一口间歇出油井的功图形态中判断出供液不足，而比较连测各时间功图的功的大小，就可判断出出油时段。
三维功图测试仪通过软件要把所测得的功图曲线，准确的分析判断出油井的功况变化和出油规律，制定出抽油井的最佳运行方案，并可生成抽油井的最佳间开运行程序，通过配套的“间开控制器”控制抽油机自动间开运行，以达到节能的目的。加上与之配套的发射装置，可实现油井参数的远传，实现油井自动化管理。三维功图测试仪测试的内容包括套压、静载荷、单周期功图、周期电流图、功图连续测量、电流图连续测量、功图电流图连续对比测量。三维功图测试仪改变了抽油井测试诊断只能测单个功图的方式，变成了动态的连续测量，使抽油井的测试诊断更科学、更准确、更可靠。
附图1为本发明的电路原理图。
附图2为电路硬件原理图。
具体实施例方式
参照附图1、附图2，在数据采集过程中角位移传感器、载荷传感器信号经J1插头送入，送至多路选择开关U4。根据需要，在CPU的控制下，U4打开相应的一路，将当前需要测试的信号送入A/D转换器U5，由U5将传感器送入的模拟信号转换成0-4096的整数。
在数据存储过程中CPU通过数据总线将A/D转换器U5获得的数据存入数据存储器U3中。U3为自带锂电池的大容量RAM，容量为1M。
在信息显示过程中根据程序需要CPU从程序存储器(CPU内)或数据存储器(U3)中提取所需数据进行计算，将显示内容通过数据总线送往扩展接口U6，再由U6通过插头J4送入测试仪面板上的液晶显示器显示。
在命令接收过程中测试仪面板上安装有五个命令按钮，它们被按动时产生的开关信号通过插头J3送入与门电路U11和扩展接口U6，与门电路U11将引发CPU产生外部中断，CPU在中断程序中通过查询扩展接口U6来判断是哪一个按钮发出的命令，从而去执行相应命令。
在数据通讯过程中当PC机向测试仪发出通讯请求时，请求信号通过插头J2送往RS232通讯控制器U9，U9将引发CPU的通讯中断，在中断程序中CPU对请求作出应答，应答信息也通过U9和J2发往PC机。
在电源管理电路中测试仪电池电源和外接电源通过插头J2接入继电器U12常闭接点，外接电源通过插头J2接入继电器U12常开接点和线包，当外接电源上没有电压时，电池电源通过常闭接点接入主板，当外接电源上有电压时，U12线包得电，常闭接点断开，从而切断电池电源；常开接点闭合，将外接电源送入主板。
在定时电路中本系统中在测试过程中需要提供不同的定时时钟，在测试油井冲次时需要毫秒级的时钟，在连续测试功图时需要提供分钟级的时钟，所以仅靠CPU本身的定时器将使编程困难，且精度降低，所以电路中设计了专门的定时芯片U8，它根据CPU的需求，按不同的定时引发CPU的外部中断，使CPU按不同的定时完成相应的测试。
在看门狗电路中看门狗芯片U7为本电路实现了上电复位、低电压复位。
三维功图测试仪利用压力传感器、位移传感器，在时钟信号的控制下将数据送到仪器的CPU进行处理，显示出实时功图和数据送至RAM进行储存。将储存的数据送到计算机通过三维动态功图测试软件产生三维连续动态功图。三维动态功图测试仪可根据现场的需要，设定测试数据采集的时间间隔，也可设定测试多长时间，可连续测量记录5000个功图。真实的反映出油井一段时间内井下泵的真实功况。通过三维动态功图测试软件，不仅能做出反映抽油井功况动态三维功图，而且可根据三维连续动态功图绘出功-时曲线。可以此为主要依据，产生出抽油井的最佳运行方案，生成间开程序，去控制抽油机间开，使抽油井在最佳状态下运行。
在该发明中，CPU型号可选择AT89C55、AT87F55、P89C55RC+；U2地址锁存储器型号可选择74LS373、74HD373、74374；U3数据存储器型号可选择DCM81000、28256、28C256；U4多路转换器型号可选择4051、4053、4097；U5A/D转换器型号可选择MAX191、AD574、AD0809；U6扩展接口型号可选择8255、8155、8212；U7看门狗型号可选择MAX1232、NE555、MAX706；U8定时器型号可选择M48T86、8253、8254；U9RS232通讯控制器型号可选择MAX202、8251、1489；U11与门电路型号可选择4082、4081、4073。
权利要求
1.抽油机三维动态测试仪，它包括数据采集电路、数据存储电路、信息显示电路、命令接收电路、数据通讯电路、电源管理电路、定时电路和看门狗电路，其特征是抽油机上安装有传感器，传感器与多路选择开关相联，多路选择开关与“A/D”转换器相联，“A/D”转换器又与“CPU”相联，“CPU”又分别与RAM、液晶显示器、按扭相联，“CPU”经串行口又与PC机相联。
2.根据权利要求1所述的抽油机三维动态测试仪，其特征是传感器经J1多芯插头与多路选择开关U4相联，U4与“A/D”转换器U5相联，CPU通过数据总线分别与U2、U3、U5、U8、U6相联，U2为地址锁存器，U2又与U3相联；CPU通过数据总线将“A/D”转换器U5获得的数据存入数据存储器U3中；CPU中有程序存储器，扩展接口U6与插头J4相联，插头J3与门电路U11、U6相联，U11与CPU相联，PC机与插头J2相联，J2又与通信控制器U9相联，U9与CPU联通，电源通过J2接入继电器U12，定时芯片U8与CPU相联；看门狗芯片U7与CPU相联。
3.抽油机三维动态测试仪测试方法，其特征是将测试仪安装在抽油井上，测试仪按设定时间间隔，不断地测出一个个单周期功图，并将数据存入测试仪中的大容量RAM中，再将存贮的数据输入PC机，PC机中的“三维动态分析软件”自动生成三维功图及相关的载荷—时间图、功时曲线。
4.根据权利要求3所述的抽油机三维测试仪测试方法，其特征是所述的三维功图是这样获得的，即每隔一个预定时间，测一个单周期功图，然后把若干个单周期功图沿时间轴累积起来，形成三维功图。
5.根据权利要求3所述的抽油机三维动态测试仪测试方法，其特征是所述的三维电流图是这样获得的，每隔一预定时间，测一个单周期电流图，然后把若干个单周期电流图沿时间轴累积起来，形成三维电流图。
6.根据权利要求3所述的抽油机三维动态测试仪测试方法，其特征是所述的功时曲线是这样获得的，求出连续测试中每个单周期功图，做为在每个冲次中抽油机所做的功，然后将功作为一个轴，时间作为一个轴，所形成的曲线就是功时曲线。
7.根据权利要求3所述的抽油机三维动态测试仪测试方法，其特征是所述的同位移点载荷变化曲线是这样获得的，选定单周期功图或电流图中某一位移点，然后以连续测试中各个单功图或电流图中这个位移点中的载荷或电流为一个轴，以时间为另一轴，形成的平面图。
8.根据权利要求3所述的抽油机三维动态测试仪测试方法，其特征是对间歇出油井，在不出油时，它的功图面积(功)比较小，在出油时，它的功图面积(功)比较大，所以从一口间歇出油井的功图形状中判断出供液不足，而比较连测各时间功图的功的大小，就可判断出出油时段。
9.根据权利要求3所述的三维动态测试仪测试方法，其特征是连续测试时间在10小时以上，且间隔时间可调。
10.根据权利要求3所述的抽油机三维动态测试仪测试方法，其特征是通过测量获得分析数据输入到间开控制器，以控制油井的间、开。
11.根据权利要求1所述的抽油机三维动态测试仪，其特征是所述的串行接口为RS232接口。
12.根据权利要求1所述的抽油机三维动态测试仪，其特征是所述的传感器有三个，分别是线位移传感器、角位移传感器、载荷传感器。
13.根据权利要求2所述的抽油机三维动态测试仪，其特征是U3为自带锂电池的大容量RAM。
全文摘要
本发明涉及一种抽油机功图测试仪及其测试方法，它将传感器安装在抽油机上，各传感器信号经“多路选择开关”、“A/D”转换器”送入CPU，CPU将采集的数据存入大容量RAM；CPU接收按钮命令，并通过液晶显示器显示信息及图形，CPU将RAM中数据通过RS232串行口送入PC机，PC中的“三维动态分析软件”自动生成三维功图及相关的载荷－时间图、功时曲线。对各种曲线、图形进行分析、判断，以确定油井的工况和出油规律，从而制定油井最佳运行方案，使油井在最佳状态下运行。
文档编号G06F13/00GK1459547SQ0211046
公开日2003年12月3日 申请日期2002年5月24日 优先权日2002年5月24日
发明者黄翔, 薛胜东, 张同哲, 徐福利, 刘金, 李盛日, 张洪山, 魏衍珠, 李东海, 张本琪, 李平, 田承村, 刘鹏 申请人:山东新大通石油环保科技股份有限公司