[發明專利]基于Zigbee網絡的無線低功耗油井示功儀

無效

• 申請號: 201210445726.7
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN102966346A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 蘇振
• 申請（專利權）人: 西安冠林智能科技有限公司
• 主分類號: E21B47/008
• 分類號: E21B47/008;E21B47/12
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 佘文英

技術領域

本發明涉及油井遠程監控系統中的無線低功耗油井示功儀。

背景技術

示功圖用于監測油田采油井工作狀態，是由采油機懸點載荷隨位移的變化關系所構成的封閉曲線圖。表示懸點載荷與位移關系的示功圖稱為地面示功圖或光桿示功圖。油井示功圖是油井工作狀態的重要表征，可以全面反映井下抽油泵運行狀況以及原油的開采情況，通過分析可以了解油井動態及抽油裝置的各項參數選擇是否合理。

傳統的電子示功儀，其位移傳感器大多采用拉線式或角位移傳感器。拉線式測量沖程存在儀器笨重、斷頭率高、局部磨損嚴重等不足，對現場操作造成了很多不便；而角位移傳感器安裝和拆卸都必須停機，這樣不但操作過程煩瑣、效率低，而且停機還會引起井況和泵況的變化，反映出的工況與正常工況有一定的差別并且操作不安全，常有事故發生,而且上述方案測量的示功圖基本都為單機板,無法實現井場遠程自動化測試、自動化控制。

傳統示功儀主要為單機設備,通過同步采樣位移傳感器或角位移傳感器號及載荷信號得到抽油機一個沖程內的位移數據及載荷數據,經數據加工處理,繪制出示功圖,其結構基本包括位移、載荷數據采樣與傳輸、示功圖信息的顯示、示功圖數據的后期處理等三部分構成，需要得到每口井井況時,必須到現場進行安裝后,現場測量得到抽油機地面示功圖。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于Zigbee網絡的無線低功耗油井示功儀，使現場測量重復性好，可靠性高；提高了工作效率，達到實時掌握井況，實現了井場遠程自動化測試、自動化控制。

本發明的技術方案是：一種基于Zigbee網絡的無線低功耗油井示功儀，其特征是包括載荷傳感器、加速度傳感器與AD采集轉換芯片組成的加速度載荷同步采樣單元、Zigbee無線傳輸單元、功圖數據存儲單元、太陽能充電單元、CPU采集控制單元、系統參數配置和電源管理部分。

CPU采集控制單元：定時采樣抽油桿運動的加速度數據，從定時采樣到的加速度數據中找出連續的兩個加速度極值點，通過計算進而得到抽油機當前運動的沖次；在得到抽油機當前沖次的條件下，根據一條完整功圖需要的采樣點數計算得到加速度和載荷同步采樣間隔，CPU按照計算的采樣間隔通過控制AD采集轉換芯片定時同步采樣加速度和載荷傳感器輸出，并分別進行相關的濾波運算，將加速度數據通過二次積分得到各個采樣點的位移及沖程；載荷數據通過濾波及剔除誤差值后與得到的對應位移值組成一個完整地面示功圖數據，并得到沖程值；

Zigbee無線傳輸單元：采用定時喚醒的方式接收井場RTU的掃描指令，并將其功圖轉發給井場RTU，傳輸完畢后自動進入休眠狀態。

功圖數據存儲單元：將采集計算完成后的示功圖數據保存，以備對歷史數據查詢需要。

本發明在不增加功圖測試儀成本及設備重量條件下，通過以下技術途徑解決了現有技術缺點:

①?在示功圖測量方面,替換掉基于拉線的位移傳感器，通過內部集成加速度感應芯片,對抽油機一個沖程內加速度數據濾波、積分等軟件算法，由加速度間接計算得到抽油機沖程，以及運動過程中的各個位移點，替換掉現有直接利用位移傳感器測量沖程時儀器笨重、斷頭率高、局部磨損嚴重等不足，從而使現場測量重復性好，可靠性高。?

②?在每臺基于加速度傳感器的功圖測試儀上增加基于Zigbee協議棧的無線傳輸模塊，利用Zigbee模塊其自組網、網絡容量大、數據傳輸可靠等特性，使得井場每口井的功圖數據能夠實時傳輸到后臺服務器，油井管理人員能夠遠程實時獲得每口井的井下狀態，而不需要每口井現場測量，提高了工作效率，達到實時掌握井況，實現了井場遠程自動化測試、自動化控制。

本發明的有益效果

本發明通過測量抽油桿加速度間接得到位移量，測試過程不影響正常生產，不僅能繪制示功圖，顯示出圖形上的各點數據，還可以通過內部嵌入的Zigbee無線模塊利用其自組網、無線路由等功能，實時、可靠的將每口井示功圖數據傳輸至井場RTU，并通過以太網傳輸至后臺服務器，配合井場電機測控單元等實現了井場遠程自動化測試、及自動化控制。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意框圖。

圖2a是加速度輸出調理電路圖。

圖2b是載荷采樣電路圖。

圖3是Zigbee無線傳輸單元電路圖。

圖4是太陽能充電單元電路圖。

圖5是功圖數據存儲單元電路圖。

圖6是電源管理部分電路圖。

圖7是井1現場測試效果圖。

圖8是井2現場測試效果圖。

具體實施方式