CN112682028A - 一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置及方法，包括电池组、磁致声能转换器、***电源、位移传感器、电路板、载荷传感器、壳体和地面控制器，所述电池组、磁致声能转换器、***电源、位移传感器、电路板、载荷传感器均设置于壳体内部，其中地面控制器设置于抽油井地面靠近井口处，所述电池组与***电源电连接，***电源与位移传感器和载荷传感器电连接，所述位移传感器和载荷传感器还分别连接电路板，电路板与磁致声能转换器电连接，所述磁致声能转换器与地面控制器无线连接。
Description
技术领域
本发明属于油井监测技术领域，尤其涉及一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置及方法。
背景技术
有杆泵抽油***是油气田开发中占主导地位的采油设备,而泵功图的确定对于判断油井的工作状态具有重要意义。目前多采用采集地面示功图通过特定算法推演泵功图，结合油井生产数据进行油井产量预测、动液面深度计算、井下抽油泵工况判断等。但由于油井井下砂、蜡、含水、稠油等因素的影响,地面示功图并不能准确的反映泵实际工作状况。
现有的存储式泵功图测试仪，不能实时读取采集数据，存在无法实现实时传输、计算及工况分析，无法实时对油井工作状况进行判断等的问题。
现有的井下泵功图测试装置多采用电缆线等有线测试及传输方式，在实际施工过程中，容易出现施工成本高、电缆碰伤事故；而且在地理位置偏远的井场，市电无法接入或天气恶劣导致太阳能蓄电池无法工作的情况下，采用电缆测试传输无法保障数据采集、传输的可靠运行。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置及方法，克服了现有技术中现有井下泵功图测试装置和方法不能对有杆泵载荷位移数据进行实时读取、传输、存储、计算分析的问题，现有井下泵功图测试装置需外接电缆、施工成本高、易出现施工事故等问题。
为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置，包括电池组、磁致声能转换器、***电源、位移传感器、电路板、载荷传感器、壳体和地面控制器，所述电池组、磁致声能转换器、***电源、位移传感器、电路板、载荷传感器均设置于壳体内部，其中地面控制器设置于抽油井地面靠近井口处，所述电池组与***电源电连接，***电源与位移传感器和载荷传感器电连接，所述位移传感器和载荷传感器还分别连接电路板，电路板与磁致声能转换器电连接，所述磁致声能转换器与地面控制器无线连接。
优选的，所述壳体为圆柱形密封结构，其中壳体上端通过短节与抽油杆管串下端连接，壳体下端通过短节与有杆泵上端连接。
优选的，所述壳体的直径小于有杆泵的直径，壳体的直径与抽油杆管串的直径相同。
优选的，所述磁致声能转换器同轴套装于壳体内部中间位置，电池组设置于磁致声能转换器轴向一侧，所述***电源、位移传感器、电路板和载荷传感器设置于磁致声能转换器轴向另一侧，
所述载荷传感器设置于壳体内部靠近壳体下端面处，位移传感器和***电源分别固定于磁致声能转换器下端面。
优选的，所述壳体下端面与磁致声能转换器之间的内部空间设置有固定槽，电路板限位于固定槽内。
优选的，所述地面控制器包括解析模块、控制模块、显示模块、存储模块和计算模块，其中解析模块输入端与磁致声能转换器无线连接，解析模块输出端连接控制模块，所述控制模块输出端连接显示模块和存储模块，其中计算模块输出端连接控制模块输入端。
优选的，所述地面控制器的解析模块、控制模块、显示模块、存储模块和计算模块设置于壳体内部，其中壳体前端面设置有显示屏，显示屏与显示模块电连接。
优选的，所述电池组由多个锂电池组成，多个锂电池并联，并且每个锂电池的电压相同。
优选的，一种如上任一项所述的抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置的传输方法，包括以下步骤：
步骤1）将实时测试与无线传输装置与抽油杆管串串联，并且实时测试与无线传输装置下端通过短节与有杆泵上端连接。
步骤2）实时测试与无线传输装置中的位移传感器和载荷传感器实时采集有杆泵的位移和载荷参数，位移传感器和载荷传感器将采集的位移和载荷参数传递给电路板，电路板将位移和载荷参数传递给磁致声能转换器，磁致声能转换器将位移和载荷参数转换成声音信号通过抽油杆管串传至地面；
步骤3）地面控制器接收传至地面的声音信号，将声音信号进行解析，显示位移和载荷参数，根据位移和载荷参数预测实时泵功图。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本发明提供了一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置，可实时测量抽油井有杆泵的载荷位移等数据，通过无线传输的方式，实时进行数据传输，在井场的地面控制器可以实时接收、存储、计算测试数据，实现泵功图的实时数据采集、实时无线传输以及数据计算分析等功能；
（2）本发明抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置中的位移传感器和载荷传感器实时采集有杆泵的位移和载荷参数，位移传感器和载荷传感器将采集的位移和载荷参数传递给电路板，电路板将位移和载荷参数传递给磁致声能转换器，磁致声能转换器将位移和载荷参数转换成带有数据信息的声波振动信号，并与抽油杆管串耦合实现数据的无线传输，采用地面控制器实现对井底声波振动信号的接收、解析、存储和计算；
（3）本发明采用磁致声能转换器实现了抽油井有杆泵载荷位移等数据与地面控制器的无线通信，不仅可以实时测试传输有杆泵的载荷位移等参数，根据参数实时计算得出有杆泵泵功图，更准确实现抽油井产量计算、工况诊断等功能，而且可以实现抽油井的无人值守和远程线上巡井，减少抽油井运行维护成本，节约人力操作、维护与管理成本，同时减少了现场操作的安全事故隐患，确保了抽油井的可靠运行。
附图说明
图1、本发明一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置的结构示意图；
图2、本发明一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置的地面控制器模块图；
图3、本发明一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置的现场应用示意图。
附图标记说明
1、电池组，2、磁致声能转换器，3、***电源，4、位移传感器，5、电路板，6、载荷传感器，7、壳体，8、地面控制器，9、抽油杆管串，10、有杆泵，11、实时测试与无线传输装置，12、井筒，13、油管，14、抽油机；
8-1、解析模块，8-2、控制模块，8-3、显示模块，8-4、存储模块，8-5、计算模块。
具体实施方式
下面结合实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
如图1所示，本发明公开了一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置，包括电池组1、磁致声能转换器2、***电源3、位移传感器4、电路板5、载荷传感器6、壳体7和地面控制器8，所述电池组1、磁致声能转换器2、***电源3、位移传感器4、电路板5、载荷传感器6均设置于壳体7内部，其中地面控制器8设置于抽油井地面靠近井口处，所述电池组1与***电源3电连接，***电源3与位移传感器4和载荷传感器6电连接，所述位移传感器4和载荷传感器6还分别连接电路板5，电路板5与磁致声能转换器2电连接，所述磁致声能转换器2与地面控制器8无线连接。
所述位移传感器4和载荷传感器6用于实现位移、载荷的测试。
所述磁致声能转换器2为超磁致伸缩换能单元，将测试得到的电信号转换成特定频率的声波信号。
实施例2
优选的，如图3所示，所述壳体7为圆柱形密封结构，其中壳体7上端通过短节与抽油杆管串9下端连接，壳体7下端通过短节与有杆泵10上端连接。
所述实时测试与无线传输装置还可通过接箍安装到抽油杆管串9与有杆泵10之间。
优选的，所述壳体7的直径小于有杆泵10的直径，壳体7的直径与抽油杆管串9的直径相同。
实施例3
优选的，如图1所示，所述磁致声能转换器2同轴套装于壳体7内部中间位置，电池组1设置于磁致声能转换器2轴向一侧，所述***电源3、位移传感器4、电路板5和载荷传感器6设置于磁致声能转换器2轴向另一侧
所述载荷传感器6设置于壳体7内部靠近壳体7下端面处，位移传感器4和***电源3分别固定于磁致声能转换器2下端面。
优选的，所述壳体7下端面与磁致声能转换器2之间的内部空间设置有固定槽，电路板5限位于固定槽内，用于将电路板5固定于壳体7内部。
实施例4
优选的，如图2所示，所述地面控制器8包括解析模块8-1、控制模块8-2、显示模块8-3、存储模块8-4和计算模块8-5，其中解析模块8-1输入端与磁致声能转换器2无线连接，解析模块8-1输出端连接控制模块8-2，所述控制模块8-2输出端连接显示模块8-3和存储模块8-4，其中计算模块8-5输出端连接控制模块8-2输入端。
所述地面控制器8的解析模块8-1、控制模块8-2、显示模块8-3、存储模块8-4和计算模块8-5设置于壳体内部，其中壳体前端面设置有显示屏，显示屏与显示模块8-3电连接。
所述解析模块8-1接收到声音信号后将声音信号解析成位移和载荷数据，并将位移和载荷数据传递给控制模块8-2，控制模块8-2传递给显示模块8-3进行显示，控制模块8-2传递给存储模块8-4进行存储，控制模块8-2从计算模块8-5读取预设算法，实现泵功图的计算，得到实时泵功图，并在显示模块8-3进行显示。
所述预设算法为现有技术。
实施例5
优选的，所述电池组1由多个锂电池组成，多个锂电池并联，并且每个锂电池的电压相同。
优选的，所述位移传感器4为数字式位移传感器，或者其他类型的位移传感器。
实施例6
优选的，一种如上任一项所述的抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置的传输方法，包括以下步骤：
步骤1）将实时测试与无线传输装置11与抽油杆管串9串联，并且实时测试与无线传输装置下端通过短节与有杆泵10上端连接。
步骤2）实时测试与无线传输装置11中的位移传感器4和载荷传感器6实时采集有杆泵10的位移和载荷参数，位移传感器4和载荷传感器6将采集的位移和载荷参数传递给电路板5，电路板5将位移和载荷参数传递给磁致声能转换器2，磁致声能转换器2将位移和载荷参数转换成声音信号通过抽油杆管串9传至地面；
步骤3）地面控制器8接收传至地面的声音信号，将声音信号进行解析，显示位移和载荷参数，根据位移和载荷参数预测实时泵功图。
本发明的工作原理如下：
如图1~3所示，本发明实时测试与无线传输装置11通过接箍或者短节安装到抽油杆管串9与有杆泵10之间，抽油杆管串9上端连接抽油机14，抽油杆管串9下端连接实时测试与无线传输装置11接着连接有杆泵10设置于油管13中，油管13设置于井筒12内，位移传感器4和载荷传感器6实时采集有杆泵10的位移和载荷数据，将采集到的有杆泵10位移载荷等数据通过电路板5传递给磁致声能转换器2，通过磁致声能转换器2转化为振动信号沿抽油杆管串9传输到地面，所述地面控制器8安装在井口，接收井下传来的振动信号，并转换成实际的载荷、位移值显示在地面控制器8上，对应数据在存储模块8-4中存储，地面控制器8进行载荷位移的数据计算，生成实时抽油杆泵功图。
本发明提供了一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置，可实时测量抽油井有杆泵的载荷位移等数据，通过无线传输的方式，实时进行数据传输，在井场的地面控制器可以实时接收、存储、计算测试数据，实现泵功图的实时数据采集、实时无线传输以及数据计算分析等功能。
本发明抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置中的位移传感器和载荷传感器实时采集有杆泵的位移和载荷参数，位移传感器和载荷传感器将采集的位移和载荷参数传递给电路板，电路板将位移和载荷参数传递给磁致声能转换器，磁致声能转换器将位移和载荷参数转换成带有数据信息的声波振动信号，并与抽油杆管串耦合实现数据的无线传输，采用地面控制器实现对井底声波振动信号的接收、解析、存储和计算。
本发明采用磁致声能转换器实现了抽油井有杆泵载荷位移等数据与地面控制器的无线通信，不仅可以实时测试传输有杆泵的载荷位移等参数，根据参数实时计算得出有杆泵泵功图，更准确实现抽油井产量计算、工况诊断等功能，而且可以实现抽油井的无人值守和远程线上巡井，减少抽油井运行维护成本，节约人力操作、维护与管理成本，同时减少了现场操作的安全事故隐患，确保了抽油井的可靠运行
上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (10)
1.一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置，其特征在于：包括电池组（1）、磁致声能转换器（2）、***电源（3）、位移传感器（4）、电路板（5）、载荷传感器（6）、壳体（7）和地面控制器（8），所述电池组（1）、磁致声能转换器（2）、***电源（3）、位移传感器（4）、电路板（5）、载荷传感器（6）均设置于壳体（7）内部，其中地面控制器（8）设置于抽油井地面靠近井口处，所述电池组（1）与***电源（3）电连接，***电源（3）与位移传感器（4）和载荷传感器（6）电连接，所述位移传感器（4）和载荷传感器（6）还分别连接电路板（5），电路板（5）与磁致声能转换器（2）电连接，所述磁致声能转换器（2）与地面控制器（8）无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置，其特征在于：所述壳体（7）为圆柱形密封结构，其中壳体（7）上端通过短节与抽油杆管串（9）下端连接，壳体（7）下端通过短节与有杆泵（10）上端连接。
3.根据权利要求1所述的一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置，其特征在于：所述壳体（7）的直径小于有杆泵（10）的直径，壳体（7）的直径与抽油杆管串（9）的直径相同。
4.根据权利要求1所述的一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置，其特征在于：所述磁致声能转换器（2）同轴套装于壳体（7）内部中间位置，电池组（1）设置于磁致声能转换器（2）轴向一侧，所述***电源（3）、位移传感器（4）、电路板（5）和载荷传感器（6）设置于磁致声能转换器（2）轴向另一侧。
5.根据权利要求4所述的一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置，其特征在于：所述载荷传感器（6）设置于壳体（7）内部靠近壳体（7）下端面处，位移传感器（4）和***电源（3）分别固定于磁致声能转换器（2）下端面。
6.根据权利要求4所述的一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置，其特征在于：所述壳体（7）下端面与磁致声能转换器（2）之间的内部空间设置有固定槽，电路板（5）限位于固定槽内。
7.根据权利要求1所述的一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置，其特征在于：所述地面控制器（8）包括解析模块（8-1）、控制模块（8-2）、显示模块（8-3）、存储模块（8-4）和计算模块（8-5），其中解析模块（8-1）输入端与磁致声能转换器（2）无线连接，解析模块（8-1）输出端连接控制模块（8-2），所述控制模块（8-2）输出端连接显示模块（8-3）和存储模块（8-4），其中计算模块（8-5）输出端连接控制模块（8-2）输入端。
8.根据权利要求7所述的一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置，其特征在于：所述地面控制器（8）的解析模块（8-1）、控制模块（8-2）、显示模块（8-3）、存储模块（8-4）和计算模块（8-5）设置于壳体内部，其中壳体前端面设置有显示屏，显示屏与显示模块（8-3）电连接。
9.根据权利要求1所述的一种抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置，其特征在于：所述电池组（1）由多个锂电池组成，多个锂电池并联，并且每个锂电池的电压相同。
10.一种如权利要求1~9任一项所述的抽油井有杆泵泵功图实时测试与无线传输装置的传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）将实时测试与无线传输装置（11）与抽油杆管串（9）串联，并且实时测试与无线传输装置下端通过短节与有杆泵（10）上端连接；
步骤2）实时测试与无线传输装置（11）中的位移传感器（4）和载荷传感器（6）实时采集有杆泵（10）的位移和载荷参数，位移传感器（4）和载荷传感器（6）将采集的位移和载荷参数传递给电路板（5），电路板（5）将位移和载荷参数传递给磁致声能转换器（2），磁致声能转换器（2）将位移和载荷参数转换成声音信号通过抽油杆管串（9）传至地面；
步骤3）地面控制器（8）接收传至地面的声音信号，将声音信号进行解析，显示位移和载荷参数，根据位移和载荷参数预测实时泵功图。
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