CN103791864A

CN103791864A - 一种抽油杆测长仪

Info

Publication number: CN103791864A
Application number: CN201210426369.XA
Authority: CN
Inventors: 张建军; 朱拾东; 师俊峰; 赵瑞东; 刘猛; 舒勇
Original assignee: Petrochina Co Ltd
Current assignee: Petrochina Co Ltd
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明是关于一种抽油杆测长仪，所述的抽油杆测长仪包括：第一超声波换能器，设置在所述抽油杆的一端，用于产生超声波；发射驱动电路，与所述的第一超声波换能器相连，用于驱动所述的第一超声波换能器产生超声波；第二超声波换能器，用于接收超声波；接收调理电路，与所述的第二超声波换能器相连，用于对所述第二超声波换能器接收到的超声波进行调理；数据处理单元，与所述的发射驱动电路和接收调理电路相连，用于根据超声波的传播速度和传播时间计算抽油杆长度。所述测长仪可以通过特定的长度选择模块、材料选择模块、温度补偿模块排除干扰；可实现实时编程，数据存储、累加、计算、以及测量数据的实时传输。

Description

一种抽油杆测长仪

技术领域

本发明是关于石油勘探开发技术领域，尤其是关于抽油杆测量技术领域，具体来说是关于一种抽油杆测长仪。

背景技术

在我国各油田工作现场，需对抽油杆长度进行测量，从而进行配管柱工作。目前，通常是使用钢卷尺、计算器、记录本、数据表、笔由3人经重复测量、记录以及进行人工累计、人工填报数据表等过程来完成抽油杆长度的测量工作。这种原始的测量方法，不仅存在测量工作量大、数据处理大、费工、费时，精度低等缺点，而且只能对抽油杆进行单杆测量，对于堆放的抽油杆，必须将抽油杆进行平铺，然后进行单杆测量，无法快速批量的测量。对于堆放的抽油杆则无法进行测量。

发明内容

为了克服现有抽油杆长度测量方法的不足，本发明提供一种抽油杆测长仪。

本发明提供一种抽油杆测长仪，所述的抽油杆测长仪包括：第一超声波换能器，设置在所述抽油杆的一端，用于产生超声波；发射驱动电路，与所述的第一超声波换能器相连，用于驱动所述的第一超声波换能器产生超声波；第二超声波换能器，用于接收超声波；接收调理电路，与所述的第二超声波换能器相连，用于对所述第二超声波换能器接收到的超声波进行调理；数据处理单元，与所述的发射驱动电路和接收调理电路相连，用于根据超声波的传播速度和传播时间计算抽油杆长度。

本发明提供的抽油杆测长仪使用快捷方便、数据处理快、精度高、可靠性高，并且对于堆放的抽油杆可以在其一个端面快速测量出其长度，无需搬动堆放的抽油杆，可以对堆放的大批抽油杆进行测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种抽油杆测长仪100的结构图。

图2所示是本发明的一实施例提供的发射驱动电路102的电路图。

图3所示是本发明的一实施例提供的接收调理电路104的电路图。

图4所示是本发明的一实施例提供的带通滤波模块302的电路图。

图5所示是本发明的一实施例提供的电平控制模块303的电路图。

图6所示是本发明的一实施例提供的数据处理单元105的框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供一种抽油杆测长仪，以下结合附图对本发明进行详细说明。

图1是本发明实施例提供的一种抽油杆测长仪100的结构图，如图1所示，抽油杆测长仪100包括：第一超声波换能器101、发射驱动电路102、第二超声波换能器103、接收调理电路104,数据处理单元105和耦合层106，其中：

第一超声波换能器101，设置在所述抽油杆的一端，用于产生超声波。

在本发明实施例中，第一超声波换能器101通过一超声波探头产生超声波，超声波探头可以是一高性能超声波探头，可以发射5MHZ的超声波，发射功率大、性能优良，并且能实现回波检测，超声波探头采用接口式工作方式，可以即插即用。

发射驱动电路102，与所述的第一超声波换能器101相连，用于驱动所述的第一超声波换能器101产生超声波。

在本发明实施例中，发射驱动电路102是（驱动电路更换为一下电路）发射驱动电路102是一窄脉冲、短余响脉冲发射电路，可以驱动101发射5MHz的超声波，图2所示是本发明的一实施提供的发射驱动电路102的电路图，图2所示，发射电路102包括三极管BG₁、BG₂、B_G3，二极管D₁、D₂、D₃、D₄，电感L₁、L₂以及若干电阻，其中R₁、R₂、R₃为可调电阻。主要工作原理如下：从主控器（单片机）来的正脉冲信号经过两条通路施加到换能器上。一条是经过BG₂倒相放大成为负脉冲，立即通过D₁加到换能器上，使它开始作固有高频谐振震荡。另一条是先经过由电感L₁和L₂变容二极管D₃、D₄所组成的微调延迟电路，使脉冲信号延迟一段时间，然后经过BG₁倒相放大，经过D₂加到换能器上，使它在原来振动的基础上增加一振动，调节可调电阻R₁、R₂可以改变两脉冲信号的相对强弱，调节R₂使变容二极管D₃和D₄上的反相电压改变。这样调节幅度与延迟，使两个振动互相叠加之后，除开始半周期外，其余部分因振幅相同，相位相反而互相抵消，产生窄脉冲、短余响的脉冲。

第二超声波换能器103，用于接收超声波。

在本发明实施例中，第一超声波换能器101产生的超声波在抽油杆中传播到另一端面后产生全反射，形成回波，第二超声波换能器103通过一超声波探头接收反射回的回波，超声波探头可以是一高性能超声波探头，可以发射5MHZ的超声波，发射功率大、性能优良，并且能实现回波检测，超声波探头采用接口式工作方式，可以即插即用，为了方便操作和检测回波，第一超声波换能器和第二超声波换能器制作为一体的形式

接收调理电路104，与所述的第二超声波换能器103相连，用于对所述第二超声波换能器103接收到的超声波进行调理。

在本发明实施例中，通常第二超声波换能器103接收到的反射回的回波较为微弱，因此需要接收调理电路104对第二超声波换能器103接收到的回波进行调理。图3所示是本发明的一实施例提供的接收调理电路104的电路图，如图3所示，接收调理电路104包括：前置放大模块301、带通滤波模块302、电平控制模块303以及模数转换模块304，四者串联连接，信号依次经过前置放大电路、带通滤波器、电平控制模块、A/D模块。第二超声波换能器103通过一电容和一电阻与前置放大模块301串接，前置放大模块301是由高输入阻抗的精密仪表放大器AD620构成，施加在第二超声波换能器103的峰值电压较大，在前置放大模块301的输入端并联了一对反向的二极管。

图4所示是本发明的一实施例提供的带通滤波模块302的电路图，如图4所示，带通滤波模块302包括：包括：运算放大器OP177和RC阻容网络构成，其输出与输入相同，运放正极（3脚）接上拉电阻R₄，R₁、C₁，分别构成RC回路，并接地，C₂接运放负极（2脚）并接地拉低为低电平，其中C₁＝C₂＝C,R₁＝R₃＝R₄＝R,R₂＝2R。

其中，滤波器的谐振频率、品质因数和谐振增益的关系分别为

Q = \frac{1}{2 - R_{4} / R_{4}},

A_{v} = \frac{R_{4} + R_{5}}{2 R_{4} - R_{5}} .

图5所示是本发明的一实施例提供的电平控制模块303的电路图，如图5所示，电平控制模块303包括：包括运放、控制元件、二极管D₁、电阻R₁-R₉，其中R₆为可调电阻。上拉电阻R₄接运放正极（3脚），由R₂、C₁、R₃连接构成的滤波电路接运放负极（2脚），运放和电阻R₂、R₃、R₄、R₅构成比较电路。

在本发明实施例中，电平控制模块303采用三极管作控制元件ALC（Auto LevelControl）电路，三极管的集电极经R2、R1接地。R6、R7组成输出分压电路，经D1、C2变成直流信号，直接驱动三极管的基极。

数据处理单元105，与所述的发射驱动电路和接收调理电路相连，用于根据超声波的传播速度和传播时间计算抽油杆长度。

耦合层106，镶嵌在所述的换能器上，用来排除换能器与抽油杆之间的空气，使超声波能有效的传入从而测量目的。

在本发明实施例中，数据处理单元105可以是一单片机，单片机选用51系列的单片机，芯片选择较大存储器容量的EEPROM 芯片，选用AT89S52，采用8K Flash存储器存储代码。

在本发明实施例中，用户通过键盘等输入装置向单片机输入操作指令，使单片机发出方波脉冲，并同时启动计时器，方波脉冲激励发射驱动电路102(如图1)，从而触发第一超声波换能器101（频率为5MHZ，φ20mm）振动，产生超声波，超声波一部分通过耦合层在抽油杆中传播遇到另一端面产生全反射，少部分超声波在耦合层与抽油杆界面发生发射，这两种发射波由第二超声波换能器103接收反射回来的回波，经接收调理电路104中的前置放大模块301放大（AD620）、接着由带通滤波模块302进行去噪、并由电平控制模块303进行电平控制、最后由模数转换模块304进行A/D转换，触发单片机，停止计时，前者时间为Δt₁，后者时间为Δt₂，即为两次回波测量，减少了仪器带来的误差。通过下述公式计算出计算出抽油杆的长度L。

L = \frac{VΔt}{2};

其中，V为超声波在抽油杆内的传播速度，Δt＝Δt₁-Δt₂。

由于抽油杆两截面存在平行度形位公差，造成反射波不能严格按照原路返回，为了更容易接收到反射的回波，利用多个换能器接收。由于油田现场抽油杆有两种尺寸，十米和六米左右，为了更好排除干扰，对单片机软件进行设定，根据目测选择两挡，十米挡和六米挡，十米挡对于测量长度为9-11米为有效测量，六米挡对于测量长度为5-7米为有效测量。

在本发明实施例中，数据处理单元105可以包括一时钟芯片DS1302，用于提供采集数据的传播时间信息。

图6所示是本发明的一实施例提供的数据处理单元105的框图，如图6所示，数据处理单元105可以包括：

传播速度获取模块601，用于储存超声波在各种材料中的传播速度数据，并根据抽油杆的材料获取超声波的传播速度。

在本发明实施例中，由于超声波在不同材料中的传播速度不同，因此传播速度获取模块601预先存储超声波在各种抽油杆材料的传播速度。再对抽油杆长度进行测量时，用户可以通过键盘等输入装置选择当前抽油杆的材料，以获取超声波在当前抽油杆中的传播速度。

在本发明实施例中，传播速度获取模块601可以采用24WC02型存储芯片来存储传播速度数据。

温度补偿模块602，用于检测环境温度数据，并根据环境温度数据对所述的传播速度进行补偿。

在本发明实施例中，由于超声波在抽油杆中的传播速度收到温度因素的影响，因此温度补偿模块602对环境温度进行监测并根据环境温度数据对所述的传播速度进行补偿。在温度补偿之后，提高了测量的精度。

在本发明实施例中，温度补偿模块602可以包括一18B20型温度传感器。

湿度补偿模块603，用于检测环境湿度数据，并根据环境湿度数据对所述的传播速度进行补偿。

在本发明实施例中，由于超声波在抽油杆中的传播速度收到湿度因素的影响，因此湿度补偿模块603对环境湿度进行监测并根据环境湿度数据对所述的传播速度进行补偿。在温度补偿之后，提高了测量的精度。

在本发明实施例中，湿度补偿模块603可以包括一HIH-3610型湿度传感器。

在本发明实施例中，抽油杆测长仪100还包括一显示单元（图未示），显示单元可以是液晶显示器，用于显示各种参数及测量结果。显示单元可以是一DM12232F型液晶显示屏。

本发明提供的抽油杆测长仪使用快捷方便、数据处理快、精度高、可靠性高，可以对堆放的大批抽油杆进行测量。所述测长仪可以通过特定的长度选择模块、材料选择模块、温度补偿模块排除干扰；可实现实时编程，数据存储、累加、计算、以及测量数据的实时传输。

本发明提供的抽油杆测长具有以下优点和功能：

（1）可以快捷方便的对抽油杆长度进行测量。

（2）可靠性高，可以在在恶劣环境下工作，工作温度范围为-25~125°C。

（3）测量范围0.2m-12m,精度达到0.01m。

（4）能实现数据存储、查看、清零、累加等功能。

（5）具有USB数据传输功能及实时可编程功能。

（6）能实现对各种不同材料的抽油杆进行测量。

（7）可充电式NiMH电池，电池工作时间为8小时，充电时间2小时。

（8）不当操作时，具有报警功能。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块（illustrative logical block），单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性（interchangeability），上述的各种说明性部件（illustrative components），单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列（FPGA）或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线（DSL）或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片（disk）和磁盘（disc）包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种抽油杆测长仪，其特征在于，所述的抽油杆测长仪包括：第一超声波换能器、发射驱动电路、第二超声波换能器、接收调理电路和数据处理单元，其中：

第一超声波换能器，设置在所述抽油杆的一端，用于产生超声波；

发射驱动电路，与所述的第一超声波换能器相连，用于驱动所述的第一超声波换能器产生超声波；

第二超声波换能器，用于接收超声波；

接收调理电路，与所述的第二超声波换能器相连，用于对所述第二超声波换能器接收到的超声波进行调理；

数据处理单元，与所述的发射驱动电路和接收调理电路相连，用于根据超声波的传播速度和传播时间计算抽油杆长度。

2.根据权利要求1所述的抽油杆测长仪，其特征在于，所述的第一超声波换能器通过一超声波探头产生超声波。

3.根据权利要求1所述的抽油杆测长仪，其特征在于，所述的第二超声波换能器通过一超声波探头接收超声波。

4.根据权利要求1所述的抽油杆测长仪，其特征在于，所述的数据处理单元包括：

传播速度获取模块，用于储存超声波在各种材料中的传播速度数据，并根据抽油杆的材料获取超声波的传播速度。

5.根据权利要求1所述的抽油杆测长仪，其特征在于，所述的数据处理单元包括：

温度补偿模块，用于检测环境温度数据，并根据环境温度数据对所述的传播速度进行补偿；

湿度补偿模块，用于检测环境湿度数据，并根据环境湿度数据对所述的传播速度进行补偿。