CN106546159A - 一种游梁式抽油机悬点位移的测量方法 - Google Patents

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本发明涉及一种游梁式抽油机悬点位移的测量方法，属于自动化监控领域。一种游梁式抽油机悬点位移的测量方法，利用安装在抽油机中轴垂直对应的游梁上平面中线处的传感器检测传感器的加速度，根据传感器的加速度与游梁围绕抽油机中轴摆动的角度之间的对应关系，确定游梁围绕抽油机中轴摆动的角度，再根据游梁围绕抽油机中轴摆动的角度与悬点位移之间的对应关系确定悬点位移。本发明的有益效果是：通过传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动的状态，确定的游梁围绕抽油机中轴摆动的角度，减少了依据传感器静止状态确定角度所产生的误差，从而提高了悬点位移的测量精度。

Description

一种游梁式抽油机悬点位移的测量方法
技术领域
本发明涉及一种游梁式抽油机悬点位移的测量方法，属于自动化监控领域。
背景技术
示功图是判断游梁式抽油机井工况的基本依据，由悬点位移和悬点载荷组成，悬点位移是指游梁式抽油机抽汲过程中悬点上下死点之间的距离，悬点位移的测量方法分为直接测量法和间接测量法，直接测量法是传统的拉绳式测量，拉绳式测量受拉线伸长、风及材质影响等因素造成测量误差大；间接测量法包括超声波脉冲测量法、气压传感测量法、直线加速度测量法、角度测量法等，超声波脉冲测量法受脉冲装置的反射界面清洁程度影响造成测量精度低，不适用于暴露在野外的抽油机；气压传感测量法受野外气体压力不稳定的因素导致测量稳定性差；直线加速度测量法通过对直线加速度两次积分确定悬点位移，存在积分误差积累的问题，造成悬点位移测量误差大；角度测量法通过测量抽油机旋转部件转动的相关物理量确定旋转部件转动的角度，再通过旋转部件转动的角度和悬点位移的对应关系确定悬点位移。
201420286938.X公开了一种非承载式抽油机井工况测试装置，由检测装置、无线发射装置和太阳能供电装置组成，其悬点位移测量方法属于角度测量法，其检测装置安装在抽油机中轴垂直对应的游梁上平面中线处，通过检测装置的传感器检测重力加速度在游梁上平面轴向上的分量确定游梁围绕抽油机中轴摆动的角度，再通过游梁围绕抽油机中轴摆动的角度和悬点位移的对应关系确定悬点位移，该专利反映出传感器在静止状态下测得的游梁围绕抽油机中轴摆动的角度，经研究发现，在抽油机工作时，安装在抽油机中轴垂直对应的游梁上平面中线处的传感器也随游梁往复摆动做圆弧摆运动，并产生切向加速度，传感器在随游梁往复摆动做圆弧摆运动的状态下检测游梁围绕抽油机中轴摆动的角度，游梁围绕抽油机中轴摆动的角度与重力加速度在游梁上平面轴向上的分量、传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度同时存在对应关系，仅依据重力加速度在游梁上平面轴向上的分量确定游梁围绕抽油机中轴摆动的角度，导致由游梁围绕抽油机中轴摆动的角度确定的悬点位移存在误差。申请号为200710014073.6的发明申请一种油田抽油机示功图的测量方法、ZL201110165385.3公开的一种基于神经网络的游梁式抽油机示功图软测量方法、申请号为201410670780.0的发明申请一种抽油机悬点位移确定方法及装置均未考虑传感器处于随旋转部件转动做相应运动的状态下检测的问题，仅反映出传感器在静止状态下测得的游梁围绕抽油机中轴摆动的角度，从而导致由游梁围绕抽油机中轴摆动的角度确定的悬点位移存在误差。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的传感器处于随旋转部件转动做相应运动的状态，而游梁围绕抽油机中轴摆动的角度依据处于静止状态下的传感器进行确定，导致游梁围绕抽油机中轴摆动的角度及由该角度确定的悬点位移存在误差，进而提出一种游梁式抽油机悬点位移的测量方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种游梁式抽油机悬点位移的测量方法，利用安装在抽油机中轴垂直对应的游梁上平面中线处的传感器检测传感器的加速度，根据传感器的加速度与游梁围绕抽油机中轴摆动的角度之间的对应关系，确定游梁围绕抽油机中轴摆动的角度，再根据游梁围绕抽油机中轴摆动的角度与悬点位移之间的对应关系确定悬点位移，具体包括以下步骤：
1、利用安装在抽油机中轴垂直对应的游梁上平面中线处的传感器，确定传感器的加速度y，传感器通电后输出表征游梁往复摆动时的角加速度的电位信号i，电位信号i通过传感器的单片机转换成加速度y；
2、建立传感器的加速度y与重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1、传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2、游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α之间的关系：确定游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α；
2.1依据重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1与传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2同在游梁水平面中线上的矢量关系，建立传感器的加速度y与重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1、传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2之间的关系：y＝y1+y2；
2.2依据矢量分析，建立重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1和游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α之间的关系：y1＝g·sinα；
2.3依据表征传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动的特征参数，建立传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2与游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α之间的关系；
2.3.1依据表征传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动的特征参数：游梁围绕抽油机中轴摆动的最大角度A、游梁摆动时间t、摆动周期T，建立游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α与游梁摆动时间t的关系:
2.3.2依据表征传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动的特征参数：传感器做圆弧摆运动的半径R，确定传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度
其中传感器的角加速度为游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α对游梁摆动时间t的二阶导数；
2.4依据传感器的加速度y与重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1、传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2之间的关系，确定传感器的加速度y与游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α之间的关系：
3、确定悬点位移L
依据游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α的弧度度量关系，确定游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α与悬点位移L的关系：L＝r×α，其中r为抽油机游梁前臂长度。
本发明的有益效果是：通过传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动的状态，确定的游梁围绕抽油机中轴摆动的角度，减少了依据传感器静止状态确定角度所产生的误差，从而提高了悬点位移的测量精度。
附图说明
图1是本发明的方法流程框图；
图2是加速度矢量关系图；
图3是传感器运动方式图；
图4是悬点位移与游梁围绕抽油机中轴摆动的角度关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例：
如附图1所示，本实施例包括以下步骤：
1、利用安装在抽油机中轴垂直对应的游梁上平面中线处的传感器，确定传感器的加速度y，传感器通电后输出表征游梁往复摆动时的加速度y的电位信号i，以某CYJY12-4.8-73HB型抽油机为例，传感器通电后每4min自动采集一次电位信号，y＝i×k，其中k为量化因子，k＝0.530，采集的电位信号通过传感器的西门子224XP CPU模块转换成传感器的加速度；
2、建立传感器的加速度y与重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1、传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2、游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α之间的关系：确定游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α；
2.1依据重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1与传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2同在游梁水平面中线上的矢量关系，建立传感器的加速度y与重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1、传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2之间的关系：y＝y1+y2；
2.2依据矢量分析，如图2所示，建立重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1和游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α之间的关系：y1＝g·sinα，其中本地区g为常数9.8m/s2；
2.3依据表征传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动的特征参数，如图3所示，建立传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2与游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α之间的关系；
2.3.1依据表征传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动的特征参数：游梁围绕抽油机中轴摆动的最大角度A、游梁摆动时间t、摆动周期T，建立游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α与游梁摆动时间t的关系:该CYJY12-4.8-73HB型抽油机的A为π/6，即游梁围绕抽油机中轴摆动的角度范围为{-π/6，π/6}，转换为弧度即{-0.523，0.523}，T为摆动周期，T＝15s；
2.3.2依据表征传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动的特征参数：传感器做圆弧摆运动的半径R，确定传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度 传感器做圆弧摆运动的半径R由游梁纵切面高度d与抽油机中轴半径h组成，即R＝d+h,该CYJY12-4.8-73HB型抽油机的d＝0.8m，h＝0.2m；
其中传感器的角加速度为游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α对游梁摆动时间t的二阶导数；
2.4依据传感器的加速度y与重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1、传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2之间的关系，确定传感器的加速度y与游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α之间的关系：将CYJY12-4.8-73HB型抽油机的特征参数代入可得：y＝9.8﹒sinα-0.175α，通过差值算法确定传感器的加速度y与游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α的对应关系，如表1所示：
表1
y α y α y α
-4.987 -0.523 -1.042 -0.105 3.080 0.314
-4.804 -0.502 -0.834 -0.084 3.278 0.335
-4.620 -0.481 -0.626 -0.063 3.475 0.356
-4.434 -0.460 -0.417 -0.042 3.670 0.377
-4.245 -0.439 -0.209 -0.021 3.863 0.397
-4.055 -0.418 0.000 0.000 4.055 0.418
-3.863 -0.397 0.209 0.021 4.245 0.439
-3.670 -0.377 0.417 0.042 4.434 0.460
-3.475 -0.356 0.626 0.063 4.620 0.481
-3.278 -0.335 0.834 0.084 4.804 0.502
-3.080 -0.314 1.042 0.105 4.987 0.523
-2.881 -0.293 1.249 0.126 5.167 0.544
-2.680 -0.272 1.456 0.146 5.345 0.565
-2.478 -0.251 1.662 0.167 5.521 0.586
-2.276 -0.230 1.867 0.188 5.694 0.607
-2.072 -0.209 2.072 0.209 5.865 0.628
-1.867 -0.188 2.276 0.230 6.033 0.649
-1.662 -0.167 2.478 0.251 6.199 0.669
-1.456 -0.146 2.680 0.272 6.362 0.690
-1.249 -0.126 2.881 0.293 6.522 0.711
将表1中的传感器的加速度y与游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α输入传感器中的西门子224XP CPU模块，通过西门子224XP CPU模块的查询程序确定传感器的加速度y对应的游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α，以传感器的加速度y取-4.804、2.276、4.620为例，西门子224XP CPU模块的查询程序自动选取传感器的加速度y对应的α值，分别为-0.502，0.230，0.481；
3、确定悬点位移L
依据弧度的度量关系，建立游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α与悬点位移L的关系：L＝r×α，如图4所示，其中r为抽油机游梁前臂长度，该CYJY12-4.8-73HB型抽油机的r＝4.8m，则L＝4.8α，以传感器的加速度y取-4.804、2.276、4.620为例，传感器的西门子224XPCPU模块通过具体实施步骤2.4确定的α值分别为-0.502，0.230，0.481，进而确定悬点位移L分别为-2.410m，1.104m，2.309m。
对比例：
而依据传感器静止状态确定的游梁围绕抽油机中轴摆动的角度中：利用安装在抽油机中轴垂直对应的游梁上平面中线处的传感器检测传感器的加速度，根据传感器的加速度与游梁围绕抽油机中轴摆动的角度之间的对应关系确定游梁围绕抽油机中轴摆动的角度，再根据游梁围绕抽油机中轴摆动的角度与悬点位移之间的对应关系确定悬点位移，具体包括以下步骤：
1、利用安装在抽油机中轴垂直对应的游梁上平面中线处的传感器，确定传感器的加速度y；
2、建立传感器的加速度y与重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1的关系，确定游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α：
2.1依据传感器静止状态下的力学关系，建立传感器静止状态下的加速度y与重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1的关系：y＝y1
2.2依据矢量分析，建立重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1和游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α之间的关系：y1＝g·sinα，其中本地区g为常数9.8m/s2，则传感器静止状态确定的传感器的加速度y与游梁围绕抽油机中轴摆动的角度之间的关系：y＝y1＝9.8﹒sinα，以实施例中传感器的加速度y取-4.804、2.276、4.620为例，通过传感器的西门子224XP CPU模块运算确定游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α分别为-0.512，0.234，0.491；
3、确定悬点位移L
依据弧度的度量关系，建立游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α与悬点位移L的关系：L＝r×α,其中r为抽油机游梁前臂长度，该CYJY12-4.8-73HB型抽油机的r＝4.8m，则L＝4.8α，以传感器的加速度y取-4.804、2.276、4.620为例，传感器的西门子224XP CPU模块通过具体实施步骤2.2确定的α值分别为-0.512，0.234，0.491，进而确定悬点位移L分别为-2.458m，1.123m，2.357m；
由实施例和对比例可知，实施例的悬点位移和对比例的悬点位移相差0.019m～0.048m，误差为1.7％～1.9％，本发明的悬点位移确定的精度更高，由悬点位移所描述的抽油机示功图更加准确的反映了抽油机工况。

Claims (5)

1.一种游梁式抽油机悬点位移的测量方法，其特征在于：包含以下步骤：利用安装在抽油机中轴垂直对应的游梁上平面中线处的传感器检测传感器的加速度，根据传感器的加速度与游梁围绕抽油机中轴摆动的角度之间的对应关系，确定游梁围绕抽油机中轴摆动的角度，再根据游梁围绕抽油机中轴摆动的角度与悬点位移之间的对应关系确定悬点位移。
2.根据权利要求1所述的一种游梁式抽油机悬点位移的测量方法，其特征在于：包含以下步骤：
(1)利用安装在抽油机中轴垂直对应的游梁上平面中线处的传感器，确定传感器的加速度y；
(2)建立传感器的加速度y与重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1、传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2、游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α之间的关系：确定游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α；
(3)依据游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α的弧度度量关系，确定游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α与悬点位移L的关系：L＝r×α，其中r为抽油机游梁前臂长度。
3.根据权利要求1或2所述的一种游梁式抽油机悬点位移的测量方法，其特征是：依据重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1与传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2同在游梁水平面中线上的矢量关系，建立传感器的加速度y与重力加速度在游梁上平面轴向上的分量y1、传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2之间的关系：y＝y1+y2。
4.根据权利要求1或2所述的一种游梁式抽油机悬点位移的测量方法，其特征是：依据表征传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动的特征参数，建立传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2与游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α之间的关系。
5.根据权利要求4所述的一种游梁式抽油机悬点位移的测量方法，其特征是：
(1)依据表征传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动的特征参数：游梁围绕抽油机中轴摆动的最大角度A、游梁摆动时间t、摆动周期T，建立游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α与游梁摆动时间t的关系：
(2)依据表征传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动的特征参数：传感器做圆弧摆运动的半径R，确定传感器随游梁往复摆动做圆弧摆运动产生的切向加速度y2： 其中传感器的角加速度为游梁围绕抽油机中轴摆动的角度α对游梁摆动时间t的二阶导数。
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