CN117870950A - 示功仪位移检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油开采技术领域，是一种示功仪位移检测系统及检测方法，其包括抽油机机架、待检测示功仪、线性张紧装置和牵引件，在抽油机机架上设有能够跟随待检测示功仪的上下运动而不断的拉伸和收缩牵引件的线性张紧装置，在线性张紧装置上设有转动部，在待检测示功仪上设有拉力传感器，牵引件的一端与待检测示功仪上的拉力传感器连接，牵引件的另一端与线性张紧装置的转动部连接。本发明可以对示功仪进行位移数据的精确度检测，能够快速准确地测量出示功仪位移数据，提高了示功仪数据采集的准确性，提高了油井生产时率及油田科学化管理水平。

Description

示功仪位移检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，是一种示功仪位移检测系统及检测方法。

背景技术

示功仪是一种用于采集抽油机载荷、冲程，计算出功图数据，独立或通过与现场RTU配合实现远程功图监控检测的仪器，通过示功仪采集的数据可以诊断抽油机的工作状况。示功仪安装在抽油杆上，不仅可以诊断油井工况，还可以测算单井产液量，因此在油田上得到广泛的使用。

示功仪使用载荷传感器和加速度传感器获取数据，经过内置的算法计算，得到位移数据。通过大量试验发现，抽油机运行冲次越低，加速度传感器信噪比越低。当加速度信噪比过低时，示功仪难以正常计算位移。因此，在实际使用中，需要定期检测示功仪位移数据的精确度。

为了提升功图量液系统的使用效果，新疆油田制定了《新疆油田编制功图量液管理指南》，其中要求对示功仪进行定期检定。目前，市面上只可以对示功仪载荷进行检定，而缺少对示功仪位移进行检定的装置以及方法。

发明内容

本发明提供了一种示功仪位移检测系统及检测方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决如何准确地对示功仪进行位移数据的检测的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种示功仪位移检测系统，包括抽油机机架、待检测示功仪、线性张紧装置和牵引件，在抽油机机架上设有能够跟随待检测示功仪的上下运动而不断的拉伸和收缩牵引件的线性张紧装置，在线性张紧装置上设有转动部，在待检测示功仪上设有拉力传感器，牵引件的一端与待检测示功仪上的拉力传感器连接，牵引件的另一端与线性张紧装置的转动部连接。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述线性张紧装置可包括转轴、上隔板和下隔板，上隔板固定设置在抽油机上，在上隔板与下隔板之间设有至少2个弹簧，弹簧的一端与上隔板连接，弹簧的另一端与下隔板连接；在下隔板上设置有齿条固定装置，在齿条固定装置上设置有齿条，转动部设置在转轴上，转动部的外端连接有与齿条相匹配的齿轮。

上述线性张紧装置可包括转轴和发条，转轴设置在发条的内侧，发条的外侧设置有齿轮，转动部固定设置在齿轮的一侧。

上述牵引件可为耐磨、柔韧的细绳。

上述还可设有定滑轮，定滑轮与牵引件滑动连接。

上述弹簧的形变与齿轮的转动周长比可为1:10。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种示功仪位移检测方法，包括如下步骤：

提供一种示功仪位移检测系统，该示功仪位移检测系统为上述的示功仪位移检测系统；

提供一个定滑轮，将定滑轮固定在地面上；

将示功仪位移检测系统的线性张紧装置安装在抽油机机架上，将线性张紧装置内的细绳拉出来穿过定滑轮与待检测示功仪的拉力传感器连接；

抽油机运行过程中，获取拉力传感器采集到的拉力值F，获取弹簧的弹性系数K，获取待检测示功仪上显示的位移值并记作位移显示值A；

将拉力值F和弹性系数K输入公式X=F/K，通过计算得到示功仪的位移测量值X。

下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：

可将位移测量值X和位移显示值A进行比对，判断误差是否在允许的范围之内。

本发明的技术方案之三是通过以下措施来实现的：一种示功仪位移检测方法，包括如下步骤：

提供一种示功仪位移检测系统，该示功仪位移检测系统为上述的示功仪位移检测系统；

提供一个定滑轮，将定滑轮固定在地面上；

将示功仪位移检测系统的线性张紧装置安装在抽油机机架上，将线性张紧装置内的细绳拉出来穿过定滑轮与待检测示功仪的拉力传感器连接；

抽油机运行过程中，获取拉力传感器采集到的拉力值F，获取发条的弹性系数K，获取待检测示功仪上显示的位移值并记作位移显示值A；

将拉力值F和弹性系数K输入公式X=F/K，通过计算得到示功仪的位移测量值X。

下面是对上述发明技术方案之三的进一步优化或/和改进：

可将位移测量值X和位移显示值A进行比对，判断误差是否在允许的范围之内。

本发明可以对示功仪进行位移数据的精确度检测，能够快速准确地测量出示功仪位移数据，且结构简单，使用方便可控。可以弥补对示功仪位移进行检定的空缺，从而提高示功仪数据采集的准确性。随着油田物联网建设，功图诊断及计产数据变得更加充分，定期对示功仪进行检定，保障数据质量与稳定性，准确掌握单井工况，及时发现异常井，还可以提高油井生产时率及油田科学化管理水平。还可以通过向服务对象收取检测费用的形式获取可观的经济效益。

附图说明

附图1为本发明的整体结构示意图。

附图2为本发明实施例1的齿轮和齿条的结构示意图。

附图3为本发明实施例1的结构示意图。

附图4为本发明实施例1的位移检测结构的示意图。

附图5为本发明实施例1的线性张紧装置的总结构示意图。

附图6为本发明实施例2的结构示意图。

附图7为本发明实施例2的发条收紧装置的结构示意图。

附图中的编码分别为：1为转轴，2为齿轮，3为转动部，4为齿条固定装置，5为齿条，6为弹簧，7为上隔板，8为下隔板，9为线性张紧装置，10为牵引件，11为待检测示功仪，12为拉力传感器，13为定滑轮，14为抽油机抽杆，15为抽油机机架，16为发条。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

实施例1：如附图1、2、3、4、5所示，该示功仪位移检测系统包括抽油机机架15、待检测示功仪11、线性张紧装置9和牵引件10，在抽油机机架15上设有能够跟随待检测示功仪11的上下运动而不断的拉伸和收缩牵引件的线性张紧装置9，在线性张紧装置9上设有转动部3，在待检测示功仪11上设有拉力传感器12，牵引件10的一端与待检测示功仪11上的拉力传感器12连接，牵引件10的另一端与线性张紧装置9的转动部3连接。其中，线性张紧装置9包括转轴1、上隔板7和下隔板8，上隔板7固定设置在抽油机15上，在上隔板7与下隔板8之间设有至少2个弹簧6，弹簧6的一端与上隔板7连接，弹簧6的另一端与下隔板8连接；在下隔板8上设置有齿条固定装置4，在齿条固定装置4上设置有齿条5，转动部3设置在转轴1上，转动部3的外端连接有与齿条5相匹配的齿轮2；牵引件10的一端与待检测示功仪11上的拉力传感器12连接，另一端固定连接并缠绕在转动部3上。其中的齿轮2为一体式组合齿轮2。其中，牵引件10可以为耐磨、柔韧的细绳，细绳的弹性系数为已知的参数，细绳具有耐磨、韧性较好的特点，不易发生形变。还可以设有定滑轮13，定滑轮13固定设置在地面上，定滑轮13与牵引件10滑动连接。其中，弹簧6的弹性系数为已知的参数，弹簧6的形变与齿轮2的转动周长比优选为1:10。其中，线性张紧装置9的主要作用是为了在抽油机15初始状态下弹簧6具有稳定的可拉伸能力，保持始终张紧状态。具体实施时，考虑到示功仪位移精度监测需要以及降低成本需求，使得细绳材料一定要选取简单、耐磨、不易发生形变。线性张紧装置9内的弹簧6形变要与齿轮2转动周长比为1:10，即细绳所缠绕的齿轮2转动10圈，弹簧6发生1/10的形变。其中，齿轮2系统的结构由齿轮2、齿条5、齿条固定装置4、转动部3、转轴1组成。当抽油机15上下运动时，细绳带动齿轮2的转动部3进行转动，转动部3结构外端连接有齿轮2，齿轮2转动时带动齿条5进行上下运动。齿轮2的转动周长与抽油机15冲程成比例，即抽油机15运动一个冲程，齿轮2转动10圈，齿条5需要满足足够长度。其中，转动部3可为转子结构。

当齿轮2带动齿条5做向上运动时，齿条5无法向下运动，因此我们设计了收紧装置，且该收紧装置同样能够对示功仪位移进行检测。当齿轮2带动齿条5向上运动时，齿条5会将下隔板8向下推，此时弹簧6则会发生形变。当弹簧6发生形变后，弹簧6会有一个向下收紧的力带动齿条5向下运动，齿条5则会带动齿轮2做回复运动，齿轮2则收紧转动部3，转动部3上的细绳则会被绷紧，这样就完成了该装置的收紧作用。

在本发明实施例中，弹簧6的形变量与细绳、转动部3及齿轮2都有关。同时根据胡克定律可知弹簧6发生形变量X=F/K1，因为收紧装置内为2根弹簧6，则F=X1K1+X2K2，又因为是两根材料、质地一样的弹簧6且形变量相同，则K1=K2，X1=X2，则F=2X1K1，则X1=F/K1/2。

具体实施时，需要一根已知弹性系数且有较好弹性的细绳，细绳的一端固定在抽油机15机架上的线性张紧装置9上，另一端穿过固定在平地的定滑轮13与安装在示功仪上的弹簧6相连接且弹簧6连接细绳的另一端与示功仪上的拉力传感器12相连接。当抽油机抽杆14上下运动时挂在示功仪拉力传感器12上的细绳则会随着示功仪的上下运动而不断的拉伸、收缩线性张紧装置9内的缠绕一体式组合齿轮2及齿轮2大轮盘上缠绕的细绳。本发明根据胡克定律F=KX，在本实施例中可以得到F=K1X1+K2X2，且细绳的形变量可忽略不计，得出F=K1X1+C，C=0，得出X=F/K1，根据弹簧6和细绳的弹性系数及拉力传感器12采集到的拉力值计算出弹簧6的形变量也就是示功仪的位移。

当抽油机15上下运动时，示功仪将带动细绳进行工作。当抽油机15向上运动时，示功仪带动细绳向上，拉力传感器12对细绳提供一个向上的拉力，细绳被拉动向上，随着细绳被拉动，带动线性张紧装置9内缠绕细绳的转动部3齿轮2转动，且齿轮2的转动比和细绳的拉升长度为1:10。转动部3齿轮2转动时带动齿条5运动，齿条5会给弹簧6一个向外撑的力，导致弹簧6向外拉长，产生形变。当抽油机15向下运动时，线性张紧装置9内的弹簧6则会收缩，收缩时带动齿条5运动，齿条5带动转动部3和齿轮2转动，转动部3和齿轮2转动即可收紧细绳，使得细绳始终在整个系统内保持张紧状态。

示功仪位移检测系统的操作过程包括如下步骤:将示功仪位移检测系统的线性张紧装置9安装在抽油机15机架上，将线性张紧装置9内的细绳拉出来穿过安装在地面上的定滑轮13与待检测示功仪11的拉力传感器12连接；抽油机15运行过程中，获取拉力传感器12采集到的拉力值F，获取弹簧6或者发条16的弹性系数K，获取待检测示功仪11上显示的位移值并记作位移显示值A；将拉力值F和弹性系数K输入公式X=F/K，通过计算得到示功仪的位移测量值X。将位移测量值X和位移显示值A进行比对，判断误差是否在允许的范围之内，误差的判断标准为行业标准或者主管部门设定的标准。上述数据获取、数据计算和数据比对可以由人工或者计算机实现。

本发明实施例可以对示功仪进行位移数据的精确度检测，能够快速准确地测量出示功仪位移数据，且结构简单，使用方便可控。可以弥补对示功仪位移进行检定的空缺，从而提高示功仪数据采集的准确性。随着油田物联网建设，功图诊断及计产数据变得更加充分，定期对示功仪进行检定，保障数据质量与稳定性，准确掌握单井工况，及时发现异常井，还可以提高油井生产时率及油田科学化管理水平。另外，根据《自治区发展改革委关于降低我区计量检定收费项目基准价格的通知》的定价规定，检测载荷的费用为760~1150元/台。同时物联网应用技术实验室根据《计量标准考核规范》JJF 1033-2016，同步开展建标以及人员取证工作。本发明可对示功仪的位移进行检定，新疆油田目前约有23000口抽油机15井，按照每两年检定一次示功仪，检定费用参照上述标准取最低值760元/台计算，初步估算可以获得的经济效益为1748万/2年。因此，可以通过向服务对象收取检测费用的形式获取可观的经济效益。

实施例2：如附图1、6、7所示，该示功仪位移检测系统包括抽油机机架15、待检测示功仪11、线性张紧装置9和牵引件10，在抽油机机架15上设有能够跟随待检测示功仪11的上下运动而不断的拉伸和收缩牵引件的线性张紧装置9，在线性张紧装置9上设有转动部3，在待检测示功仪11上设有拉力传感器12，牵引件10的一端与待检测示功仪11上的拉力传感器12连接，牵引件10的另一端与线性张紧装置9的转动部3连接。其中，线性张紧装置9包括转轴1和发条16，转轴1设置在发条16的内侧，发条16的外侧设置有齿轮2，转动部3固定设置在齿轮2的一侧；牵引件10的一端与待检测示功仪11上的拉力传感器12连接，另一端固定连接并缠绕在转动部3上。其中，牵引件10可以为耐磨、柔韧的细绳，且细绳的弹性系数为已知的参数。还可以设有定滑轮13，定滑轮13固定设置在地面上，定滑轮13与牵引件10滑动连接。其中，转动部3可为转子结构。

本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例将实施例1中线性收紧装置中的弹簧6结构改为发条结构，使用发条16代替实施例1中的弹簧6，并将其收紧装置的结构做了相应的调整。操作示功仪位移检测系统时，先将示功仪及线性张紧装置9安装在抽油机15机架上面，将线性张紧装置9内的细绳拉出来穿过定滑轮13与示功仪带有拉力传感器12的一端连接起来。当抽油机15上下运动时，示功仪将带动细绳进行工作。当抽油机15向上运动时，示功仪带动细绳向上，拉力传感器12对细绳提供一个向上的拉力，细绳被拉动向上，随着细绳被拉动，带动线性张紧装置9内缠绕细绳的转动部3的齿轮2转动，且齿轮2的转动比和细绳的拉升长度为1:10。转动部3的齿轮2转动时会给发条16一个向外撑的力，导致发条16向外拉长，产生形变。当抽油机15向下运动时，线性张紧装置9内的发条16则会内卷，内卷时带动转动部3和齿轮2转动，转动部3和齿轮2转动即可收紧细绳，使得细绳始终在整个系统内保持张紧状态。

与实施例1相比，本实施例能够实现相同的技术效果，且结构更加简单。

实施例3：如附图1、2、3、4、5所示，一种示功仪位移检测方法，包括如下步骤：提供一种示功仪位移检测系统，该示功仪位移检测系统为上述的示功仪位移检测系统；提供一个定滑轮13，将定滑轮13固定在地面上；将示功仪位移检测系统的线性张紧装置9安装在抽油机15机架上，将线性张紧装置9内的细绳拉出来穿过定滑轮13与待检测示功仪11的拉力传感器12连接；抽油机15运行过程中，获取拉力传感器12采集到的拉力值F，获取弹簧6的弹性系数K，获取待检测示功仪11上显示的位移值并记作位移显示值A；将拉力值F和弹性系数K输入公式X=F/K，通过计算得到示功仪的位移测量值X。还可以将位移测量值X和位移显示值A进行比对，判断误差是否在允许的范围之内，其中，误差的判断标准为行业标准或者主管部门设定的标准。其中，上述数据获取、数据计算和数据比对可以由人工或者计算机实现。

该方法可以对示功仪进行位移数据的精确度检测，能够快速准确地测量出示功仪位移数据。可以弥补对示功仪位移进行检定的空缺，从而提高示功仪数据采集的准确性。还可以保障数据质量与稳定性，准确掌握单井工况，及时发现异常井，提高油井生产时率及油田科学化管理水平。

实施例4：如附图1、6、7所示，一种示功仪位移检测方法，包括如下步骤：提供一种示功仪位移检测系统，该示功仪位移检测系统为上述的示功仪位移检测系统；提供一个定滑轮13，将定滑轮13固定在地面上；将示功仪位移检测系统的线性张紧装置9安装在抽油机15机架上，将线性张紧装置9内的细绳拉出来穿过定滑轮13与待检测示功仪11的拉力传感器12连接；抽油机15运行过程中，获取拉力传感器12采集到的拉力值F，获取发条16的弹性系数K，获取待检测示功仪11上显示的位移值并记作位移显示值A；将拉力值F和弹性系数K输入公式X=F/K，通过计算得到示功仪的位移测量值X。还可以将位移测量值X和位移显示值A进行比对，判断误差是否在允许的范围之内，其中，误差的判断标准为行业标准或者主管部门设定的标准。其中，上述数据获取、数据计算和数据比对可以由人工或者计算机实现。

本实施例与实施例3的不同之处在于：本实施例使用发条16代替实施例3中的弹簧6，也能够实现相同的技术效果。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (10)

1.一种示功仪位移检测系统，其特征在于包括抽油机机架、待检测示功仪、线性张紧装置和牵引件，在抽油机机架上设有能够跟随待检测示功仪的上下运动而不断的拉伸和收缩牵引件的线性张紧装置，在线性张紧装置上设有转动部，在待检测示功仪上设有拉力传感器，牵引件的一端与待检测示功仪上的拉力传感器连接，牵引件的另一端与线性张紧装置的转动部连接。

2.根据权利要求1所述的示功仪位移检测系统，其特征在于线性张紧装置包括转轴、上隔板和下隔板，上隔板固定设置在抽油机上，在上隔板与下隔板之间设有至少2个弹簧，弹簧的一端与上隔板连接，弹簧的另一端与下隔板连接；在下隔板上设置有齿条固定装置，在齿条固定装置上设置有齿条，转动部设置在转轴上，转动部的外端连接有与齿条相匹配的齿轮。

3.根据权利要求1所述的示功仪位移检测系统，其特征在于线性张紧装置包括转轴和发条，转轴设置在发条的内侧，发条的外侧设置有齿轮，转动部固定设置在齿轮的一侧。

4.根据权利要求1或2或3所述的示功仪位移检测系统，其特征在于牵引件为耐磨、柔韧的细绳。

5.根据权利要求1或2或3所述的示功仪位移检测系统，其特征在于还设有定滑轮，定滑轮与牵引件滑动连接。

6.根据权利要求1或2所述的示功仪位移检测系统，其特征在于弹簧的形变与齿轮的转动周长比为1:10。

7.一种示功仪位移检测方法，其特征在于包括如下步骤：

提供一种示功仪位移检测系统，该示功仪位移检测系统为权利要求2所述的示功仪位移检测系统；

提供一个定滑轮，将定滑轮固定在地面上；

将示功仪位移检测系统的线性张紧装置安装在抽油机机架上，将线性张紧装置内的细绳拉出来穿过定滑轮与待检测示功仪的拉力传感器连接；

抽油机运行过程中，获取拉力传感器采集到的拉力值F，获取弹簧的弹性系数K，获取待检测示功仪上显示的位移值并记作位移显示值A；

将拉力值F和弹性系数K输入公式X=F/K，通过计算得到示功仪的位移测量值X。

8.根据权利要求7所述的示功仪位移检测系统，其特征在于将位移测量值X和位移显示值A进行比对，判断误差是否在允许的范围之内。

9.一种示功仪位移检测方法，其特征在于包括如下步骤：

提供一种示功仪位移检测系统，该示功仪位移检测系统为权利要求3所述的示功仪位移检测系统；

提供一个定滑轮，将定滑轮固定在地面上；

将示功仪位移检测系统的线性张紧装置安装在抽油机机架上，将线性张紧装置内的细绳拉出来穿过定滑轮与待检测示功仪的拉力传感器连接；

抽油机运行过程中，获取拉力传感器采集到的拉力值F，获取发条的弹性系数K，获取待检测示功仪上显示的位移值并记作位移显示值A；

将拉力值F和弹性系数K输入公式X=F/K，通过计算得到示功仪的位移测量值X。

10.根据权利要求9所述的示功仪位移检测系统，其特征在于将位移测量值X和位移显示值A进行比对，判断误差是否在允许的范围之内。