潜油电泵井下监测系统

论文摘要

潜油电泵机组是油田开发的重要机械采油设备,具有排量大、扬程高等特点,其作用是将井下的液体抽送到地面。潜油电泵井下多元测试装置监测井下潜油电泵机组运行状况,对于随时了解油井的生产动态,结合各种生产数据,通过分析及时掌握油井压力、产量和含水的变化情况,采取适当的措施,达到最佳的开采效果具有重要意义。本文设计的潜油电泵井下测试装置测量的参数包括入口压力、电机温度、入口温度、出口压力、振动和泄漏电流六个参数。系统主要分为两部分:井下数据采集系统与井上数据处理系统。井上系统与井下系统之间的数据通过电机三相电缆进行传输,而不需额外电缆。针对电力线载波通信在变频情况下不可靠及设计复杂的缺点,提出了基于模拟电流环的数据传输方法。最后通过实验证明该方法不仅设计简单而且传输可靠有效。井下数据采集单元是该系统的核心,主要分为两个部分:传感器数据采集以及信号调理电路、电压电流转换电路。考虑到整体结构的大小,将其分布于两块独立的电路板上。由于对实时性的要求不高,本测试系统采用分时测量的方法测量井下各参数,将测量信号经过信号调理、电压电流转换后通过模拟电流环进行传输。实验结果显示,各传感器模块性能指标符合要求。井上数据处理单元也主要分为两部分:数据处理部分、井下供电部分。由于数据计算并不复杂,而对外围的接口需求较多,因此井上数据处理单元采用NXP公司的ARM7(LPC2378)作为系统的主处理器。LPC2378主要负责数据的处理、存储、传输、显示;同时还负责用户交互以及系统保护。井上数据处理单元通过一个采样电阻将电流信号转变成电压信号,然后转换为数字信号送给LPC2378。另一方面,井上单元通过一个三相人工星型连接电抗给井下数据采集单元供电。在详细设计系统的软硬件之后,通过进一步的实验测试系统各方面的性能指标。测试结果表明,系统已经基本符合应用要求。论文的研究成果对石油开采的发展有一定促进意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 潜油电泵系统概述
• 1.2 潜油电泵井下工况测试装置
• 1.2.1 潜油电泵井下测试工艺
• 1.2.2 国外发展现状
• 1.2.3 国内发展现状
• 1.3 发展趋势及展望
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 系统总体设计
• 2.1 系统总体功能及性能指标
• 2.2 系统总体结构图及功能划分
• 2.3 单板逻辑框图
• 2.3.1 井下数据采集系统逻辑框图
• 2.3.2 井上数据处理系统逻辑框图
• 2.4 系统关键技术
• 2.4.1 井下供电方式
• 2.4.2 数据传输方式
• 2.5 本章小结
• 第3章 井下数据采集系统
• 3.1 测量电桥
• 3.1.1 电桥概念及分类
• 3.1.2 测量电桥工作原理
• 3.2 传感器选择
• 3.2.1 温度传感器
• 3.2.2 压力传感器
• 3.2.3 振动传感器
• 3.2.4 泄漏电流测量
• 3.3 井下数据采集系统硬件电路设计
• 3.3.1 压力测量与调理电路
• 3.3.2 入口温度测量与调理电路
• 3.3.3 电机温度测量与调理电路
• 3.3.4 电机振动的测量与调理电路
• 3.3.5 时序控制电路设计
• 3.3.6 电压电流转换部分
• 3.3.7 电源部分的设计
• 3.3.8 DC/DC反激变换器
• 3.3.9 井下系统2500V绝缘测试
• 3.4 井下数据采集系统软件设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 井上数据处理系统
• 4.1 井下系统120V供电
• 4.2 井下供电电压输出控制
• 4.3 A/D采样设计
• 4.4 ARM控制器外围电路
• 4.4.1 ARM系统电源电路
• 4.4.2 RS232 接口电路
• 4.4.3 USB接口电路
• 4.4.4 SD卡接口电路
• 4.4.5 液晶模块接口电路
• 4.5 井上数据处理系统软件设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 系统实验研究
• 5.1 井下120V供电电压
• 5.2 温度测量
• 5.3 压力测量
• 5.4 振动测量
• 5.5 系统时序
• 5.6 分时测量输出
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢