基于间接测量的油井示功图远程监测系统

论文摘要

抽油机采油是目前石油开采过程中最重要的环节之一,抽油机的工况直接影响到油田的产油量,分析示功图是判断抽油机工况的基本方法。现有的示功图直接测量法存在传感器损坏频繁、工序复杂等不足,使得油田只得通过十分落后的人工定期巡检的方式监测油井示功图,这已不能满足油田自动化生产、管理的需要。对油井工况进行实时远程监控和改进示功图测量方法都成为油田生产自动化领域的重要课题。本文针对目前存在的测量方法的弊端,在对抽油机机械特性以及拖动电机工作特性进行分析的基础上,进行了详细的计算方法分析,提出了通过转速法与抽油机的机械特性曲线相结合来实现抽油机示功图间接测量的方法,延长了仪表寿命,免去了现有方法在检修载荷传感器时频繁停机所造成的损失,也为示功图远程监测的实现提供了基础支持。由于油井数量众多,分布于广阔且复杂地理环境中,本文从先进性、实用性、经济性等多方面综合考虑,提出了基于GPRS网络传输的油井示功图远程监测系统,监控中心通过一条APN专线接入移动公司GGSN网关,通过专用APN专网可以给所有示功图采集现场监测点及监控中心分配APN专网内部固定IP,此方案在实时性、安全型和稳定性方面与常用的传输方式相比都有一定优势。为了实现本文所提出的间接测量方法以及远程监测方案,设计了油井现场监测系统,并完成了测量终端主控板的软硬件设计。本文最后给出了远程测量终端在工作过程中遇到的问题及其解决方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究的目的和意义
• 1.4 论文的整体工作
• 2 抽油机示功图间接测量方法分析
• 2.1 抽油机工作特性分析
• 2.1.1 游梁式抽油机的工作原理
• 2.1.2 抽油机机械特性
• 2.1.3 抽油机拖动电动机的运行状态
• 2.2 示功图计算方法分析
• 2.2.1 转速法测电机输出功率
• 2.2.2 示功图的计算过程
• 3 油井示功图监测系统总体设计
• 3.1 远程监测系统体系结构
• 3.2 远程监测系统现场部分
• 3.3 GPRS技术
• 3.3.1 GPRS网络简介
• 3.3.2 GPRS网络的结构
• 3.3.3 AT指令
• 3.4 MODBUS现场总线
• 3.4.1 MODBUS协议简介
• 3.4.2 MODBUS网络组成
• 3.4.3 MODBUS传输方式
• 3.4.4 MODBUS数据校验方式
• 4 远程监测终端硬件设计
• 4.1 C8051F020单片机主控板
• 4.1.1 主控芯片简介
• 4.1.2 JTAG调试接口
• 4.1.3 A/D接口
• 4.1.4 电源电路
• 4.1.5 日历时钟电路
• 4.1.6 键盘电路
• 4.1.7 开关量/脉冲量接口
• 4.1.8 串行通信接口
• 4.2 外围参数采集模块
• 4.2.1 行程开关监测模块
• 4.2.2 电机转速测量外围模块
• 4.2.3 光杆载荷传感器
• 4.2.4 电参数测量模块
• 4.3 GPRS模块
• 5 远程监测终端软件设计
• 5.1 主程序
• 5.2 芯片初始化子程序
• 5.3 特性曲线计算程序
• 5.4 图采集程序
• 5.4.1 数据采集程序
• 5.4.2 示功图计算程序
• 5.5 MODBUS协议栈子程序
• 5.6 GPRS通讯程序
• 5.6.1 SIM300初始设置
• 5.6.2 通过SIM300发送数据流程
• 5.6.3 GPRS接受命令流程
• 5.7 键盘处理子程序
• 5.7.1 键盘扫描去抖程序
• 5.7.2 密码输入子程序
• 5.7.3 参数设置程序
• 6 实验分析
• 结论
• 参考文献
• 附录A 主控板电路图（1）
• 附录B 主控板电路图（2）
• 附录C 主控板电路图（3）
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢