[发明专利]一种油井动液面软测量方法及装置

权利要求书

1.一种油井动液面的软测量装置，其特征是包括：抽油机驱动电机电参量采集单元、抽油机驱动电机电参量处理单元和输出执行单元；其中：

所述抽油机驱动电机电参量采集单元由三相电压检测模块、三相电流检测模块、游梁倾角测量模块和遥信检测与闭锁模块组成；

所述抽油机驱动电机电参量处理单元由单片机系统模块、DSP系统模块、CPLD逻辑与组合系统模块、模拟信号调理电路模块、数字信号调理电路模块、串行通信模块、液晶显示模块和键盘模块组成；

所述输出执行单元由光电耦合器和控制输出模块组成；

所述三相电压检测模块、三相电流检测模块、游梁倾角测量模块的输出端分别接入所述抽油机驱动电机电参量处理单元内的所述模拟信号调理电路模块的输入端，所述遥信检测与闭锁模块的输出端接入所述抽油机驱动电机电参量处理单元内所述数字信号调理电路模块的输入端；

所述模拟信号调理电路模块的输出端接至所述DSP系统模块的输入端，所述数字信号调理电路模块的输出端接至所述CPLD逻辑与组合系统模块，所述DSP系统模块通过标准SPI总线与所述单片机系统模块相连，同时通过通用并行输入输出口与所述CPLD逻辑与组合系统模块相连，所述单片机系统模块通过通用并行输入输出口和所述CPLD逻辑与组合系统模块相连，所述串行通信模块通过第一个磁耦合器模块隔离后与所述单片机系统模块内嵌的UART串行口相连，所述键盘模块的输出端经第三个磁耦合器模块隔离后与所述CPLD逻辑与组合系统模块的输入端相连，所述CPLD逻辑与组合系统模块的显示输出端经第二个磁耦合器模块隔离后与所述液晶显示模块的输入端相连；

所述控制输出模块通过所述光电耦合器隔离后与所述CPLD逻辑与组合系统模块的输出端相连。

2.一种油井动液面的软测量方法，其特征是包括以下的实施步骤：

步骤一、通过油井动液面软测量装置的三相电压检测模块和三相电流检测模块采集抽油机驱动电机的瞬时电压值u_ai(t)、u_bi(t)、u_ci(t)和瞬时电流值i_ai(t)、i_bi(t)、i_ci(t)，由安装于抽油机游梁处的游梁倾角测量模块测量游梁前臂与水平线X夹角的游梁倾角Ω_i对应的电流值I_si(t)，由油井动液面软测量装置的DSP系统模块计算获得驱动电机输入的实时合相有功功率值p_i(t)、游梁倾角Ω_i，再由平均有功功率定义计算获得驱动电机输入平均有功电功率值P_i，其中下标a、b、c分别表示三相交流电制中的a相、b相、c相电，下标i表示一个冲程周期内第i个采样点，i＝1,2,3…；

步骤二、由DSP系统模块计算获得游梁倾角Ω_i的变化周期T,因游梁倾角Ω_i的变化周期就是抽油机冲程周期，故冲程周期也为T，由油井动液面软测量装置的单片机系统模块根据公式(1)计算扭矩因数

其中，

在公式(1)、(2)、(3)中，A为抽油机游梁前臂的长度、C为抽油机游梁后臂的长度、R为曲柄半径、P为连杆长度、K为极距：减速器输出轴中心到游梁支承中心的距离、K₂为垂足O₂到减速器输出轴中心O的距离、K₃为横梁轴承中心B到极距的距离、K₄为横梁轴承中心B到减速器输出轴中心O的距离、H为游梁支承中心到减速器输出轴中心的垂直距离、I为游梁支承中心到减速器输出轴中心的水平距离，β₂为B、O连线与R之间的夹角；

步骤三、由油井动液面软测量装置的单片机系统模块根据公式(4)计算抽油机悬点载荷

公式(4)中，W_i表示某个冲程周期悬点载荷的第i个采样点，i＝1,2,3…,η为驱动电机效率、η_E是驱动电机到曲柄轴的传动效率、m是指数、l_b是游梁平衡重重心到游梁支承中心的距离、Q_b是游梁平衡重重量、B为结构不平衡重，m由驱动电机的输出转矩M_di确定，M_di由油井动液面软测量装置的单片机系统模块根据公式(5)计算，n_m为驱动电机轴转速，当驱动电机型号、减速器输出轴转速和抽油机型号确定时，这些参数就是确定和已知的，

步骤四、由油井动液面软测量装置的单片机系统模块根据公式(6)和公式(7)计算k个周期上、下冲程平均悬点载荷W_av上、W_av下，n_上、n_下分别为上、下冲程采样点数，W_ij表示第j个冲程周期的抽油机悬点载荷W_i，j＝1,2,3，…，k；

步骤5、由油井动液面软测量装置的单片机系统模块根据公式(8)计算出油井该时间点的动液面深度L_d，

其中，ρ₀为油井液体密度、g为重力加速度、A_p为柱塞截面积，当抽油泵型号确定时，这些参数就是确定和已知的。