油井下管作業數據錄取儀的製作方法

2023-12-10 14:29:42 1

專利名稱：：油井下管作業數據錄取儀的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及鑽井的設備，尤其涉及井眼的鑽進和下套管同時進行作業的油井下管作業數據錄取裝置。用於配合連續油管作業機工作。
背景技術：
：在現有技術中，連續油管及其操縱設備稱為連續油管作業機。目前連續油管技術的應用已從單純的修井作業發展到鑽井、完井、測井以及增產作業等領域。連續油管是由若干段長度在百米以上的柔性管通過對焊或斜焊工藝焊接而成的無接頭連續管，長度一般達幾百米至幾千米，又被稱為撓性油管、蛇形管或盤管。連續油管作業機的一項基本工作是往油井中下管。在下管過程中，了解各種狀態參數對於作業機的正常工作至關重要，由於影響因素眾多，往往要對油管拉直力、動態提升力、動態推送力、靜態提升力、注水壓力、注水溫度、下管距離、下管速度和相對滑動量等諸多參數進行檢測和記錄，因此需要相應的設備來輔助下管作業。目前國內尚未見同類系統或產品問世，進口設備只具備下管距離等個別參數的檢測功能，尚不能滿足現場的實際需求，因此研製和開發此設備已勢在必行。
發明內容本實用新型的提出，旨在提供一種油井下管作業數據錄取裝置，用於輔助連續油管作業機工作。本實用新型的技術解決方案是這樣實現的一種油井下管作業數據錄取儀，包括上位PC機，其中裝有油管參數採集系統軟體，其特徵在於還包括主控儀表和外掛顯示器，主控儀表通過串口與上位PC機實現通信；所述的主控儀表由C8051F020單片機構成，片內含12位A/D轉換器，並通過傳感器接口、外掛顯示器接口和串行通訊接口分別與模擬量傳感器、數字量傳感器、數據存儲器以及外掛顯示器和上位PC機保持電連接，分時接收6路模擬信號和2路光電編碼器信^，經過分析處理，完成下管作業的油管拉直力、動態提升力、動態推送力、靜態提升力、注水壓力、注水溫度、下管距離、下管速度和相對滑動量9個參數的採集，並通過SMBUS串行總線存入擴展的lt存儲器，同時送入液晶顯示器和外掛顯示器；8個按鍵信號則通過並行口傳送到所述的單片機控制器。所述的外掛顯示器由89C51單片機構成，通過RS-485接口長線傳輸方式與主控晶片C8051F020連接；外掛顯示器的14位LED顯示塊在所述C8051F020的控制下接收並顯示。所述的2路光電編碼信號來自於裝在井下油管不同位置的兩組光電編碼器，信號經RS422接口和SN55182電平轉換電路轉換後送入89C2051接收機和89C2051處理機處理並定時傳送給主控制晶片C8051F020。所述的6路模擬量信號來自於模擬量傳感器，經l:1隔離放大器接入A/D轉換器，將輸入的420mA標準信號再轉換為02.4V電壓信號送入主控制晶片C8051F020。與現有技術相比較，本實用新型的優點是顯而易見的，主要表現在智能化程度高，既能檢測直接測量量又能檢測間接測量量，用於輔助連續油管作業機，提高了作業的自動化程度和效率。圖1是本實用新型的總體結構示意圖2是木實用新型的主控儀表的結構框圖3是光電編碼器接收電路結構框圖4是外掛顯示器電路結構框圖5是下管距離與相對滑動量的測量原理示意圖6是光電編碼器輸出A、B兩相脈衝的時序圖7是光電編碼器接收電路圖8是外掛顯示器電路示意圖9模擬信號輸入電路圖。具體實施方式如圖1圖8所示。一種油井下管作業數據錄取儀，其特徵在於由主控儀表、外掛顯示器和上位PC機組成。整個裝置以單片機為控制器，採用多CPU方式。在主控儀表中，C8051F020單片機為控制器，參見圖2所示的主控儀表結構組成。C8051F020通過片內A/D分時接收6路模擬傳感器信號、通過並行口接收2路光電編碼器信號，能夠完成下管作業中的油管拉直力、動態提升力、動態推送力、靜態提升力、注水壓力、注水溫度、下管距離、下管速度、相對滑動量等九個參數的採集；測量數據分析處理後通過SMBus串行總線存入擴展的I2C存儲晶片中，並同時送液晶顯示器和外掛顯示器顯示。單片機每隔1秒採集一次數據，每隔5秒存儲一次數據。8個按鍵信號則通過並行口傳送到控制器。作業結束後，由通訊電纜將筆記本電腦與該裝置相連，通過軟體控制，測量數據轉存到計算機中保存，並可進一步分析處理。由於外掛顯示器和安裝在現場的光電編碼器與主控儀表有一定距離，為保證信號可靠傳輸，均採用長線傳輸方式，接收電路中均由各自的單片機進行控制。圖3所示為光電編碼器接收電路框圖，選用了RS-422接口方式，兩路增量型光電編碼器的三相脈衝信號，經SN55182電平轉換電路轉換後，由89C2051(接收)單片機負責接收，由89C2051(處理)單片機負責處理並定時傳送給主控制器C8051F020。實際電路見圖7。圖4為外掛顯示器電路框圖，外掛顯示器通過RS-485接口方式接收主控制器C8051F020的顯示命令和數據。由89C51單片機控制接收和顯示驅動。外掛顯示器有兩行共14位顯示塊，其中一位顯示的具體電路見圖8。該裝置檢測的模擬量參數有6項，經傳感器及測量電路轉換後，利用C8051F020單片機內部的12位A/D進行模/數轉換。輸入的模擬信號為420毫安電流信號，經過電位器轉換成02.4V電壓信號，該信號並不直接進入單片機進行處理，而是先經過一個l:l的隔離放大器，再接入單片機的A/D轉換環節。由於該放大器的反饋電阻很高，限制了前端輸入電流。可以防止二線制傳感器發生故障時，對單片機的損壞。具體電路見圖9。為了使單片機掌握測量信號是否超限，將輸入420毫安電流信號，對應電位器輸出02.4V電壓信號，調整為021毫安電流信號，對應電位器輸出02.4V電壓信號，裝置對傳感器的非正常工作狀態(傳感器輸出在正常量程420毫安以外)具有診斷功能，並可通過液晶顯示器提示報警。在要求的九項測量參數中，除注水溫度和注水壓力為直接測量量外，其餘均為間接測量量。需要與作業機結構結合，設計合理的傳感器安裝方案及測量方法，進行有關的計算，才能獲得相關參數。以下管距離和相對滑動量測量為例，如圖5所示。下管注入頭的驅動輪帶動油管下移，與驅動輪同軸的光電編碼器2同步轉動；光電編碼器l則與從動輪同軸，作業機往油井內推送油管時，移動的油管帶動光電編碼器1轉動，由光電編碼器1輸出的脈衝數可間接獲得油管移動的距離；由兩個光電編碼器輸出的脈衝數值差可以判斷下管注入頭的驅動輪是否打滑。由於下管機工作時，有下管和提管兩種情況，所以對光電編碼器的輸出信號需要辨向。利用並行口接收編碼器輸出A，B兩相脈衝的電平信號，並將A，B兩相脈衝的電平信號編碼。參見圖6所示的編碼器輸出A、B兩相脈衝時序圖。把一個脈衝周期分成四份tlt4，讀取的四種狀態如表l所示tableseeoriginaldocumentpage6表1編碼器輸出狀態根據相鄰兩次採集到的狀態比較，可以立即分辨編碼器的轉動方向。該裝置的工作過程如下打開電源後，液晶顯示器顯示初始界面和操作提示。作業人員只需根據需要和提示進行操作。通常操作人員會有兩種選擇啟動作業或者數據通訊。如按下"啟動"按鈕後，作業開始。液晶顯示器開始動態顯示各作業參數的值，結果均保留一位小數。由於共有九個參數需要顯示，可以通過"主屏"、"副屏"按鈕隨意切換顯示。整個操作過程中可根據需要按"暫停"按鈕暫停作業，再次按"暫停"按鈕則恢復作業。作業結束可按"停止"按鈕停止作業。此時也可按"通訊"鍵與上位機進行數據通訊。如果作業過程中出現"死機"等異常情況，可按"復位"鍵使系統恢復正常工作狀態。復位後，顯示畫面會出現進一步的操作提示，既可按"啟動"鍵選擇重新開始作業，又可按"隱含"鍵選擇繼續復位前的作業，還可按"通訊"鍵上傳數據。如需與上位機傳輸數據，須在通訊前連接好通訊線，並將上位機的"油管作業參數採集系統"軟體準備好，建立好新的資料庫，記錄此次作業的操作情況，等待儀表開始通訊，每次通訊的時間一般很短。管理人員可利用"油管作業參數採集系統"應用軟體進行數據管理和分析工作。所有工作結束後，關斷電源即可。外掛儀表為現場外掛顯示儀表，連接好與主儀表接口後，直接受控於主儀表，不需任何自主操作。作業開始後，外掛顯示器自動開始顯示該儀表其同步顯示"下管距離"和"下管速度"兩個參數。權利要求1、一種油井下管作業數據錄取儀，包括上位PC機，其中裝有油管作業參數採集系統軟體，其特徵在於還包括主控儀表和外掛顯示器，主控儀表通過串口與上位PC機實現通信；所述的主控儀表由C8051F020單片機構成，片內含12位A/D轉換器，並通過傳感器接口、外掛顯示器接口和串行通訊接口分別與模擬量傳感器、數字量傳感器、數據存儲器以及外掛顯示器和上位PC機保持電連接，分時接收6路模擬信號和2路光電編碼器信號，經過分析處理，完成下管作業的油管拉直力、動態提升力、動態推送力、靜態提升力、注水壓力、注水溫度、下管距離、下管速度和相對滑動量9個參數的採集，並通過SMBUS串行總線存入擴展的I2C存儲器，同時送入液晶顯示器和外掛顯示器；8個按鍵信號則通過並行口傳送到所述的單片機控制器。2、根據權利要求1所述的油井下管作業數據錄取儀，其特徵在於所述的外掛顯示器由89C51單片機構成，通過RS-485接口長線傳輸方式與主控晶片C8051F020連接；外掛顯示器的14位LED顯示塊在所述C8051F020的控制下接收並顯示。3、根據權利要求1所述的油井下管作業數據錄取儀，其特徵在於所述的2路光電編碼信號來自於裝在井下油管不同位置的兩組光電編碼器，信號經RS422接口和SN55182電平轉換電路轉換後送入89C2051接收機和89C2051處理機處理，並定時傳送給主控制晶片C8051F020。4、根據權利要求1所述的油井下管作業數據錄取儀，其特徵在於所述的6路模擬量信號來自於模擬量傳感器，經l:1隔離放大器接入A/D轉換器，將輸入的420mA標準信號再轉換為02.4V電壓信號送入主控制晶片C8051F020。專利摘要本實用新型公開了一種油井下管作業數據錄取儀，包括上位PC機，其特徵在於還包括主控儀表和外掛顯示器，主控儀表通過串口與上位PC機實現通信；所述的主控儀表由C8051F020單片機構成，片內含12位A/D轉換器，並通過傳感器接口、外掛顯示器接口和串行通訊接口分別與模擬量傳感器、數字量傳感器、數據存儲器以及外掛顯示器和上位PC機保持電連接，分時接收6路模擬信號和2路光電編碼器信號，經過分析處理，完成下管作業的油管拉直力、動態提升力、動態推送力、靜態提升力、注水壓力、注水溫度、下管距離、下管速度和相對滑動量9個參數採集，並通過SMBUS串行總線存入擴展的I2C存儲器，同時送入液晶顯示器和外控顯示器。文檔編號E21B47/00GK201193518SQ20082001147公開日2009年2月11日申請日期2008年3月6日優先權日2008年3月6日發明者萍李,李亞榮,立許申請人:大連交通大學