毕业论文-动液面监测系统研究Word文档下载推荐.doc
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测距
Abstract
Intheprocessofoilexploitation,thewellneedsirregulardetectionoftemperature,pressure,workinglevelandotherparameterstomonitoraproductionprocess.Theworkinglevelisanimportantparameter.Traditionalworkinglevelmeasurementbythemanualoperationandartificialsignalinterpretation.Datacollationandcalculationarecomplicatedwithbigerror,lowdegreeofautomationandlowefficiency.Thispaperanalyzesthetraditionalworkinglevelmeasurementcomparedtothenewmeasurementsystem,andstudiestheworkinglevelmeasurementdetailedsteps.ThehardwareandsoftwareoftheultrasonicrangeisdesignedbasedonSTC89C52tosimulatetheworkingleveldetectionsystem.First,theoverallschemeofthesystemisdesignedwithmoduledesignmethod,includingcontrolmodule,dataacquisitionmodule,displaymoduleetc.Thesoftwareconsistsofmainprogram,presetsubroutine,launchedsubroutine,receivesubroutine.displaysubroutineandsoon.Finally,debuggingthesystemandthesystemimplementsthefunctionsofranging.
Keywords:
Workinglevel;
Oilwell;
Distancemeasurement
目录
第1章绪论 1
1.1课题的来源及意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.3研究内容 3
第2章动液面测量基础 4
2.1液位测量方法 4
2.2数字仪表 5
2.3动液面测量系统及研究内容 6
2.4超声波测距模拟动液面检测系统 8
2.5本章小结 9
第3章系统硬件设计 10
3.1控制器模块设计 10
3.2显示模块设计 14
3.3A/D转换模块设计 16
3.4报警电路模块设计 17
3.5系统总电路图 18
3.6本章小结 19
第4章系统的应用软件设计 20
4.1STC89C52单片机调试及开发工具 20
4.2主程序流程 20
4.3数码管显示驱动程序 21
4.4中断程序 22
4.5定时器初始化子程序 22
4.6A/D转换程序 23
4.7本章小结 23
第5章系统调试 24
5.1安装keil软件 24
5.2程序调试 29
5.3调试成果 33
5.4本章小结 34
结论 35
参考文献 36
致谢 37
附录 38
I
东北石油大学本科毕业设计(论文)
第1章绪论
1.1课题的来源及意义
油田在开采初期,油井主要依靠原始的地层能量,利用原始地层压力进行自喷开采。
在开采过程中,地层能量逐渐减低,油井必须依靠人工开采的方式将原油从地层举升至地面。
在利用人工举升方式进行生产的过程中,需要了解油井的参数,来分析判断油井的工作情况,其中动液面深度是一个非常重要的参数。
油井动液面一般采用根据声波反射原理的回声仪测量。
以往使用的回声仪都是将微音器得到的回声波信号经过放大、滤波之后打在纸带上,然后进行人工分析。
这种方法会由于指针的灵敏性和外界的干扰造成分辨率低、不易辨识等问题。
随着电子技术,特别是计算机技术的发展,可以设计一定的电路,将微音器得到的回声波信号经过放大、滤波之后经过模/数转换成为数字化信号,记录和存储在计算机上来进行分析和解释。
对测量动液面反射声波的数字化有着很多的优点。
第一,经过模/数转换的数字化,信号的分辨率得到了提高,不再受到纸带分辨率差的限制。
第二,计算机可以利用回声波数据进行自动、实时处理得到油井动液面深度。
第三,计算机可以经过编程实现无人值守操作,自动对油井动液面深度进行测量,提高了安全性和工作效率。
油井动液面深度从井口到数千米不等,油井的井身轨迹并不是严格地竖直,会出现弯曲,从而使声波传播过程中受到影响。
随生产的进行,油井压力和温度都会发生变化,井中的各种流体、固体随着温度和压力的变化而有状态和性质的变化,因此油井的油套环空中的状态是复杂的,复杂的情况容易使动液面的测量出现一些干扰。
除去油井的井身轨迹对动液面测试的影响,油套环空中影响动液面测量的因素可以分为两类,一类是油套环空通道形状变化的影响,如:
死油帽子、稠油、泡沫油、结蜡、油管柱变径和井身轨迹等因素的影响。
另一类是噪音的影响,如:
井下潜油电机转动、抽油杆运动造成机械振动产生的噪声的影响等[1]。
环空中出现的死油对声波法动液面测试影响严重。
由于重力分异,在泵吸入口以上充满了密度小的原油,当环空中的动液面较高时,动液面距离产出油层位置较远,温度降低,当温度降低到原油的凝固点以下时,原油会凝固,形成一个死油帽子,用声波法测油井动液面时,这个死油帽子会反射声波,造成真实的动液面无法辨识。
目前国内液位测量系统的生产采用引进加仿制的方法来开发。
近些年来,国内有许多家公司和科研机构陆续推出了自行研发的动液面测量仪器,其精度也日益提高。
而进口的动液面测量系统功能齐全,精度也相对较高,但是其价格比较昂贵,而且维修起来也不是十分方便,对于小型用户来说并不是理想的选择,国内自行研究生产的液位测量系统价格相对便宜,但精度相对不高,且功能单一。
现在的动液面测量方式一般分为两类,接触式测量仪表与非接触式测量仪表。
接触式测量仪表由于其敏感元件与被测液体直接接触,而且多数存在传动部件,因此在使用过程中,或多或少的存在一些精度较低、维护开销大或使用寿命较短的弊病。
而非接触式测量仪表其敏感元件不与被测液体直接接触,而且一般不存在可动部件,测量精度高且在使用过程中对维护的要求比较低,特别是可以适应一些相对恶劣的环境的测量。
因此非接触式的动液面测量系统是动液面测量方面的必然发展趋势[2]。
1.2国内外研究现状
传统的动液面测量方法均是由人工操作发声设备发射声波,通过分析所得回波曲线,确定节箍波数目以及液面回波的位置,将其代入计算公式中得到动液面值。
显然,这种测量方法是比较落后的,并且测量误差大、效率低[3]。
如何能使螺杆泵稳定工作?
这是国内外一些学者正在研究的问题,而动液面的测量就是研究的一个重要方面,其目的就是要提高采油率。
目前,在这方面也取得了一定的成果。
有几家公司已经做出了自己的产品,包括井岗山仪表厂、江汉石油管理仪表厂等。
其中,井岗山仪表厂生产了ZJY-1型液面自动监测仪以及CJ型回声仪。
ZJY-1型液面自动监测仪可用于抽油井环形空间液面和套压,按一定的时间间隔程序进行定时自动监测,为抽油井进行不稳定试井提供基础数据。
其液面测深范围为10~2000m,该测量系统体积大,比较重。
CJ型系列产品有:
CJ-1型、CJ-2型、CJ-3型三种。
CJ-1型与CJ-2型只是一处仪表(井口装置即声响发生器)不同而已,CJ-1型配备声弹击发式,CJ-2型配备气枪式;
而CJ-3型的仪表小型化,仪表结构与CJ-1型不同而原理相同。
CJ-1型的最大测井深度为3000m,CJ-2型和CJ-3型的最大测井深度为2500m。
此系列产品是以美国生产的D-6B2型回声仪为样机仿制而成,其结构原理、功能及操作方法等与D-6B2型回声仪相同。
这类产品由记录笔记录节箍波及液面波,不能直接显示液位值。
江汉石油管理仪表厂推出SH3型回声仪,其可测量深度为1500~2000m。
该产品采用声弹发生装置,由记录仪和井口装置组成,通过记录曲线上的节箍波数目计算液位深度,自动化程度低,误差大。
国内生产的这些产品价格相对国外要低,但都存在自身的缺点,测量精度不如进口设备,且不能实现闭环控制[4]。
国外生产的动液面测量系统与国内相比,技术比较成熟,误差小,但是价格偏高且不便于维修。
1.3研究内容
(1)动液面测试系统总体方案研究与设计。
根据目前国内油田使用的动液面测试系统存在的缺点进行分析,提出总体的设计方案。
(2)动液面测试系统的硬件设计。
选择型号为STC89C52的单片机为电路的核心,硬件电路包括电源电路、信号输入和滤波电路、CPU、数码管显示模块以及TTL转RS232电路等,主要实现声波发射、数据采集、数据处理、界面显示及远程通讯等功能。
(3)动液面测试系统的软件设计。
设计软件整体框架,存储油井测量数据。
采用数码管显示结果,通过判定所得动液面值的异常情况,选择合理的工作制度,实现闭环控制。
按照设计思路完成程序的编写。
(4)通过采样数据验证数据处理程序的可行性。
第2章动液面测量基础
2.1液位测量方法
液位属于物位中的一种,是指密封容器(池子)或开口容器(池子)中液位的高低。
液位测量就是通过检测液面两侧物质的特有性质,或者是一些相同的物理参数(例如电阻、电容、电感、差压以及声速和光能等)在液面两侧所发生的变化,从而确定液位的方法。
在现实生活中,测量液位是比较常见的。
针对不同情况和用途,仅传统的液位测量方法就有20多种。
从大类上可将其归为两类,即连续测量和位式测量。
在石油行业一般使用连续测量[5]。
2.1.1动液面测量方法
油田上用于动液面测量的方法主要有浮筒法、压力计探测法和回声法三种。
浮筒法利用浮筒测量动液面深度,因其受到自身重量和体积的限制,只适合在环空井和敞开井中使用。
浮筒法操作简单、方便,但在测量时井中的环形空间不能有压力。
压力计测量法通过压力数据计算动液面值,在所有油井中都能够使用,并且测量结果比浮筒法准确。
但这种测量方法存在停点选择的问题,测量工期长,操作比较麻烦且对操作人员的技术水平要求很高。
回声法测量液面操作简单、方便,成本较低,且不需要把测量仪器放到油井中,适合抽油井在不停产的情
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