CN107575211A - 一种抽油机示功仪的在线标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种抽油机示功仪的在线标定方法。所述方法包括：手持终端通过抽油机控制器控制抽油机的开启与停止，控制待标定示功仪和标准示功仪同时测量抽油机的下行程静载、上行程静载、示功图数据以及示功图数据中的最大载荷、最小载荷和最大位移，分别计算待标定示功仪和标准示功关于上述参数的测量误差，并根据所述测量误差的大小判断待标定示功仪的载荷传感器和位移传感器是否产生漂移，如果产生漂移计算标定参数，并将标定参数发送到待标定示功仪，待标定示功仪根据标定参数进行标定。本发明实现了对示功仪载荷传感器和位移传感器的在线自动标定，简化了操作过程，提高了示功仪的测试精度。
Description
技术领域
本发明属于石油仪器仪表标定技术领域，具体涉及一种抽油机示功仪的在线标定方法。
背景技术
有杆抽油系统光杆示功图(以下简称示功图)反映了有杆抽油系统的工作信息，是整个系统工作状态分析、判断、决策的主要依据。示功图也是自动计算单井产量的主要原始信息。在同步测量悬绳器悬点的载荷和位移的基础上，建立载荷和位移之间的关系，就可以得到示功图。用于测量示功图的装置称为示功仪。示功仪一般由安装在抽油机悬绳器处的载荷传感器和位移传感器，以及信号数据处理单元及通信模块等组成。有单独用于测量示功图的示功仪，也有载荷传感器和位移传感器与抽油机系统的控制器一起构成的等效示功仪。
载荷传感器和位移传感器在使用中，由于受温度变化和长期负载等因素影响引起仪表漂移。载荷传感器和位移传感器的精度及其稳定性直接影响示功图的精度，以及油井生产信息的准确性，进一步影响油井管理的科学决策。由于现场标定非常困难，一般都是卸下载荷传感器和位移传感器送标定中心进行检测校准，校准后再将传感器装回。这种做法既费时费力，又影响油田生产效率。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种抽油机示功仪的在线标定方法，能够对载荷传感器和位移传感器进行在线标定。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种抽油机示功仪的在线标定方法，包括以下步骤：
手持终端控制抽油机控制器，使抽油机分别在下行程死点位置和上行程死点位置停机，并控制待标定示功仪和标准示功仪同时测量下行程静载和上行程静载；
手持终端控制抽油机控制器，启动抽油机，抽油机工作稳定后，控制待标定示功仪和标准示功仪同时分别采集一组完整的示功图数据，待标定示功仪和标准示功仪分别对采集的示功图数据进行处理，得到最大载荷、最小载荷和最大位移；
手持终端分别读取待标定示功仪和标准示功仪获得的下行程静载、上行程静载、最大载荷、最小载荷和最大位移，计算待标定示功仪和标准示功仪关于上述参数的测量误差，并根据所述测量误差的大小判断待标定示功仪的载荷传感器和位移传感器是否产生漂移，如果没有产生漂移，不进行标定；如果产生漂移，计算标定参数，并将所述标定参数传送至待标定示功仪；
待标定示功仪根据所述标定参数进行标定。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过手持终端控制待标定示功仪和标准示功仪同时测量抽油机的下行程静载、上行程静载以及示功图数据、示功图数据中的最大载荷、最小载荷和最大位移，分别计算上述参数待标定示功仪和标准示功的测量误差，并根据所述测量误差的大小判断待标定示功仪的载荷传感器和位移传感器是否产生漂移，如果产生漂移计算标定参数，并将标定参数发送到待标定示功仪，待标定示功仪根据标定参数进行标定，实现了对示功仪载荷传感器和位移传感器的在线自动标定，简化了操作过程，提高了示功仪的测试精度。
附图说明
图1为实施例一种抽油机示功仪的在线标定方法涉及的装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例一种抽油机示功仪的在线标定方法，涉及的硬件装置示意图如图1所示，主要由待标定示功仪、标准示功仪、抽油机控制器和手持终端组成。待标定示功仪和标准示功仪均包括载荷传感器、位移传感器、数据处理模块和无线通信模块。手持终端主要由中央处理器和无线通信模块组成。标定示功仪、标准示功仪和抽油机控制器均能与手持终端进行无线通信。手持终端通过抽油机控制器控制抽油机的启动和停止，并控制待标定示功仪和标准示功仪同时测量示功图，通过对待标定示功仪和标准示功仪的测量结果进行数据处理，实现对待标定示功仪的标定。本实施例的待标定示功仪还可以是由载荷传感器、位移传感器和抽油机控制器构成的等效示功仪，手持终端通过抽油机控制器实现对待标定示功仪的控制。
本实施例所述方法包括在手持终端上运行的以下步骤：
步骤101，手持终端控制抽油机控制器，使抽油机分别在下行程死点位置和上行程死点位置停机，并控制待标定示功仪和标准示功仪同时测量下行程静载和上行程静载；
本步骤是在手持终端控制下，由待标定示功仪和标准示功仪的载荷传感器同时测量下行程静载和上行程静载。因为是在抽油机停机状态下测得的载荷，所以称为静载。
步骤102，手持终端控制抽油机控制器，启动抽油机，抽油机工作稳定后，控制待标定示功仪和标准示功仪同时分别采集一组完整的示功图数据，待标定示功仪和标准示功仪分别对采集的示功图数据进行处理，得到最大载荷、最小载荷和最大位移；
本步骤是在手持终端控制下，由待标定示功仪和标准示功仪的载荷传感器和位移传感器同时采集一组完整的示功图数据，并分别计算最大载荷、最小载荷和最大位移。由于抽油机刚刚启动时工作不稳定，载荷和位移值也不稳定，因此需要等待一段时间，待抽油机工作稳定后再开始测量。一般等待5个冲程抽油机即可稳定工作。
步骤103，手持终端分别读取待标定示功仪和标准示功仪测得的下行程静载、上行程静载、最大载荷、最小载荷和最大位移，分别计算上述参数待标定示功仪和标准示功的测量误差，并根据所述测量误差的大小判断待标定示功仪的载荷传感器和位移传感器是否产生漂移，如果没有产生漂移，不进行标定；如果产生漂移，计算标定参数，并将所述标定参数传送至待标定示功仪；
本步骤由安装在手持终端的软件实现。首先接收待标定示功仪和标准示功仪测得的下行程静载、上行程静载、最大载荷、最小载荷和最大位移，然后分别求待标定示功仪和标准示功仪针对这些参数的测量误差，根据误差大小判断是否产生漂移。如果判断结果没有产生漂移，不必进行标定；否则，需要进行标定，根据上述参数的偏差计算标定参数，并将标定参数传送至待标定示功仪。
步骤104，待标定示功仪根据所述标定参数进行标定。
本步骤由安装在待标定示功仪的软件实现。待标定示功仪接收到手持终端发来的标定参数后，按照包含标定参数的既定算法对测量数据进行标定，通常也称为校准，也就是用按照既定算法计算得到的数据替换原始数据。当然，载荷数据和位移数据的标定需要分别进行。
作为一种可选实施例，手持终端判断待标定示功仪的载荷传感器是否产生漂移的方法包括：
如果式(1)～(4)全不满足，不存在漂移；否则，存在漂移，进一步判断式(5)和(6)是否成立：如果式(5)和(6)全不满足，所述漂移为线性漂移；否则，所述漂移为非线性漂移。式(1)～(6)为：
|Fd-Fd0|＞ΔF (1)
|Fu-Fu0|＞ΔF (2)
|Fmax-Fmax0|＞ΔF (3)
|Fmin-Fmin0|＞ΔF (4)
|Fmax-Fmax1|＞ΔF (5)
|Fmin-Fmin1|＞ΔF (6)
其中，
Fmin1＝(Fmin0-Fd0)*K+Fd (7)
Fmax1＝(Fmax0-Fd0)*K+Fd (8)
式中，Fd0、Fu0、Fmax0和Fmin0分别为待标定示功仪测得的下行程静载、上行程静载、最大载荷和最小载荷，Fd、Fu、Fmax和Fmin分别为标准示功仪测得的下行程静载、上行程静载、最大载荷和最小载荷，ΔF为待标定示功仪的载荷最大允许误差，等于待标定示功仪的载荷仪表精度等级与量程的积。
本实施例给出了判断待标定示功仪的载荷传感器是否产生漂移及漂移类型的方法。如果下行程静载、上行程静载、最大载荷和最小载荷4项中一项的测量误差超过最大允许误差，说明载荷传感器已产生漂移；如果4项的测量误差均未超过最大允许误差，说明载荷传感器未产生漂移。为了提高标定的精度，本实施例进一步判断载荷传感器的漂移类型是线性漂移还是非线性漂移，以便针对不同漂移类型采取不同的标定方法。判断漂移类型的方法是分别比较载荷传感器测得的最大载荷和最小载荷与经过线性标定(校准)后的最大载荷和最小载荷的误差是否超过最大允许误差，即式(5)和(6)是否成立，如果均未超过最大允许误差，说明所述漂移是线性漂移；如果至少有一个超过最大允许误差，说明所述漂移是非线性漂移。判断是否为线性漂移的原理就是判断经过线性标定后的是否误差是否仍然超过最大允许误差。式(7)和(8)线性标定的算法模型，Fd为线性标定的纵截距，K为线性标定的斜率，K的求解方法如式(9)。
作为一种可选实施例，待标定示功仪的载荷传感器产生漂移时的标定方法包括：
如果产生的漂移为线性漂移，手持终端将标定参数K和Fd的值发送至待标定示功仪；待标定示功仪对采集到的载荷数据按下式进行标定：
F′i0＝(Fi0-Fd0)*K+Fd (10)
式中，Fi0和F′i0分别为标定前后的第i个载荷数据，i＝1,2,3,...N，N为数据个数。
如果产生的漂移为非线性漂移，手持终端将标定参数K1、K2、K3、Fd、Fu和Fmax的值发送至待标定示功仪；待标定示功仪对采集到的载荷数据进行如下标定：
若Fmin0≤Fi0≤Fu0，F′i0＝(Fi0-Fu0)*K1+Fu；
若Fu0＜Fi0≤Fd0，F′i0＝(Fi0-Fd0)*K2+Fd；
若Fmax0≥Fi0＞Fd0，F′i0＝(Fi0-Fmax0)*K3+Fmax；
K1、K2、K3的表达式为：
本实施例给出了在上一实施例判断载荷传感器是否产生漂移及判断漂移类型的基础上，对载荷传感器进行标定的方法。当所述漂移为线性漂移时，按式(10)进行标定即可；当所述漂移为非线性漂移时，将待标定数据分成三个小区间：Fmin0≤Fi0≤Fu0，Fu0＜Fi0≤Fd0，Fmax0≥Fi0＞Fd0，对每个小区间分别按照线性标定的模型进行标定。应用上述标定模型进行标定，虽然不能使待标定数据与标准示功仪测得的数据完全相符，但也能明显减小测量误差，尤其是能将Fd0、Fu0、Fmax0、Fmin0几个关键点的数据校准成与标准示功仪测得的Fd、Fu、Fmax、Fmin一致。
作为一种可选实施例，手持终端判断待标定示功仪的位移传感器是否产生漂移的方法包括：
如果式(14)成立，则位移传感器产生漂移。式(14)为：
|Smax-Smax0|＞ΔS (14)
式中，Smax和Smax0分别为标准示功仪和待标定示功仪的采集到的位移数据的最大值；ΔS为待标定示功仪的位移最大允许误差，等于待标定示功仪的位移仪表精度等级与量程的积。
本实施例给出了判断待标定示功仪的位移传感器是否产生漂移的方法。位移传感器一般采用角位移传感器，角位移传感器的测量精度较高，一般只需进行漂移判定，而且产生的漂移近似为线性漂移，所以不需进一步判定漂移类型。只通过求解待标定示功仪和标准示功仪测得的最大位移的误差，并与最大允许误差比较来判断是否产生漂移，具体见式(14)。
作为一种可选实施例，待标定示功仪的位移传感器产生漂移时的标定方法包括：
手持终端将标定参数Smax的值发送至待标定示功仪；待标定示功仪对采集到的位移数据进行如下标定：
式中，Si0和S′i0分别为标定前后的第i个位移数据，i＝1,2,3,...N，N为数据个数。
本实施例给出了待标定示功仪位移传感器的标定方法。如前所述，位移传感器的漂移近似为线性漂移，因此按照线性漂移的标定模型进行标定，具体见式(15)。因为最小位移为0，所以式(15)中不包含常数项(纵截距)，校准模型不仅是线性函数，而且是正比函数。
上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种抽油机示功仪的在线标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
手持终端控制抽油机控制器，使抽油机分别在下行程死点位置和上行程死点位置停机，并控制待标定示功仪和标准示功仪同时测量下行程静载和上行程静载；
手持终端控制抽油机控制器，启动抽油机，抽油机工作稳定后，控制待标定示功仪和标准示功仪同时分别采集一组完整的示功图数据，待标定示功仪和标准示功仪分别对采集的示功图数据进行处理，得到最大载荷、最小载荷和最大位移；
手持终端分别读取待标定示功仪和标准示功仪获得的下行程静载、上行程静载、最大载荷、最小载荷和最大位移，计算待标定示功仪和标准示功仪关于上述参数的测量误差，并根据所述测量误差的大小判断待标定示功仪的载荷传感器和位移传感器是否产生漂移，如果没有产生漂移，不进行标定；如果产生漂移，计算标定参数，并将所述标定参数传送至待标定示功仪；
待标定示功仪根据所述标定参数进行标定。
2.根据权利要求1所述的抽油机示功仪的在线标定方法，其特征在于，手持终端判断待标定示功仪的载荷传感器是否产生漂移的方法包括：
如果式(1)～(4)全不满足，不存在漂移；否则，存在漂移，进一步判断式(5)和(6)是否成立：如果式(5)和(6)全不满足，所述漂移为线性漂移；否则，所述漂移为非线性漂移；式(1)～(6)为：
|Fd-Fd0|＞ΔF (1)
|Fu-Fu0|＞ΔF (2)
|Fmax-Fmax0|＞ΔF (3)
|Fmin-Fmin0|＞ΔF (4)
|Fmax-Fmax1|＞ΔF (5)
|Fmin-Fmin1|＞ΔF (6)
其中，
Fmin1＝(Fmin0-Fd0)*K+Fd
Fmax1＝(Fmax0-Fd0)*K+Fd
<mrow>
<mi>K</mi>
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</msub>
</mrow>
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</mrow>
式中，Fd0、Fu0、Fmax0和Fmin0分别为待标定示功仪测得的下行程静载、上行程静载、最大载荷和最小载荷，Fd、Fu、Fmax和Fmin分别为标准示功仪测得的下行程静载、上行程静载、最大载荷和最小载荷，ΔF为待标定示功仪的载荷最大允许误差，等于待标定示功仪的载荷仪表精度等级与量程的积。
3.根据权利要求2所述的抽油机示功仪的在线标定方法，其特征在于，待标定示功仪的载荷传感器产生漂移时的标定方法包括：
如果产生的漂移为线性漂移，手持终端将标定参数K和Fd的值发送至待标定示功仪；待标定示功仪对采集到的载荷数据按下式进行标定：
F′i0＝(Fi0-Fd0)*K+Fd
式中，Fi0和F′i0分别为标定前后的第i个载荷数据，i＝1,2,3,...N，N为数据个数；
如果产生的漂移为非线性漂移，手持终端将标定参数K1、K2、K3、Fd、Fu和Fmax的值发送至待标定示功仪；待标定示功仪对采集到的载荷数据进行如下标定：
若Fmin0≤Fi0≤Fu0，F′i0＝(Fi0-Fu0)*K1+Fu；
若Fu0＜Fi0≤Fd0，F′i0＝(Fi0-Fd0)*K2+Fd；
若Fmax0≥Fi0＞Fd0，F′i0＝(Fi0-Fmax0)*K3+Fmax；
K1、K2、K3的表达式为：
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4.根据权利要求1所述的抽油机示功仪的在线标定方法，其特征在于，手持终端判断待标定示功仪的位移传感器是否产生漂移的方法包括：
如果下式成立，则位移传感器产生漂移：
|Smax-Smax0|＞ΔS
式中，Smax和Smax0分别为标准示功仪和待标定示功仪的采集到的位移数据的最大值；ΔS为待标定示功仪的位移最大允许误差，等于待标定示功仪的位移仪表精度等级与量程的积。
5.根据权利要求4所述的抽油机示功仪的在线标定方法，其特征在于，待标定示功仪的位移传感器产生漂移时的标定方法包括：
手持终端将标定参数Smax的值发送至待标定示功仪；待标定示功仪对采集到的位移数据进行如下标定：
<mrow>
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式中，Si0和S′i0分别为标定前后的第i个位移数据，i＝1,2,3,...N，N为数据个数。
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