称重式油井自控计量装置的设计

摘要

对油井产量进行准确、及时的计量，对掌握油田生产状况，合理制定生产方案，具有重要的指导意义。但目前我国各大油田油井种类复杂多样，现有计量技术不能全面解决油井产油量的精确计量问题。
　　针对此问题，本论文通过对世界范围内原油开采中各种计量方法原理及优缺点的分析比较，设计开发了一种基于MSP430单片机为主控芯片的油田采油自动称重计量装置。该自动计量装置主要由MSP430F149单片机系统、电源模块、称重传感器模块、LCD液晶显示模块、光耦隔离继电器模块、485通信模块、管道电磁阀、外接变频控制器、液体油品循环泵控制模块及石油储存与称量机构等组成。经实验室设计，组装，控制软件编程及实验测试，证明通过单片机分别控制两个石油储罐上电磁阀的开与关，本装置既可实时、精确的计量并显示出单位时间内油井的采油量大小，还能保证油井生产过程持续稳定进行。在设计上，我们还在该自动计量装置上添加了单片机与抽油机变频控制器之间的通信功能模块，使该装置在运行的同时，单片机可根据单位时间内油井的采油量大小，自动测算出抽油机的工作效率，并以此数据为依据，自动调节交频控制器的输出频率，使抽油机始终工作在合理工作频率下，并使抽油机的抽油频次与油井产油量大小协调运行，最终实现抽油过程中的节能降耗。
　　本论文研究开发的称重式油井自控计量装置及控制方案具有自动化水平高、计量数据可靠、节能降耗明显等特点，可适用于我国各类小规模、产量低、间歇式油井及油田的石油开采应用，并在老旧油田的二次开发、节能降耗等方面具有广泛应用前景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及设计思路

1．2 国内外油井采油中的常用计量方法

1．2．1 传统立式计量分离器量油法

1．2．2 称重计量法

1．2．3 储罐高架静压式计量法

1．2．4 示功图计量法

1．2．5 多普勒超声波流量计系统计量法

1．2．6 科氏质量流量计计量法

1．2．7 多相流技术计量法

1．3 油井产量计量技术发展趋势

1．4 本文研究内容和总体思路

1．5 本论文创新点

第2章 称重式油井自控计量装置的硬件设计

2．1 自动计量系统硬件整体设计方案

2．2 单片机最小系统的设计

2．2．1 MSP430F149单片机介绍

2．2．2 MSP430F149主控电路

2．2．3 电源电路

2．2．4 液晶显示电路

2．3 应变片称重传感器的选择与安装

2．3．1 应变片称重传感器介绍

2．3．2 应变片称重传感器的安装

2．3．3 应变片称重传感器的测量电路

2．4 放大滤波电路的设计

2．5 电磁阀的选择

2．6 光耦隔离继电器

2．7 变频器的选择

2．8 串口通信模块

2．9 MODBUS通信协议

2．9．1 MODBUS通信协议介绍

2．9．2 MODBUS通信协议传输方式

2．9．3 校验方式

2．9．4 RTU协议数据帧

2．10 本章小结

第3章 称重式油井自控计量装置的软件设计

3．1 软件开发环境介绍

3．2 软件系统总体结构

3．3 软件系统模块实现

3．3．1 系统初始化模块

3．3．2 AD采样及称重模块

3．3．3 变频器控制模块

3．3．4 LCD液晶显示控制模块

3．3．5 串口通讯协议ModBus模块

3．4 本章小结

第4章 称重式油井自控计量装置的实验研究

4．1 应变片的粘贴

4．2 粘贴后应变片输出电压的测试

4．3 PVC-U管应变片电压的测试

4．4 三通管应变片电压的测试

4．5 称重系统的调试

4．6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢