翻斗量油仪的设计
1 绪论
1.1课题的来源
来源于生产/社会实际
1.2国内外发展现状、趋势以及面临的挑战
目前国内各油田采用的油井产量计量方法主要有玻璃管量油孔板测气、翻斗量油孔板测气、两相分离密度法和三相分离计量方法等。随着技术的进步，油田越来越需要功能强、自动化程度高的油井计量设备以提高劳动生产率和油田的管理水平。
1.原油的测量 （1）玻璃管液面计量油 在油气分离器上安装一根长80左右并与分离器构成连通管的玻璃管液面计。分离器内一定重要的油将水压倒玻璃管内，根据玻璃管内水上升的高度与分离器内油量的关系得到分离器内油的重量，由此测得玻璃管内液面上升高度所需要的时间，即可折算出油井的产量。 玻璃管量油是国内各油田普遍采用的传统方法，约占油井总数的90%以上。该方法装备简单、投资少，但由于采用间歇量油的方式来折算产量，导致原油系统误差为10% ～20%。另外在高含水期，特别是在特高含水期，对于气液比低的油井计量后的排液十分困难，该计量操作造成很大不便。 （2）电报量油 在玻璃管液面计量油的基础上，在规定的量油高度H上、下各安装一个电极，当水上升到下电极时，计时电表接通开始计时，水上升到上电极时，电表切断停止走动，记录水上升H高的时间t，则可按照玻璃管液面计量油的方法计算出油井的产量。 （3）翻斗量油 翻斗量油装置主要由量油器、计数器等组成。一个斗装满时翻到排油，另一个斗装油，这样反复循环来累积油量。这种量油装置结构简单，具有一定计量精度。
2. 油井产量测量新技术 随着技术的发展以及油田管理和降低工人劳动强度、提高生产效率的需要，相继出现了许多可以对油井油、气、水产量进行综合测量的计量装置。 （1）三相分离计量 三相分离计量是把油、气、水分离后分别计量，分离后原油含水较低（一般在30%以下），原油测量误差降低，不受油井含水率的影响。但是，要想把特高含水原油分离成低含水原油并进行计量，工艺技术十分复杂，而且数量很大的游离水经常携带一部分原油，造成很大误差，且所需的设备仪表多、投资大、
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管理操作难度大、维修费用高。 （2）两相分离计量 两相分离计量是将油井采出液分离成液体和气体，然后对其分别进行计量。两相分离计量设备主要由两相分离器、气体流量计、液体流量计、含水分析仪等组成，气体流量计和液体流量计计量油井的产气量和产液量，含水分析仪测量分离出液体的含水率，由此计算出油井的油、气、水产量。 另一种形式的计量设备由两相分离器、质量流量计和气体流量计组成。质量流量计测量分离出的液量，并计算出其中的含水率，从而测量出油井的油、气、水产量。这种计算装置投资较少、操作简便，在我国油田中获得了较多的应用。 （3） 不分离计量 不分离计量是不分离油井采出液，将文丘里管、密度计或不同的流量传感器结合起来计量气体和液体的流量，液体部分用双γ射线密度计、电容、微波水含量监控仪来确定油和水的含量，从而计算出油、气、水各自的产量。 油气水不分离计量技术在占地面积等方面有 很大的优越性。但是油井采出液中的油、气、水等组分一般不是均匀混合的，他们以不同的速度流动，还可能相互作用形成蜡和氢氧化物，并且引起难以预料的复杂流态。因此，开发具有广泛适用范围的流量计具有很大的难度，虽然国内外已经有多种实现油气水不分离计量的方案，但是成功投入使用的还很少。
3. 发展趋势 （1）向仪表化方向发展。随着技术的进步及各种气体和液体流量计的广泛应用，油井产量计量中必然越来越多地使用操作简单、读数方便的流量计。如用于天然气计量的旋进旋涡流量计、涡街流量计等。 （2）向高精度方向发展。我国油田多进入开发后期，需要准确及时的了解油井的生产状况，为生产管理提供真实可信的数据，对油井计量精度的要求必然越来越高。 （3）向快速化方向发展。为了及时掌握油井的生产状况，需要缩短油井计量周期，对油井进行更加频繁和及时的测量，因此必须提高油井计量速度。 （4）向自动化方向发展。自动化技术的发展为降低劳动强度和提高劳动生产率提供了可靠保证。同时，为了实现油井准确、快速的测量，也必须采用自动化的测量方法。三相分离计量、两相分离计量和不分离计量的研究和应用将会得到越来越广泛地重视。
1.3研究的目地、意义、以及主要内容
油井产量的计量是油田生产管理中的一项重要工作，对油井产量进行准确、及时的计量，对掌握油藏状况，制定生产方案，具有重要的指导意义。海二管理区油井计
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翻斗量油仪的设计
量基本上采用的是立式两相分离器作气液分离，用玻璃管量油，人工取样化验含水率，排液测气。随着技术的进步，油田越来越需要功能强、精确度好、自动化程度高的油井计量设备，以提高劳动生产率和油田的管理水平。
油井产量计量是掌握油井生产动态，分析储油层的变化情况，科学地制定油田开发方案的重要依据。翻斗计量是目前油井产量计量中一种计量非常重要的设备，其工作原理是在分离器内装有两个容积相等的斗，油井油液进入分离器后，气体从出气管排出，液体存于斗中，斗内的液体质量达到一定时，翻斗倾斜，将斗内液体倒出，另一斗继续进油，两斗重复工作，用翻斗记录仪记录下斗的数量和时间。
本作品用电感式接近开关检测翻斗倾斜的次数。并通过中断的方式将计数信息传输到单片机，并折算出油井的日产量，具有自动化程度高.测试精度高;安装方便;结构紧凑、安全可靠、操作简便等优点。
该系统的核心是由单片机构成的控制部分，主要对采油速度与时间的关系、采油技术及设备系统的硬件、软件编程各个部分进行实现。本文主要研究内容如下:
1.进行翻斗量油系统的整体研究与设计。
2.利用按键设定单次测量所需时长的以及单次能测最高次数。 3.利用电感式接近开关检测翻斗的输入信号。 4.利用串口实现仪器与电脑主机之间的数据传输。 5.TFT彩色液晶显示各种数据信息。
6.当采油时间超过设定值，或者采油数据超过允许值，会报警提示。
随着技术的发展和实际生产的需要，采油测量中的自动控制系统主要向智能化、系列化、专家系统和网络化方向发展。对于小油井的采油应用，使用要方便。对于大面积，要与各种传感器相结合，配合采油专家的建议，编制软件，达到精确计量采油和时间，再与电脑相结合，就可在办公室或家中控制采油系统。根据监测到的数据通过上位机传输对采油仪器的自动控制，对系统中出现的故障实施报警与控制。 研究的主要技术指标： (1)整机最大功耗不超过5W; (2) 单井单次测量时长为244小时； (3)存储器能存储，能存储7420组数据；
(4)能够存贮、传输20 口井10 个月以上单井量油数据；
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技术关键：
1、选用STC12C5A系列1T增强型8051内核单片机作为整个系统的控制器，保证系统高效性和稳定性；
2、采用中断方式采集翻斗次数，绝不会遗漏翻斗信号； 3、采用图形化友好的人机交互环境设计； 4、能在线实时修改井名； 创新点：
1、采用4.3英寸彩屏液晶作为显示屏。 2、有定时量油模式和手动量油模式供选择。 3、能通过上位机实时在线更新油井名称。 4、能定义超长油井名称（6个汉子或12个字符）。
5、能将量油信息从EEPROM导出到U盘中，并能转换成excel表格。 6、电路采用自恢复短路保护设计。
7、存储器能存储7320组数据，一次至少能存储20口井10个月的计量数据。
2 硬件设计
2.1系统总体结构设计
根据题目要求和单片机的工作原理，以STC12C5A60S2单片机系统为核心来控制继电器对田间进行排水或灌水的操作。系统主要由传感器测量电路，信号处理电路，数据传输电路、显示电路，超限报警电路等组成，软件选用C语言编程。
基本思路：
本作品以STC12C5A系列1T增强型8051内核单片机作为主控芯片，通过电感式接近开关来感测现场翻斗计数，并通过光电隔离送入单片机的外部中断进行计数。同时自动记录翻斗时间与次数，存入带掉电保护的AT24C512 EEPROM存储器，以备查询与上位机调用，能存储20口油井10个月的单井量油数据。同时带有1路USB接口供接U盘，当插入U盘的时候可以将EEPROM存储的数据信息转存入U盘，并可以通过上位机软件将U盘里的量油数据转换成excel表格。
采用时钟芯片来为系统提供时钟信息，记录每一次量油的开始时间，结束时间，
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翻斗量油仪的设计
从而计算日产液量。上位机通过串口与记录仪进行通信，从记录仪中调取数据，同时还可以通过串口给记录仪更新程序，将油井名称等信息在线下载进记录仪。 总体结构框图如图1：
图1 总体结构框图
? 4个16位定时器/计数器 ? 可编程串行UART通道 ? 低功耗空闲和掉电模式 ? 低功耗，超低价 ? 告诉，高可靠，无法解密 ? 强抗干扰，强抗静电 功能特性概述：
1）高速：1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快6~12倍。 2）宽电压：5.5~3.3V，2.2~3.6V(STC12LE5A60S2系列)。
3）增加第二复位功能脚/P4.6(高可靠复位，可调整复位门槛电压，频率<12MHz时，无需此功能)。
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