通過油管長度的丈量可以精確定位抽油泵、射孔設備等在井下的位置，也便于掌握生產進度，及時調整生產工藝。傳統的計量方法是人工丈量，計量精度差（一般要求3‰），工人勞動強度大，生產效率低。有的油田除人工計量外，還要再次下專用儀器測量井下工具的精確位置。為了改變這種狀況，研究開發了智能化的油管長度在線計量儀，不僅可有效提高油管長度的計量精度，減輕工人的勞動強度，而且減少修井工序，節約生產成本，提高生產效率和經濟效益。這種儀器如能在通井機或修井機生產廠家配套生產，可提高產品的機－光－電－液一體化水平，增加產品的使用功能，提高產品在市場上的競爭能力。

設計原則

在下放油管的作業中伴隨著許多輔助操作過程，并且修井作業都是在野外進行，因此對油管長度智能計量儀的研究開發應遵循以下設計原則：

(1)測量自動化，儀表智能化。對于下放操作中伴隨的許多輔助操作，儀器應能自動識別各操作環節，只對下放的有效管長進行自動測量。

(2)油管長度的計量必須真實可靠，并能自動補償變形誤差,精度達到1‰。

(3)操作簡單。使用者是普通修井作業工，無需更多的專門知識和培訓，僅靠簡單介紹就可操作。

(4)儀器應能在野外的冷、熱、雨、塵、電等惡劣環境下正常運行。

(5)修井作業的場所是經常變換的，計量儀的安裝應方便容易，工作量小，不改變固有的修井操作過程。

(6)儀器的造價應經濟合理，能達到較高的投入產出比。

(7)測量方法合理可靠。

(8)在線測量。在下放油管的同時自動計量油管長度，無需其它輔助測量工序，以減輕工人的勞動強度。

系統組成及原理

油管長度智能計量儀主要由傳感器、有效計量鑒別器、分析計算系統和電源四部分組成，見圖1。油管柱在提升或下放過程中，游車上升或下降的高度與滾筒卷繞或放出的鋼絲繩長度有如下簡單關系：H=L/6,式中H為游車上升或下降的高度；L為滾筒卷繞或放出的鋼絲繩長度。

因此，利用間接測量方法能實現油管長度的在線測量，即通過測量鋼絲繩移動的長度來計算游車上升或下降的高度，也即間接得到了油管提升或下放的長度。因此可在滾筒前設置一傳感器，輸出鋼絲繩移動的長度信號，并能通過它辨別游車的運動方向。但也應注意，隨著下放油管柱長度的不斷增加，鋼絲繩上的力也不斷增加，其變形也逐漸增大，要得到足夠精度的油管長度數據，必須建立合適的數學模型。

1.傳感器

（1）轉換機構直接測量鋼絲繩移動的長度是較困難的，必須將其轉換成其它便于記錄的量。工程測量中，常將線位移轉換成角位移來進行測量，因此可將鋼絲繩移動的長度轉換成摩擦輪轉動的角度進行測量。為保證測量的準確性，必須保證鋼絲繩與摩擦輪（滑輪）摩擦傳動時摩擦輪作純滾動。

（2）傳感元件用于測量角位移量的常用傳感器有霍爾式傳感器和光電式傳感器?；魻柺絺鞲衅魇抢没魻栃M行工作的傳感器，霍爾元件是傳感器的核心敏感元件，具有體積小、頻率響應寬、動態范圍大、無接觸、壽命長等特點，但它的溫度穩定性較差，易受外界磁場干擾。

近幾年來，出現了以光電式傳感器代替霍爾式傳感器的趨勢。光電式傳感器是將光信號轉換成電信號的一種傳感器。采用這種傳感器測量非電量時，只要將非電量的變化轉化成光信號的變化即可。以光電傳感器為基礎進行測量具有結構簡單、功耗低、非接觸、可靠性高、精度高和反應快等特點，因此在自動檢測系統中得到了廣泛應用。

用于非電量檢測的常用光電式傳感器是光電耦合器，實際上是一個電量轉換器。由于它實現了電隔離，故抗干擾能力強，而且由于具有單向傳輸功能，因而有脈沖轉換和直流電平轉換特性。因此，光電耦合器特別適合在數字邏輯的開關信號傳輸、計算機、工業控制機中作二進制的輸入、輸出信號傳輸。油管長度計量儀采用光電耦合器作為物理量轉換器，將鋼絲繩的線位移量轉換為長度脈沖信號。

2.有效計量鑒別器

修井機工作時，起升系統還完成一些與油管下放有關的輔助工作，如從井場提升單根油管等，這時傳感器輸出的長度信號是與油管長度無關的，必須剔除。因此，在油管長度智能計量儀中還必須設置有效計量鑒別器。

有效計量鑒別器應該設置在轉換機構上，但這會使轉換機構變得體積龐大而復雜。據此，可利用起升系統在做其它輔助工作時已下油管壓在井口這一事實，在井口設置一壓控開關作為有效計量鑒別器的關鍵器件。

3.分析計算系統

分析計算系統是油管長度計量儀的核心(以計算機為主)，是實現自動化、智能化、高精度測量的基本保證。傳感器將信號傳輸到計算系統后，由計算機進行分析、識別、計算、顯示、存儲等。由于長度計量儀用于實時在線測量，計算機選用MCS51系列單片機中的89C51。

4.電源

在野外修井作業，供電較困難的情況下，油管長度智能計量儀只能由通井機或修井機的電瓶供電，故研制的應是低功耗系統。由于通井機或修井機所用電瓶輸出電壓為12V或24V，而單片機系統電源電壓要求在VCC＝5V±10%范圍內，故電源必須設置直流DC-DC降壓電路。

模擬試驗與誤差分析

1999年1月，新研制的油管長度智能計量儀在室內進行了模擬試驗，主要目的是檢驗儀器的性能。通過模擬油管下放過程，反復測量大鉤的行程，尋找最大誤差，分析誤差產生的原因。

試驗條件：溫度10℃，MR—30型磁帶記錄儀，5020A型示波器。10次試驗結果見表1。

表1 油管長度智能計量儀的室內模擬試驗結果

1.理論誤差

2.試驗誤差

從表1中可以看出，大部分實際測量誤差都在0.094%范圍內，只有個別測量誤差超出了理論誤差范圍。其原因可能是測量距離太短，因為以光碼盤輸出長度脈沖的系統，在進行連續測量時，只有在光碼盤轉動開始和終了時才可能丟失長度脈沖，而可能丟失的最大數量與所測的長度無關。

結論

（1）油管長度智能計量儀所采用的技術方案可行，測量原理可靠。

（2）油管長度智能計量儀的測量精度較高，可達1‰，能滿足工程需要。

（3）從模擬試驗情況來看，采用油管長度智能計量儀完全能代替傳統的人工計量方式，有效減輕工人的勞動強度。