УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СКВАЖИНЫ ПРИ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 1999 года по МПК E21B47/00 G01F1/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для контроля скважин при их эксплуатации (гидравлических систем).

Известно устройство для эксплуатации скважин, включающее насос с блоком его управления, датчик давления, характеризующий динамический уровень воды в скважине, преобразователь сигнала давления и регистратор [1].

Недостатком устройства является то, что оно не позволяет измерять расход и количество жидкости, подаваемой из скважин, что сужает функциональные возможности устройства и требует дополнительных затрат для измерения расхода и количества жидкости. Известна также система контроля скважины в процессе бурения, содержащая блок фиксации мгновенных параметров насосного агрегата, схему определения и регистрации динамического уровня и индикаторы [2].

По своей технической сущности она ближе всего к заявляемому устройству и принята за прототип. Существенными недостатками прототипа является невозможность его функционирования при неполнофазных режимах питающей сети, увеличенная погрешность при отклонениях питающего напряжения, кроме этого прототип не обеспечивает измерение и регистрацию количества жидкости, подаваемой насосным агрегатом.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения работоспособности устройства при неполнофазных режимах питающей сети, повышения точности при неноминальных режимах работы электродвигателя, а также измерения и регистрации количества жидкости, подаваемой насосным агрегатом.

Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно снабжено блоком обеспечения живучести, блоком коррекции КПД электродвигателя, блоками умножения, сумматором, блоком вычитания, интеграторами и m первичными блоками умножения, где m -число фаз электродвигателя, причем один из индикаторов является индикатором расхода жидкости, а другой - индикатором повреждения фаз, блок фиксации мгновенных параметров насосного агрегата выполнен в виде m датчиков фазных токов и датчиков фазных напряжений электродвигателя; входы первичных блоков умножения фазных токов и напряжений соединены с выходами соответствующих датчиков тока и датчиков напряжения, а выходы со входами соответствующих интеграторов, выходы которых соединены со входами сумматора, выход которого подключен к первому входу первого блока умножения, ко второму входу которого подключен первый выход индикатора повреждения фаз, а выход - к первому входу схемы вычитания и второго блока умножения, ко второму входу которой подключен второй выход индикатора повреждения фаз, выход схемы вычитания и второго блока умножения подключен к входу индикатора расхода жидкости и к входу схемы определения и регистрации динамического уровня, входы индикатора повреждения фаз подключены к соответствующим m входным зажимам питающей сети, вторые выходы m датчиков тока и m датчиков напряжения соединены с соответствующими входами блока КПД действия электродвигателя, выход которого соединен с третьим входом первого блока умножения, а блок обеспечения живучести подключен между входными зажимами питающей сети и электродвигателя.

Устройство по п.1 дополнительно снабжено интегратором, компаратором, седьмым блоком задания параметров, счетчиком количества жидкости с электрическим приводом и третьим индикатором количества жидкости, подаваемой из скважины, причем вход индикатора расхода жидкости соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом седьмого блока задания параметров, выход компаратора соединен со вторым входом интегратора и с входом электропривода счетчика количества, выход которого соединен с входом индикатора количества жидкости, подаваемой из скважины.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом позволяет установить, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков и их связями с остальными элементами схемы, позволяющими расширить диапазон работы устройства на области неполнофазных и отличных от номинальных режимов работы сети, а также измерять количество жидкости, перекачиваемой из скважины.

Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "Новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения расхода и количества жидкости, подаваемой из скважины и динамического уровня жидкости в скважине при неноминальных и неполнофазных режимах питания электродвигателя.

Устройство состоит из насоса 1, приводимого в действие электродвигателем 2, в фазные цепи которого включены датчики фазных токов 5.1, 5.2, 5.3 и датчики фазных напряжений 6.1, 6.2, 6.3, первые выходы фазных датчиков токов и напряжений соединены со входами соответствующих блоков умножения 7.1, 7.2, 7.3, выходы которых через интеграторы 9.1, 9.2, 9.3 соединены с входами сумматора 10. Выход сумматора 10 соединен с первым входом второго блока умножения 11, ко второму входу которого подключен первый выход индикатора повреждения фаз 4, третий вход второго блока умножения 11 соединен с выходом блока коррекции КПД электродвигателя 8, выход второго блока умножения соединен с первым входом схемы вычитания и третьего блока умножения 12, ко второму входу которого подключен второй выход индикатора повреждения фаз 4, выход схемы вычитания и третьего блока умножения 12 соединен с входом индикатора расхода 13 и с входом схемы определения и регистрации динамического уровня жидкости (блоки 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21), вторые выходы датчиков тока 5.1, 5.2, 5.3 и датчиков напряжения 6.1, 6.2, 6.3 соединены со входами блока коррекции КПД электродвигателя 8.

В статорные цепи электродвигателя 2 включен блок обеспечения живучести 3, к входным фазным зажимам питающей цепи подключены соответствующие входы индикатора повреждения фаз 4, вход первого индикатора расхода жидкости 13 соединен с первым входом интегратора с цепями сброса 22, выход которого соединен с первым входом компаратора 23, второй вход которого соединен с выходом седьмого блока задания 25, выход компаратора 23 соединен со вторым входом интегратора 22 и с входом электропривода счетчика количества 24, выход которого соединен с входом третьего индикатора количества жидкости 26. Выход датчика давления 27 соединен с третьим инверсным входом второго сумматора 20.

Устройство работает следующим образом.

Насос 1, приводимый в действие электродвигателем 2, подает жидкость в напорный трубопровод из скважины. При этом датчики фазных токов 5.1, 5.2, 5.3 вырабатывают сигналы, пропорциональные мгновенным значениям фазных токов, потребляемых двигателем из сети (i_a, i_b i_c), датчики фазных напряжений 6.1, 6.2, 6.3 - сигналы, пропорциональные мгновенным значениям фазных напряжений, подводимых к электродвигателю 2 (U_a, U_b, U_c).

С первых выходов датчиков токов 5.1, 5.2, 5.3 и датчиков напряжений 6.1, 6.2, 63 сигналы подаются на входы соответствующих блоков умножения 7.1, 7.2, 7.3 на выходах которых сигналы принимают вид
P_i = k₁•u_i•i_i
где 1 = a, b, c - индекс фаз питающей сети.

Выходные сигналы первичных блоков умножения 7.1, 7.2, 7.3 поступают на входы соответствующих фазных интеграторов 9.1, 9.2, 9.3.

При синусоидальных формах кривых токов и напряжений интеграл произведения мгновенного значения тока на мгновенное значение напряжения за время, кратное целому числу периодов синусоиды, пропорционален активной мощности, потребляемой соответствующей фазой электродвигателя 2, поэтому на выходах интеграторов 9.1, 9.2, 9.3 сигналы принимают вид
P_i = U_i•I_i•cosϕ_i•k₂, (2)
на выходе сумматора 10, к m входам которого подключены выходы интеграторов 9.1, 9.2, 9.3, существует сигнал, пропорциональный активной мощности, потребляемой m-фазным двигателем из сети,
P₁ = m•U_i•I_i•cosϕ = P_a+P_b+P_c, (3)
который поступает на первый вход второго блока умножения 11.

Умножив потребляемую из сети активную мощность электродвигателя P₁ КПД η_дв, который, в свою очередь, является функцией режима работы двигателя: полнофазного или неполнофазного - информация поступает с индикатора повреждения фаз 4, а также от величин прямой, обратной и нулевой последовательностей фазных напряжений и токов электродвигателя (информация поступает на третий вход второго блока умножения 11 с выхода блока определения коррекции КПД электродвигателя 8)
P₁=f(m, U₁,U₂, U₀, I₁, I₂, I₀), (4)
в результате на выходе второго блока умножения 11 получают сигнал, пропорциональный мощности на валу двигателя,
P₂ = (P_a+P_b+P_c)•η_дв, (5)
где η_дв - КПД электродвигателя при реальном (неноминальном) режиме его работы.

С выхода второго блока умножения 11 сигнал, пропорциональный P₂, поступает на первый вход схемы вычитания и третьего блока умножения 12, на второй вход которой поступает сигнал со второго выхода индикатора повреждения фаз 4, задающего величину потребляемой мощности насоса при нулевом расходе N₀, которая также, как и P₂ является функцией режима работы электродвигателя 2
N₀=f(m) (6)
Выходной сигнал схемы вычитания и третьего блока умножения 12, пропорциональный расходу воды Q
Q=K(P₂-N₀, (7)
где K - масштабирующий множитель, подается на вход индикатора расхода 13, где происходит индикация и регистрация расхода жидкости.

Таким образом, в устройстве повышается точность измерения гидравлических параметров за счет учета функциональных характеристик P₂ и N₀ при реальных (неноминальных) режимах работы электродвигателя и насоса.

Одновременно с этим выходной сигнал, пропорциональный расходу воды Q, подаваемой насосом, поступает на первый вход пятого блока умножения 17 и на первый вход четвертого блока умножения 17, на второй вход которого подается сигнал (a₂-A•l) с четвертого блока задания параметров 14. С выхода четвертого блока умножения 17 сигнал, пропорциональный (a₂-A•l)•Q, поступает на первый вход первого сумматора 18, на второй вход которого с пятого блока задания параметров 15 подается сигнал a₁. В результате с выхода первого сумматора 18 снимается сигнал, пропорциональный [a₁+(a₂-A•l)•Q], и подается на второй вход пятого блока умножения 19, на выходе которого образуется сигнал, пропорциональный [a₁+(a₂-A•l)•Q]•Q. Этот сигнал подается на первый вход второго сумматора 20, на второй вход которого поступает сигнал а с шестого блока задания параметров 16, а на третий инверсный вход - сигнал с датчика давления 27, пропорциональный манометрическому давлению H_ман. Таким образом, на выходе второго сумматора 20 образуется сигнал, пропорциональный. { a₀+[a₁+(a₂-A•l)•Q] •Q-Н_ман} , который подается на вход вторичного прибора 21 регистрации H_дин.

Во втором варианте устройства для контроля скважин при их эксплуатации сигнал со входа индикатора расхода 13 дополнительно подается на первый вход интегратора с цепями сброса 22, где расход Q интегрируется во времени, в результате от характеристик расхода жидкости (Q) переходят к ее количеству (W)
∫Qdt = W. (8)
С выхода интегратора 22 сигнал, пропорциональный количеству жидкости, поступает на первый вход компаратора 23, на второй вход которого подается сигнал с седьмого блока задания 25. При достижении текущего значения количество жидкости W величины единичного сигнала с блока задания 25, соответствующего единице измерения количества жидкости (W_зад), т.е. когда выполняется условие
W = W_зад
происходит срабатывание компаратора 23, при этом подается сигнал на единичное срабатывание электропривода счетчика количества жидкости 24 и одновременно подается импульс на обнуление интегратора 22 - в результате на устройстве индикации 26 осуществляется индикация и регистрация количества жидкости, подаваемой насосным агрегатом.

Таким образом, в предлагаемом устройстве дополнительно обеспечивается работоспособность насосного агрегата в неполнофазных режимах работы питающей сети, повышена точность измерения. Возросло число регистрируемых параметров гидравлической системы.

1. Авторское свидетельство СССР N 1211410, кл. E 21 B 47/00, 1986.

2. US, патент, 3982432, E 21 B 47/00, 28.09.76.

Устройство для контроля скважины при ее эксплуатации, содержащее блок фиксации мгновенных параметров насосного агрегата, схему определения и регистрации динамического уровня и индикаторы. Снабжено блоком обеспечения живучести, блоком коррекции КПД. электродвигателя, блоками умножения, сумматором, блоком вычитания, интеграторами и первичными блоками умножения. Один из индикаторов является индикатором расхода жидкости, другой -индикатором повреждения фаз. Входы первичных блоков умножения соединены с выходами соответствующих датчиков тока и датчиков напряжения, образующих блок фиксации мгновенных параметров насосного агрегата, выходы - с входами соответствующих интеграторов, выходы которых соединены с входами сумматора. Вторые выходы датчиков тока и датчиков напряжения соединены с соответствующими входами блока коррекции КПД электродвигателя. Блок обеспечения живучести подключен между входными зажимами питающей сети и электродвигателя. Техническим результатом является повышение надежности работы агрегата, увеличение числа и точности измерений регистрируемых параметров. 1 з.п.ф-лы. 1 ил.

1. Устройство для контроля скважины при ее эксплуатации, содержащее блок фиксации мгновенных параметров насосного агрегата, схему определения и регистрации динамического уровня и индикаторы, отличающееся тем, что оно снабжено блоком обеспечения живучести, блоком коррекции КПД электродвигателя, блоками умножения, сумматором, блоком вычитания, интеграторами и m первичными блоками умножения, где m - число фаз электродвигателя, причем один из индикаторов является индикатором расхода жидкости, а другой - индикатором повреждения фаз, блок фиксации мгновенных параметров насосного агрегата выполнен в виде m-фазных датчиков токов и датчиков напряжения электродвигателя, входы первичных блоков умножения соединены с выходами соответствующих датчиков тока и датчиков напряжения, а выходы - с входами соответствующих интеграторов, выходы которых соединены с входами сумматора, выход которого подключен к первому входу первого блока умножения, второй вход которого подключен к первому выходу индикатора повреждения фаз, а выход - к первым входам схемы вычитания и второго блока умножения, к второму входу которой подключен второй выход индикатора повреждения фаз, выход схемы вычитания и второго блока умножения подключен к входу индикатора расхода жидкости и к входу схемы определения и регистрации динамического уровня, входы индикатора повреждения фаз подключены к соответствующим m-входным зажимам питающей сети, вторые выходы m датчиков тока и m датчиков напряжения соединены с соответствующими входами блока коррекции КПД электродвигателя, выход которого соединен с третьим входом первого блока умножения, а блок обеспечения живучести подключен между входными зажимами питающей сети и электродвигателя. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено интегратором, компаратором, седьмым блоком задания параметров и счетчиком количества жидкости с электрическим приводом, а третий индикатор является индикатором количества жидкости, подаваемой из скважины, причем вход индикатора расхода жидкости соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом седьмого блока задания параметров, выход компаратора соединен с вторым входом интегратора и с входом электропривода счетчика количества, выход которого соединен с входом индикатора количества жидкости, подаваемой из скважины.