УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1999 года по МПК F04D13/10 F04B47/02 

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для контроля технического состояния электрической центробежной насосной установки (УЭЦН), а также для диагностики штанговых глубинных насосов и измерения уровня в добывающих скважинах механизированного и газлифтного фонда.

Известно устройство для измерения уровня жидкости в скважине, содержащее генератор акустических сигналов, пьезокерамический преобразователь и последовательно соединенные подавитель фоновых наводок, фильтр нижних частот, усилитель и регистрирующий узел, к второму входу которого подключен лентопротяжный механизм, причем к входу усилителя дополнительно подключен калибратор времени [1].

Недостатком известного устройства является ограниченная область его применения.

Целью изобретения является расширение области применения устройства.

Достигается поставленная цель тем, что в первичном преобразователе к выходу датчика последовательно подключен симметрирующий узел, ограничитель сигналов, предварительный усилитель и повторитель напряжения, а к входу подавителя сетевых наводок во вторичном регистрирующем приборе дополнительно подключен коммутирующий узел, причем регулируемый усилитель выполнен с фиксированными положениями коэффициентов усиления, значения которых выбраны в соотношении 1:1; 1:2; 1:4...1:n.

Техническая сущность заявляемых решений может быть пояснена следующим образом.

Работа электрической скважинной центробежной насосной установки сопровождается механическими вибрациями электродвигателя, насоса и насосно-компрессорных труб (НКТ).

Уровень вибраций определяется техническим состоянием установки и возрастает по мере износа оборудования.

Контроль уровня вибраций как в процессе вывода установки на рабочий режим, так и при дальнейшей ее эксплуатации позволяет судить о ее техническом состоянии.

Структурная схема устройства для контроля технического состояния приведена на фиг. 1, где условно обозначены:
1 - пьезокерамический датчик, 2 - симметрирующий узел, 3 - ограничитель сигналов, 4 - предварительный усилитель, 5 - повторитель напряжения, 6 - коммутирующий узел, 7 - подавитель фоновых наводок, 8 - фильтр нижних частот, 9 - калибратор времени, 10 - регулируемый усилитель, 11 -регистрирующий узел, 12 - лентопротяжный механизм.

Механические вибрации при работе установки передаются через столб жидкости и вызывают колебания давления в газовом столбе затрубного пространства скважины. Колебания давления в газовом столбе на устье скважины воздействуют на обкладки пьезокерамического датчика 1, который преобразует их в электрические сигналы переменного тока. С выхода датчика 1 электрические сигналы переменного тока поступают на вход симметрирующего узла 2, который преобразует их в симметричные противофазные сигналы. С выхода симметрирующего узла 2 электрические сигналы поступают на вход ограничителя сигналов 3, который не влияет на слабые сигналы и выполняет функцию защитного устройства для предварительного усилителя 4, на вход которого поступают сигналы с выхода ограничителя 3.

Предварительный усилитель 4 производит усиление электрических противофазных сигналов до заданного уровня и подавляет синфазные сигналы от внешних электромагнитных полей. С выхода предварительного усилителя 4 электрические сигналы поступают на вход повторителя 5, который производит усиление их по току и обеспечивает низкое выходное сопротивление первичного преобразователя.

С выхода подавителя напряжения 5 электрические сигналы поступают через соединительный кабель на вход коммутирующего узла 6, входящего в состав вторичного регистрирующего прибора.

В режиме регистрации механических вибраций коммутирующий узел 6 представляет собой перемычку.

В режиме измерения уровня жидкости в скважине коммутирующий узел 6 выполняет роль делителя напряжения, что необходимо для исключения перегрузки последующих устройств по входным сигналам.

С выхода коммутирующего узла 6 электрические сигналы поступают на вход подавителя сетевых наводок 7, который производит подавление сигналов на частоте промышленной сети.

С выхода подавителя сетевых наводок 7 сигналы поступают на вход фильтра нижних частот 8, который производит ограничение полосы пропускаемых частот на заданном уровне.

С выхода фильтра 8 электрические сигналы поступают на вход регулируемого усилителя 10, с выхода которого усиленные до необходимого уровня сигналы поступают на вход регистрирующего узла 11, который производит запись электрических сигналов на первичный документ при включении лентопротяжного механизма 12.

При экспериментальных исследованиях устройства датчик 1 выполнен из титаната бария в виде полого цилиндра, симметрирующий узел 2 реализован в виде двух одинаковых резисторов с номиналом 499 кОм и заземленной общей точкой, ограничитель сигналов 3 выполнен в виде двух встречнопараллельно включенных кремниевых диодов.

Предварительный усилитель 4 реализован на микросхеме 544 УД1 в виде симметричного масштабного усилителя с коэффициентом 10. Повторитель напряжения 5 реализован на микросхеме 544УД1 со 100%-й отрицательной обратной связью.

Коммутирующий узел 6 выполнен в виде переключаемого делителя напряжения с соотношением плечей 1:20, подавитель сетевых наводок 7 реализован в виде двойного Т-образного моста с частотой режекции 50 Гц.

Фильтр нижних частот 8 реализован по схеме фильтра Бесселя 4-го порядка на двух активных звеньях.

Регулируемый усилитель 10 реализован по схеме масштабного усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, например, с помощью переключателя и резисторов в цепи отрицательной обратной связи. Переключатель в регулируемом усилителе 10 выбран на 8 положений. Номиналы резисторов подобраны таким образом, чтобы обеспечить фиксированные значения коэффициентов усиления 1:1; 1:2; 1:4; 1:8; 1:16; 1:32; 1:64; 1:128.

Калибратор времени 9 реализован в виде кварцевого генератора с делителем частоты и делителем напряжения на его выходе. Период колебаний на выходе делителя частоты выбран равным 1 с ± 0,001%.

Регистрирующий узел 10 и лентопротяжный механизм 12 использовались от электрокардиографа ЭК1Т-ОЗМ.

Конструктивно пьезодатчик 1, симметрирующий узел 2, ограничитель сигналов 3, предварительный усилитель 4 и повторитель 5 выполнены в одном корпусе первичного преобразователя, называемого "волномером".

Коммутирующий узел 6, подавитель сетевых наводок 7, фильтр нижних частот 8, калибратор времени 9, регулируемый усилитель 10, регистрирующий узел 11 и лентопротяжный механизм 12 выполнены в виде отдельного прибора, называемого "регистратором".

При работе с устройством волномер подсоединят к патрубку для эхолотирования на устье скважины и соединят с регистратором через сигнальный кабель. Далее открывают задвижку на патрубке для эхолотирования и в установившемся режиме скважины производят регистрацию уровня вибраций.

Процесс регистрации уровня вибраций при выводе УЭЦН на рабочий режим проводят для согласования мощности погружного электродвигателя с мощностью, потребляемой насосом.

С этой целью производят регулирование мощности электродвигателя и напора насоса до получения минимального уровня вибраций при заданном значении производительности насоса.

Уровень вибраций регистрируют и измеряют при фиксированных значениях коэффициентов усиления для сохранения одинакового масштаба. Регистрацию уровня вибраций производят путем записи сигналов на первичный документ, например термочувствительную бумагу. Полученный документ называют "виброграммой". Запись виброграммы производит регистрирующий узел 11 при включении лентопротяжного механизма 12.

Для записи виброграммы в усилителе 10 устанавливают такое значение коэффициента усиления, при котором амплитуда колебаний термопера в регистрирующем узле 11 составляет примерно 20 - 40 мм по максимальному размаху. При этом на виброграмме отмечают значение коэффициента усиления в относительных единицах и производят регулирование мощности электродвигателя, например, путем изменения напряжения питающего трансформатора, фиксируя при этом значение рабочих токов в обмотках электродвигателя или же измеряя мощность непосредственно с помощью ваттметра. Если в процессе регулирования уровень вибраций УЭЦН увеличивается и выходит за пределы интервала записи, то в усилителе 11 уменьшают коэффициент усиления, например, в два раза. При измерении уровня вибраций в данном случае следует умножить на два полученное значение.

При уменьшении уровня вибраций, например, ниже 10 мм по размаху термопера увеличивают коэффициент усиления, а при измерении применяют соответствующий коэффициент.

Коммутирующий узел 6 при регистрации и измерении уровня вибраций устанавливают в положение "диагностика".

Полученную в итоге контрольную виброграмму, соответствующую минимальному уровню вибраций при заданном значении производительности насоса, используют при последующем периодическом контроле установки. Оценку технического состояния УЭЦН производят по уровню и характеру вибраций относительно контрольной виброграммы.

Измерение уровня жидкости производят в режиме "локация", который устанавливают переключением коммутирующего узла 6. Коммутирующий узел 6 ослабляет сигнал в данном режиме примерно в 20 раз.

Зондирующий сигнал в режиме "локация" производят путем нажатия на рычаг подпружиненного клапана, установленного в волномере. При этом акустическая волна, вызванная кратковременным стравливанием газа, распространяется по затрубному пространству, представляющему собой закрытый акустический канал, до границы раздела сред "газ-жидкость", отражается от него и возвращается на устье скважины.

Измерение уровня жидкости производят по интервалу между зондирующим и отраженным сигналом с учетом скорости движения лентопротяжного механизма 12 и скорости звука в скважине.

В результате экспериментальных исследований устройства установлено следующее.

Устройство позволяет регистрировать и измерять уровень вибраций в затрубном пространстве скважин, оборудованных УЭЦН, во всем интервале глубин подвески насосов и уровней жидкости в скважине. При этом уровень вибраций существенно зависит от режима работы насосной установки и изменяется по полученным данным от 1,5 до 9 раз для различных экземпляров УЭЦН. Выбор режима работы УЭЦН позволяет значительно увеличить срок их
службы, в частности, можно прогнозировать увеличение интервала межремонтного периода скважин в 1,25-2 раза в зависимости от исходного состояния установки.

Устройство позволяет регистрировать сигналы, вызванные колебаниями в газовом столбе скважины при работе станков-качалок, с целью контроля технического состояния штанговых глубинных насосов.

Устройство позволяет измерять уровень жидкости в газлифтных и насосных скважинах в интервале от 7 до 3 000 м во всем диапазоне рабочих давлений затрубного пространства с погрешностью, не превышающей ± 2% при известном значении скорости звука в скважине.

В итоге предлагаемое устройство может быть использовано для контроля технического состояния УЭЦН при выводе ее на рабочий режим и в процессе дальнейшей эксплуатации, а также для измерения уровня жидкости в скважинах и контроля технического состояния станков-качалок по оперативной методике.

Источники информации
1. Устройство для измерения уровня жидкости в скважине. Федотов В.И., Федотов А.В. Патент РФ N 2030577.

Изобретение предназначено для контроля технического состояния электрической центробежной насосной установки, а также может быть использовано для диагностики штанговых глубинных насосов и измерения уровня жидкости в скважинах. Устройство содержит первичный преобразователь с пьезокерамическим датчиком и вторичный регистрирующий прибор, выполненный в виде последовательно соединенных подавителя сетевых наводок, фильтра нижних частот, регулируемого усилителя и регистрирующего узла. Ко второму входу узла подключен лентопротяжный механизм, а к входу усилителя дополнительно подключен калибратор времени. В первичном преобразователе к выходу датчика последовательно подключен симметрирующий узел, ограничитель сигналов, предварительный усилитель и повторитель напряжения. Во вторичном регистрирующем приборе к входу подавителя сетевых наводок дополнительно подключен коммутирующий узел. Регулируемый усилитель выполнен с фиксированными положениями коэффициентов усиления, значения которых выбраны в соотношении 1:1, 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32; 1:64, 1: 128. Устройство позволяет регистрировать и измерять уровень вибраций в затрубном пространстве скважин, который зависит от режима работы насосной установки. 1 ил.

Устройство для контроля технического состояния электрической центробежной насосной установки, содержащее первичный преобразователь с пьезоэлектрическим датчиком и вторичный регистрирующий прибор, выполненный в виде последовательно соединенных подавителя сетевых наводок, фильтра нижних частот, регулируемого усилителя и регистрирующего узла, ко второму входу которого подключен лентопротяжный механизм, а к входу усилителя дополнительно подключен калибратор времени, отличающееся тем, что в первичном преобразователе к выходу датчика последовательно подключены симметрирующий узел, ограничитель сигналов, предварительный усилитель и повторитель напряжения, а во вторичном регистрирующем приборе к выходу подавителя сетевых наводок дополнительно подключен коммутирующий узел, причем регулируемый усилитель выполнен с фиксированными положениями коэффициентов усиления, значения которых выбраны в соотношении 1 : 1; 1 : 2; 1 : 4; 1 : 8; 1 : 16; 1 : 32; 1 : 64; 1 : 128.