УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ДЕБИТА НЕФТИ ДЛЯ ШТАНГОВЫХ ГЛУБИННО-НАСОСНЫХ УСТАНОВОК Российский патент 2004 года по МПК F04B47/00 F04B51/00 

Изобретение относится к области нефтедобычи и применимо для диагностирования состояния скважинных штанговых глубинно-насосных установок (ШГНУ) и подсчета дебита ШГНУ.

Известна система телединамометрирования глубинных штанговых насосов (патент РФ №2160385, МПК F 04 В 47/00, бюл. №15, 2001 г.), содержащая установленные на каждой глубинно-насосной установке датчики усилия, соединенные с коммутатором. Через канал связи датчики усилия соединены с приемным трактом измерения усилия, выход которого соединен с входом блока масштабирования, последовательно соединенного с блоком селектирования и вычислительным устройством. Блок адаптирующихся колебаний выполнен из последовательно соединенных блока измерения периода хода полированного штока, генератора синусоидальных колебаний и интегратора. Выход блока адаптирующихся колебаний подключен к входу блока масштабирования.

Дополнительно введен блок определения положения полированного штока, выполненного из последовательно соединенных блока дифференцирования и блока формирования импульсов. Вход блока определения положения полированного штока соединен с приемным трактом измерения усилия, а его выход соединен с блоком измерения периода кода полированного штока.

Недостатком такой системы является низкая надежность из-за наличия проводов связи и питания, зависимость от приемника информации и источника внешнего питания, что приводит при сбоях к потерям информации, наличие погрешности в измерениях.

Наиболее близким к заявляемому только в части измерения усилий является устройство для диагностирования состояния скважинного глубинно-насосного оборудования, содержащее измерительный модуль, состоящий из датчика усилия, установленного в узле канатной подвески, и датчика положения, взаимодействующего с полированным штоком станка-качалки, и блок регистрации сигналов с приемными трактами измерения усилия, периода хода полированного штока (см. патент РФ №2168653, приоритет от 06.09.1999 г., МПК F 04 B 47/00, бюл. №16, 2001 г.). Запись информации по усилию происходит после того, как устройство получит сигнал от датчика положения штока и определит период хода ШГНУ, следующим образом: сигнал о периоде поступает в генератор синусоидальных колебаний, сигнал с генератора поступает на вход мультиплексора одновременно с сигналом датчика положения о начале периода хода ШГНУ и одновременно происходит запись информации по усилию как функции от сигнала генератора синусоидального сигнала, т.о. в память записывается зависимость "усилие-перемещение".

К недостаткам такого способа записи информации, реализуемого техническим решением по патенту №2168653, относится погрешность при имитации перемещения штока ШГНУ с помощью генератора синусоидального сигнала, т.к. генератор имеет свою погрешность и, кроме того, функция реального перемещения полированного штока ШГНУ не является синусоидальной, а имеет более сложную формулу и зависит от величины сил трения в скважине, мощности насоса, глубины подвеса и др. величин (см. Т.М. Алиев и др. "Телединамометрирование глубинно-насосных скважин". Баку, Азербнешр, 1963), таким образом, устройство сохраняет в памяти уже искаженную информацию.

К недостаткам этого устройства также относится наличие датчика положения, усложняющего монтаж и эксплуатацию из-за наличия проводов, вследствие чего падает надежность системы, усложняется схема устройства и его наладка при массовой эксплуатации.

Задачей создания предлагаемого изобретения является разработка устройства, которое позволяет получать и накапливать информацию о работе ШГНУ и дебите ШГНУ, увеличить точность измерений, обеспечить надежность и снизить затраты на производство.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, таких как устройство контроля дебита нефти для штанговых глубинно-насосных установок, содержащее измерительный модуль, который включает преобразователь усилия в напряжение, установленный между траверсами штанговой глубинно-насосной установки, тракт измерения усилия включает в себя усилитель, мультиплексор с раздельными входами, аналого-цифровой преобразователь, кроме того, блок регистрации содержит микропроцессор со встроенными постоянным запоминающим устройством и оперативным запоминающим устройством, при этом выход преобразователя усилия соединен с входом усилителя, а выход усилителя - с входом мультиплексора, выход мультиплексора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, который подключен к порту микропроцессора, при этом, микропроцессор подсоединен своим портом к мультиплексору, и отличительных существенных признаков, таких как блок регистрации с трактом измерения усилия, представляет собой один узел с измерительным модулем, при этом блок регистрации дополнительно содержит часы реального времени, блок питания, аккумуляторную батарею и резервную батарею питания, причем резервная батарея питания подключена к часам реального времени, подключенным к двунаправленному порту микропроцессора, и выходом - к блоку питания, при этом аккумуляторная батарея и источник внешнего питания подключены к блоку питания, а выход блока питания к входу мультиплексора, при этом микропроцессор подключен к частотному передатчику, к блоку перезапуска микропроцессора, выход которого подключен к входу сброса микропроцессора, и двунаправленными портами, к дополнительно введенному в блок регистрации перепрограммируемому постоянному запоминающему устройству и к двунаправленному порту ввода-вывода на внешние устройства.

Поставленную задачу можно решить, отказавшись от использования датчика положения и генератора синусоидальных колебаний, который имитирует пройденный путь полированного штока ШГНУ при возвратно-поступательном движении и вносит погрешность в измерения, а производить запись информации в память, поступающей с преобразователя усилий (ПУ) в течение нескольких периодов хода полированного штока. Информация записывается как линейная функция от времени, задается период квантования с использованием часов реального времени с высокой точностью, после чего, полученная информация анализируется по соответствующей программе методом быстрого преобразования Фурье с целью вычисления периода колебаний. Далее оцениваются точки излома графика и определяется точка восприятия нагрузки, которая является началом периода колебаний. Полученный период в виде "усилие-время" записывается в перезаписываемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) блока регистрации (БР) и анализируется известными методами для получения коэффициента подачи ШГНУ и текущею дебита, эти значения также заносятся в ППЗУ. Полученная информация: зависимость "усилие-время", коэффициент подачи, дебит и время измерения, записанная в ППЗУ БР, накапливается для дальнейшей выгрузки в персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ) и обработки известными методами для линейных функций, а также сложных функций, более точно имитирующих реальное перемещение полированного штока ШГНУ. с учетом всех параметров примененного оборудования ШГНУ и индивидуального различия скважин и построения на их основе зависимостей "усилие-перемещение", т.е. динамограмм для целей учета и анализа. Дополнительно введены в блок схему БР часы реального времени с будильником (ТАЙМЕР), которые позволяют производить измерения в реальном масштабе времени, выдерживать необходимые интервалы времени между измерениями и технологические задержки, а также осуществлять запуск измерений в заданное время. Для обеспечения автономной работы введена аккумуляторная батарея (АКК). Введен блок питания с возможностью управления от микропроцессора и таймера, что позволяет экономично использовать ресурсы аккумулятора. Дополнительно введен блок частотного передатчика (ЧП), обеспечивающий передачу информации. Введен двунаправленный порт ввода вывода (В/В). Введен блок перезапуска микропроцессора (БПМ), обеспечивающий перезапуск микропроцессора в случае его остановки по какой-либо причине. Введена дополнительная резервная батарея питания для обеспечения бесперебойной работы ТАЙМЕРА.

Указанные выше отличительные признаки, каждый в отдельности и все совместно, направлены на решение поставленной задачи и являются существенными. Использование существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности "новизна".

Единая совокупность новых существенных признаков с общими известными обеспечивает решение поставленной задачи, является не очевидным для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего его примера реализации и прилагаемой блок-схемой на чертеже.

Устройство для контроля дебита нефти для штанговых глубинно-насосных установок содержит измерительный модуль 1, зажимаемый между траверсами ШГНУ таким образом, чтобы усилия, действующие в штангах ШГНУ, полностью передавались на измерительный модуль, включающий в себя преобразователь усилия в напряжение 2, блок регистрации 3 с трактом измерения усилия, представляющий собой один узел с блоком измерений, тракт измерения усилия включает в себя усилитель 4, мультиплексор 5 с раздельными входами, АЦП 6, кроме того, блок регистрации 3 содержит микропроцессор 7 с встроенным ПЗУ и ОЗУ, при этом выход преобразователя усилия 2 соединен с входом усилителя 4, а выход усилителя 4 с первым входом мультиплексора 5, выход мультиплексора 5 подключен к входу АЦП, который подключен к порту микропроцессора, при этом микропроцессор 7 подключен своим портом к мультиплексору 5. Блок регистрации 3 дополнительно содержит часы реального времени 8, блок питания 9, аккумуляторную батарею 10 и резервную батарею питания 11. Резервная батарея питания 11 подключена к часам реального времени 8, которые подключены к двунаправленному порту микропроцессора 7 и к блоку питания 9, аккумуляторная батарея 10 и источник внешнего питания подключены к входам блока питания 9, а выход блока питания подключен к входу мультиплексора 5, при этом микропроцессор 7 связан двунаправленным портом с дополнительно введенным в блок регистрации 3 перепрограммируемым постоянным запоминающим устройством 13, микропроцессор 7 подключен своим выходом к частотному передатчику 14 и к блоку перезапуска микропроцессора 15, а блок перезапуска микропроцессора 15 подключен своим выходом к входу сброса микропроцессора 7, микропроцессор 7 подключен двунаправленным портом к устройству ввода-вывода 12.

Перед описанием работы принимаем, что масштабный коэффициент по усилию определен и записан в память, нуль измерительного канала усилий установлен.

Работает устройство следующим образом: запуск БР 3 происходит с помощью ТАЙМЕРА 8, который выдает команду на включение БП 9, измерительный модуль 1 и БР 3 представляют собой один узел, зажимаемый между траверсами штанговой глубинно-насосной установки таким образом, чтобы усилия, действующие в штангах, полностью передавались на измерительный модуль, преобразователь усилий 2 - это мост из тензорезисторов, преобразует информацию об усилии, приложенном к полированному штоку, в сигналы, которые через усилитель 4 поступают на вход мультиплексора 5 и далее, через АЦП 6 поступает в МП 7, который осуществляет прием и обработку информации в соответствии с заданной программой, МП 7 начинает запись сигнала ПУ 2 в собственное ОЗУ и прекращает запись через некоторое время. В результате работы программы получаем записанный в ППЗУ 13 один период колебаний ШГНУ в виде "усилие-время" и др. информацию. После чего ТАЙМЕР 8 выдает команду на выключение БП 9 и через некоторое время опять на включение и т.д., передача информации осуществляется с помощью частотного передатчика ЧП 14 и также двунаправленного порта ввода/вывода 12.

Съем информации производится периодически с помощью портативного компьютера или специального накопительного устройства по линии связи или с помощью частотного передатчика.

Устройство предназначено для использования в области нефтедобычи в составе информационно-измерительных систем, применяется для контроля за работой штанговых глубинно-насосных установок (ШГНУ), а также для косвенного подсчета количества добытой нефти и обеспечивает сбор и накопление информации о работе ШГНУ. Состоит из установленных на каждой ШГНУ измерительного модуля (ИМ) и блока регистрации (БР). Съем информации производится периодически с помощью портативного компьютера или специального накопительного устройства по линии связи или с помощью частотного передатчика. ИМ состоит из преобразователя усилий (ПУ), который подключается к усилителю сигнала блока БР, включающего в себя мультиплексор (М), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок питания (БП), часы реального времени с будильником, микропроцессор (МП), имеющий в своем составе постоянно запоминающее устройство, последовательный двунаправленный порт ввода/вывода информации (В/В), аккумуляторную батарею, резервную батарею питания, частотный передатчик, блок перезапуска микропроцессора при его остановке. ИМ и БР устанавливаются в траверсы ШГНУ. Позволяет получать и накапливать информацию о работе и дебите ШГНУ, увеличить точность измерений, обеспечить надежность и снизить затраты на производство. 1 ил.

Устройство контроля дебита нефти для штанговых глубинно-насосных установок, содержащее измерительный модуль, который включает преобразователь усилия в напряжение, установленный между траверсами штанговой глубинно-насосной установки, тракт измерения усилия который включает в себя усилитель, мультиплексор с раздельными входами, аналого-цифровой преобразователь, кроме того, блок регистрации, который содержит микропроцессор со встроенными постоянным запоминающим устройством и оперативным запоминающим устройством, при этом выход преобразователя усилия соединен с входом усилителя, а выход усилителя - с входом мультиплексора, выход мультиплексора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, который подключен к порту микропроцессора, при этом микропроцессор подсоединен своим портом к мультиплексору, отличающееся тем, что блок регистрации с трактом измерения усилия представляет собой один узел с измерительным модулем, при этом блок регистрации дополнительно содержит часы реального времени, блок питания, аккумуляторную батарею и резервную батарею питания, причем резервная батарея питания подключена к часам реального времени, подключенным к двунаправленному порту микропроцессора, и выходом - к блоку питания, при этом аккумуляторная батарея и источник внешнего питания подключены к блоку питания, а выход блока питания - к входу мультиплексора, при этом микропроцессор подключен к частотному передатчику, к блоку перезапуска микропроцессора, выход которого подключен к входу сброса микропроцессора, и двунаправленными портами, к дополнительно введенному в блок регистрации перепрограммируемому постоянному запоминающему устройству и к двунаправленному порту ввода-вывода на внешние устройства.