Устройство для автоматического управления глубинно-насосной установкой малодебитных нефтяных скважин Советский патент 1983 года по МПК E21B43/00 

Изобретение относится к,нефтедобы че и может быть использовано для автоматического управления работой мал дебитных глубинно-насосных нефтяных скважин, эксплуатирующихся в режиме периодической откачки жидкости. Известны устройства для автоматического управления глубинно-насосной установкой малодебитных нефтяных скважин, содержащие блок индикации, датчик усилия, подключенный через фиксатор нулевого уровня к одному из входов блока формирования команд отключения двигателя, состоящего из трех счетчиков, логических схем и сх мы совпадения,, выход которой подключен через выходной триггер к исполнительному реле, а формирователь напряжения сети подключен к другому входу блока формирования команд откл чения двигателя, связанному несколь -- . л. КЛ л. J in f4rf УТ С4Г1 . JD КИМИ шинами с блоком управления 1 и 2 В настоящее время для повышения технико-экономических показателей ма лодебитных глубинно-насосных скважин широко применяется тежим автоматичес кой периодической-откачки, при кото ром глубинно-насосная установка вклю чается в работу по истечению заданного времени нако пления жидкости и. останавливается jjaK только уровень жидкости в затрубном пространстве по нижается до приема насоса. Недостатком устройства является т ЧТО-оно не обеспечивает требуемую надежность работы в режиме периодиче кой откачки жидкости. . Цель изобретения - повышение надежности работы в режиме периодической откачки жидкости. Поставленная цель достигается тем что устройство для автоматического управления глубинно-насосной установ кой малодебитных нефтяных скважин, содержащее блок индикации, датчик усилия, подключенный через фиксатор нулевого уровня к одному из входов блока формирования команд отключения двигателя, состоящего из трех счетчиков, логических схем и схемы совпадения, выход которой подключен через выходной триггер к исполнительному реле, а формирователь напря жения сети подключен к другому входу блока формирования команд отключения двигателя, связанному несколькями шинами с блоком управления, снабжено последовательно соединенными дополнительной схемой совпадения и счетчиком времени аботы глубинно-насосной, установки, при этом один из входов дополнительной схемы совпадения подключен к выходу выходного триггера, адругой ее вход соединен с выходомформирователя напряжения сети, причем выход счетчика времени работы глубинно-насосной установки подключен к блоку индикации. На фиг.1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2 временная зависимость сигнала усиЛИЯ, получаемого на выходе датчика усилия системы телединамометрировання; на фиг. 3 - блок-схема алгоритма функционирования устройства. Устройство содержит датчик 1 усилия, фиксатор 2 нулевого уровня, счетчик 3 длительности импульса датчика усилия, счетчик 4 числа циклов незаполнёния насоса, счетчик 5 числа циклов работы насоса, формирователь 6 напряжения сети, первую логическую схему 7, вторую логическую схему 8, блок 9 управления операциями, схему 10 совпадения, выходной-триггер 11, исполнительное реле .12, счетчик 13 времени работы глубинно-насосной установки, блок 14 индикации, И1, И2 и ИЗ - соответственно первый, вто,.,,.,fЛ.,AIN. ft-i л. рой и третий элементы И, ИЛИ1, ИЛИ2 и ИЛИЗ - соответственно первый, второТГи третий элемент ИЛИ, через а обозначены счетные.входы счетчиков 3-5 и 13,«2 сбросные входы счетчиков, а5 - выход переноса разр)вдных двоичных счетчиков 3 и 4 на следующий сметчик при достижении подсчитываемых импульсов на 2 , а - выход счетчиков, т.е. двоичный код, полученный на выходе d, характеризует содержимое соответствующего счетчика. На фнг.2 приведена временная зависимость сигнала усилия, получаемо ° на выходе датчика усилия системы телединамометрирования, где Р усилия, t - время, кривая АБСДЛ соответствует случаю полного заполнения насоса жидкостью, кривая АВСС.Д.Л соответствует случаю неполного заполнения насоса жидкостью, длительность импульса датчика усилИя при полном заполнении насоса жидкостью ib.3aA длительность импульса датчика усилия при заданном коэффициенте заполнения насоса жидкостью, т.е. при неполном заполнении насоса жид- . костью; Т - длительность одного периода работы глубинного насоса 10 с ), линия ОО соответствует нулевому уровню сигнала PCt) . На фйг.З приведена блок-схема алгоритма функционирования- устройства, где А 1,...А б - операторные вершины алгоритма; XI, Х2 и ХЗ условные вершины алгоритма; Пр - ЧИСло циклов работы насоса, П, - число циклов незаполнения насоса; tn текущее значение времени накопления жидкости; t ц - заданное значение времени накопления жидкости. Устройство работает следующим образом. При включении устройства, т.е. при поступлении сигнала Пуск счетчик 13, а также с соответствующих выходов блока 9 управления операциями счетчики, 3-5. сбрасываются в нулевое состояние. Далее выполняется оператор А1, т.е. сигналом с соответствующего выхода блока 9 управления операциями выходной триггер 11 устанавливает ся в состояние 1, поэтому срабатывает исполнительное реле 12 и вклю чается электродвигатель станка-качалки. Кроме того, при установлении выходного триггера.11 в состояние 1, выход которого подключен на оди из входов элемента ИЗ, импульсы частотой 25 Гц с выхода формирователя 6 напряжения проходят -через элемент ИЗ и заполняют счетчик 13 времени работ глубинно-насосной установки. Таким образом выполняется оператор А1. Далее выполняется оператор Л2, т сигнал Pi.t) с выхода датчика 1 усил поступает на вход фиксатора 2 нулево го уровня и фиксируется на нулевом уровне СО. Это позволяет независимо рт изменения нуля датчика усилия сиг нал P(t) получить, на постоянном уровне, что необходимо для точного измерения длительности ij, (фиг. 2). . Потом выполняется оператор A3, т.е. счетчиком 3 длительность сигнала усилия t, преобразуется в цифро.вой код. Как видно из фиг.1 счетный вход счетчика 3 через элемент ИЛИ1 подключен к выходу элемента И1. Так как входы элемента И1 подключены соответственно к выходу формирователя 6 .напряжения сети и фиксатора 2 нул1в6го уровня, то в течение времени наличия сигнала усилия АВСД (фиг т.е. высокого потенциала на выходе фиксатора 2 нулевого уровня, импуль сы,частотой 25 Гц с выхода формиро вателя б, пройдя через элементы И1 и ИЛИ 1 заполняют счетчик 3. ...,... Таким образом, длительность преобразуется счетчиком 3 в цифровой код. Поскольку максимальная длитель ность сигнала усклкя- 9 с, то разрядность (8 двоичных разрядов ) счетчика 3 вполне достаточно для пр образования ty в цифровой код за один период Т. При прекращении дей ствия сигнала усилия АВСД (фиг.2) импульсы через элемент И1 не проходят. Так как выход элемента И1 соед нен с соответствующим входом блока 9 управления операциями, то при прекращении прохождения импульсов чере элемент И1 блок 9 управления операциями вырабатывает сигнал,, в резуль тате чего в промежутке времени Т-1 т.е. до начала действия сигнала уси лия АБСД (фиг.2), импульсы через элемент И2 не проходят. Так уак выход элемента И1 соединен с соответствующим входом блока 9 управления операциями, при прекращении про хождения импульсов через элемент И1 блок 9 управления операциями вырабатывает сигнал.в результате i чего в промежутке времени (Т т.е. до начала действия сигнала усилия АБСД следующего периода Т (фиг.2), выполняется оператор XI. , Так как второй вход первой логической схемы 7 соединен с выходом счетчика 3,то в первой логической схеме 7 происходит сравнение значения iy c-ty f cnyiiy i. .то это означает, что коэффициент заполнения насоса еще не снизилоя- до заданной величины. При этом на выходе первой логической схемы 7 получается сигнал О, который поступает на вход элемента ИЛИ 2 к на вход блока 9 управления операциями. При этом блок 9 управления операциями сбрасывает счетчик 3 в нулевое состояние и в следующем периоде Т действия сигнала усилия АБСД опять выполняется оператор A3. Если i.y7/iy , то это означает, что возможно уже коэффициент заполнения насоса снизился до заданной величины. При этом на выходе первой логической схемы 7 получается сигнал 1, который поступает на if ход блока 9 управления операциями, и,пройдя через элемент ИЛИ2, поступает на счетный вход счетчика 4. При этом устройство переходит к выполнению оператора А4 (однако выполнение операций по оператору A3 продолжается, т.е. блок 9 управления операциями сбрасывает счетчик 3 в нулевое состояние ив следующем периоде Т действия сигнала усилия АБСД опять выполняется оператор A3. Выполнение операций по 5ператору A3 прекращается при п р)При выполнении оператора А4 счетчик 4 подсчитывает число -циклов не- заполнения насоса Пц , а счетчик 5 подсчитывает число циклов работы насоса По . Подсчет продолжается в течение 16 циклов работы насоса, т.е. до Г)р 16. Это происходит следующим образом. Если ty ty3ctAi ° выходе первой логической cxeiJttd 7 получается сигнал 1, который, пройдя через элемент ИЛИ 2, поступает на счетный вход счетчика 4. Так как полученныйна выходе первой логической схемы 7 сигнал 1 соответствует незаполнению насоса в данном цикле работы насоса, то счетчик 4 подсчитывает число циклов незаполнения насоса Пн Кроме того, в каждом периоде работы насоса с выхода блока 9 управления операциями через элемент ИЛИ 3 на счетный вхо;: счетчика 5 подается один импульс. Этот импульс вырабатывается от сигнала датчика 1 усилия, выход которого подключен к входу фиксатора 2 .нулевого уровня. Так как выход фиксатора 2 нулевого уровня .подключен на вход И1, то блок 9 управления операциями от каждого сигнала датчика усилия АБСД (фиг.2) вырабатывает один импульс и подает на вход элемента ИЛИЗ, вы ход которого подключен на вход счетчика. 5. Таким образом, сче чики 4 и 5 соответственно подсчитывают Hf и Пр. После того, как блок 9 управления операциями вырабаты. вает 16 импульсов, устройство переходит к выполнению оператора Х2. При выполнении оператора Х2 срав ниваются содержимые счетчиков 4 и Так как выходы счетчиков 5 и 4 подключены к входам схемы 10 совпадения, то в ней происходит сравнение у Пр . Если снижение коэффицие та заполнения насоса до заданной ве личины считается случайным. При это на первом выходе схемы 10 совпадени получается сигнал 1, который пост пает на вход блока 9 управления опе рациями. При этом блок 9 управлени операциями сбрасывает счетчики 4- и в. нулевое состояние4. Кроме того, блок 9 управления операциями возвращает устройство к выполнению опе ратора ЛЗ. Если , тоснижение коэффици ента заполнения насоса до заданной величины считается достоверным. При этом на втором выходе схемы 10 совпадения получается сигнал 1, который поступает на вход блока 9 управления операциями. При этом блок 9 управления операциями сбрасывает счетчики 4 и 5 в нулевое состояние. Кроме того, сигнал 1 с второго выхода схемы 10 совпадения поступает на вход выходного триггера 11 и переключает его в нулевое состояние и устройство переходит к выполнению оператора А5. При выполнении оператора А5, т.е при переходе выходного триггера 11 в нулевое состояние, обесточивает.ся исполнительное реле 12 и выключа ется электродвигатель станка-качалки. Кроме того, при переходе выходного триггера 11 в состояние О, в ход которого подключен на один из выходов элемента ИЗ, импульсы частотой 25 Гц с выхода формирователя 6 напряжения сети через элемент ИЗ не проходят и поэтому заполнение счетчика 13 времени работы глубинно-насосной установки прекращается, т.е. заканчивается подсчет времени ее работы. Далее выполняется оператор Аб, т.е. устройство переходит к подсчёту времени накопления жидкости t. При этом последовательно соединенные через элементы ИЛИ2 и 3 счетчики 3 - 5 образуют 24-разрядный двоичный счетчик и используются для подсчета времени накопления жидкости -tn Так как электродвигатель станка-качалки выключен, то на выхо. .де датчика 1 усилия сигнал не получается и импульсы через элемент И2 не проходят. Как видно из фи.г.1 выход формирователя 6 напряжения сети подключен на первый вход элемента И2, второй вход которого подключен к выходу блока 9 управления операциями. Так как при выполнении оператора Аб на второй вход элемента И2 с выхода блока 9 управления операциями подается высокий потенциал, то поэтому импульсы частотой 25 Гц с выхода формирователя б напряжения сети, пройдя через элементы И2 и ИЛИ 1, поступают на счетный вход счетчика 3, т.е. последовательно соединенные счетчики 3 - 5 подсчитывают время накопления жидкости н. При этом сигнал переноса с выхода счетчика 3, пройдя через элемент ИЛИ2, поступает на счетный вход счетчика 4. Аналогично ригнал переноса с выхода счетчика 4, пройдя через элемент ИЛИ 3, поступает на счетный вход счетчика 5. Далее выполняется оператор ХЗ. Как видно из.фиг.1 выходы счетчиков 3-5 подключены к входам второй логической схемы 8, т.е. к второй логической схеме 8 подается текулдее значение Гвремени накопления жидкости t , а заданное значение времени накопления жидкости нзад заранее устанавливает ся во второй логической схеме 8. Поэтому в.о второй логической схеме 8 происходит сравнение tfi с заданной величиной tn3ciA Если-Ь -1ц5(лд,то на выходе второй логической cxeivbj 8 получается сигнал О и поэтому подсчет времени накопления жидкости продолжается. Если ,j,,TO на выходе второй логической схемы 8 получается сигнал 1, который поступает на вход блока 9 управления операциями. При этом блок 9 управления операциями вырабатывает соответствующие сигналы,, а счетчики 3 - 5 сбрасываются в нулевое состояние. Далее начинается новый цикл управления работой глубинно-насосной установки,т.е. опять выполняется оператор А1. При этом опять сигналом с соответствующего выхода блока 9 управления операциями выходной триггер 11 устанавливается.в состояние 1, поэтому срабатывает исполнительное реле 12 и включается электродвигатель станкакачалки. Креме того, при установлении выходного триггера 11 в состояние 1, выход которого подключен на один из входов элемента ИЗ, импульсы частотой 25 Гц с выхода формирователя б. напряжения проходят через )лемент ИЗ и заполняют счетчик 13

времени работы глубинно-насосной установки. Таким образом выполняется оператор А1.

Потом выполняется оператор А2 и т.д.

Таким образом, счетчик 13 подсчитывает фактическое су1«4арное время работы глубинно-насосной установки а блок 14 индикации показывает фактическое суммарное время работы глу;бинно-насосной установки. Поэтому по изменению показаний блока 14 индикации за определённый промежуток времени определяется эффективность .эксплуатации скважийы в режиме периодической откачки жидкости и в соответствии с этим значением производятся изменения режима эксплуатации.

Предлагаемое устройство построено на интегральных микросхемах серии К155. Проведенные испытания такого устройства показали правильность его принципа построения ивысокую эксплуатационную нгщежнЬсть.

Предлагаемое устройство позволяет существенно повысить технико-эко|Номические показатели глубинно-насосных скважин,.эксплуатирующихся в режиме периодической откачки жидкости .

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГЛУБИННО-НАСОСНОЙ УСТАНОВКОЙ МЛЛОДЕВИТНЫХ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН, содержащее блок индикации, датчик усилия, подключенный через фиксатор нулевого уровня к одному из входов блока формирования команд отключения двигателя, состоящего из трех счетчиков, логических схем и ;хемы совпадения, выход которой подключен через выходной триггер к исполнительному реле, а формирователь напряжения сети подключен к другому входу блока формирования команд отключения двигателя, связанному несколькими шинами с блоком управления, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы в режиме периодической откачки жидкости, оно снабжено последовательно соединенными дополнительной схемой совпадения и счетчиком времени работы глубинно-насосной установки, при этом один из входов дополнительной схемы совпадения подключен к выходу выходного триггера, а другой ее вход (Л соединен с выходом формирователя напряжения сети, причем выход счетчика времени работы глубинно-насосной установки подключен к блоку индикации .