Устройство для автоматического управления глубиннонасосными установками малодебитных нефтяных скважин Советский патент 1983 года по МПК F04B47/00 E21B43/00 

Изобретение относится к нефтедобычи и предназначено для автоматического управления работой малодебитных нефтяных скважин, эксплуатирующихся в режиме периодической откачки жидкости.

Для повышения технико-экономических показателей малодебитных глубиннонасосных скважин широко применяется режим программного управления периодической откачки жидкости, при котором глубиннонасосная установка включается в работу по истечении заданного времени накопления жидкости и останавливается по истечению времени откачки жидкости.

Известно устройство для автоматического управления глубиннонасосной установкой малодебитных нефтяных скважин, содержащее датчик усилий, блок отключения двигателя станка-качалки, блок управления, выходы которого подключены ко входам счетчика длительности импульса датчика усилий, счетчик циклов работы насоса и счетчик числа циклов незаполнения насоса, схему совпадения и схемы сравнения 1.

Недостатком этого устройства является то, что перед его установкой на скважине требуется проведение предварительных измерений для выявления значения уставки и последующей настройки на параметры это.й скважины, что снижает его надежность.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для автоматического управления глубиннонасосной установкой малодебитных нефтяных скважин, содержащее датчик усилия, фиксатор нулевого уровня, счетчик длительностей импульса датчика усилий, по меньшей мере один счетчик числа циклов работы насоса, счетчик числа циклов незаполнения насоса, формирователь напряжения сети, схему сравнения, схему совпадения, делитель, блок памяти и по меньшей мере один блок отключения двигателя станка-качалки.

В указанном устройстве выход датчика усилия через фиксатор нулевого уровня подключен к входу блока управления, а выходы блока управления подключены ко входам счетчика длительности импульса датчика усилий, счетчика циклов работы насоса и счетчика числа циклов незаполнения насоса, при этом входы делителя и блока памяти подключены соответственно к выходу блока управления и к выходу счетчика длительности импульса датчика усилия 2.

Недостатком известного устройства является то, что для управления режимом периодической откачки жидкости оно предусматривает необходимость использования индивидуального устройства для каждой малодебитной скважины. Это приводит к увеличению количества устройств пропорционально количеству скважин при управлении работой группами малодебитных глубиннонасосных скважин и тем самым снижаются технико-экономические показатели добычи нефти, что обуславливается повышением себестоимости добычи нефти и увеличением материальных затрат.

Известное устройство также не предусматривает использование возможности существующих каналов связи систем телединамометрирования при выборе скважин. Кроме того, устройство не позволяет контролировать исполнения команды отключения и включения глубиннонасосной установки.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения централизованного программного управления работой группы глубиннонасосных установок малодебитных нефтяных скважин.

Цель достигается тем, что устройство для автоматического управления глубиннонасосными установками малодебитных нефтяных скважин, содержащем формирователь напряжения, подключенный к блоку управления, по меньшей мере один блок задания времени накопления и откачки жидкости, блок памяти и по меньшей мере оДин блок отключения электродвигателя стенка-качалки, снабжено двумя блоками опроса, счетчиками числа скважин и команд, дешифратором, блоком сигнализации и блоком сопряжения с системой телединамометрирования, причем выходы блока управления подключены к второму, третьему и четвертому входам блоков задания времени накопления и откачки жидкости, к одному из входов блока памяти, счетчика числа скважин, блока сопряжения с системой телединамометрирования и счетчика числа команд, а входы - к выходу первого блока опроса, к входам блоков отключения электродвигателей станков-качалок, к другому выходу счетчика числа команд и к выходу второго блока опроса, при этом оба выхода блоков задания времени накопления и откачки жидкости включены соответственно к одним из входов блока памяти и второго блока опроса, а один из выходов счетчика числа скважин одновременно подключен соответственно к входам обоих блоков опроса и дешифратора, в то время как один из выходов счетчика числа команд включен на вход блока сигнализации, выход последнего из которых связан с первыми входами блоков задания времени накопления и откачки жидкости, а выход дешифратора одновременно подключен к входам блоков сигнализации и сопряжения с системой телединамометрирования, причем выход последнего одновременно связан с входами блоков отключения электродвигателей станков-качалок.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для автоматического управления глубиннонасосными установками малодебитных нефтяных скважин; на фиг. 2 - принципиальная схема блока заДания времени накопления и откачки жидкости. Устройство для автоматического управлеНИН глубиннонасосными установками малодебитных нефтяных скважин содержит формирователь 1 напряжения, подключенный к блоку 2 управления, по меньшей мере один блок 3 задания времени накопленияю и откачки жидкости, блок 4 памяти и по меньшей мере одинблок 5 отключения электродвигателя станка-качалки. Устройство также снабжено двумя блоками опроса 6 и 7, счетчиками числа скважин 8 и команд 9, дешифратором 10, блоком 11 сигнализации15 и блоком 12 сопряжения с системой телединамометрирования. Входы блока 2 управления подключены ко второму, третьему и четвертому входам блоков 3,...3п задания времени накопления и откачки жидкости, к одним из входов блока 4 памяти, счет- ° чика 8 числа скважин, блока 12 сопряжения с системой телединамометрирования и счетчика 9 числа команд, а входы - к выходу первого блока 6 опроса, ко входам блоков 5i...5n отключения электродви-25 гателей станков-качалок, к другому выходу счетчика 9 числа команд и к выходу второго блока 7 опроса, при этом оба выхода блоков 3|...3п задания времени накопления и откачки жидкости включены соответственно к одним из входов блока 4 па-зо мяти и второго блока 7 опроса, а один ив выходов счетчика 8 числа скважин одповременно подключен соответственно ко входам обоих блоков 6 и 7 опроса и дешифратора 10, в то время как один из выходов счетчика 9 числа команд включен на35 вход блока И сигнализации, выход последнего из которых связан с первыми входами блоков 3i...3n задания времени накопления и откачки жидкости, а выход дешифратора 10 одновременно подключен ко входам блоков сигнализации 11 и сопряжения с системой телединамометрирования 12, причем выход последнего одновременно связан со входами блоков 5,...5п отключения электродвигателей станков-качалок. В свою очередь блок 3 задания времени накопления и откачки жидкости состоит из счетчика 13 временного интервала, логической схемы 14, первого триггера 15, первого элемента И 16, второго элемента И 17, элемента ИЛИ 18, второго триггера 19 и триг- Q гера контроля 20. . Предлагаемое устройство для автоматического управления глубиннонасосными установками малодебитных нефтяных скважин работает следующим образом. С выхода формирователя 1 напряжения55 тактовая частота с периодом следования равным 50 Гц поступает на вход блока 2 управления. При этом на соответствующих 10118 9 выходах блока 2 управления получаются импульсы необходимой частоты, которые поступают на вторые, третьи и четвертые входы блоков задания времени накопления и откачки жидкости (блоки 3i, 3. Сначала все скважины устанавливаются в режим откачки жидкости и происходит подсчет времени откачки жидкости, т. е. время откачки жидкости первой скважины подсчитывается в блоке Sj, а п-ой скважины в блоке Зп- После подсчета заданного времени откачки жидкости первой скважины блок 3i, переходит к подсчету времени накопления жидкости первой скважины. При этом на первом выходе блока 3i получается сигнал перехода, который поступает на первый вход блока 4 памяти. Аналогично, по9ле подсчета заданного времени откачки жидкости п-ой скважины блок Зп переходит к подсчету времени накопления жидкости п-ой скважины. При этом на первом выходе блока 3 получается сигнал перехода, который так же поступает на первый вход блока 4 памяти. После подсчета заданного времени накопления жидкости блоки 3i и Зп соответствен ° переходят к подсчету времени откачки жидкости первой и п-ой скважины, и цикл повторяется. При переходе в режим откачки жидкости также на первом выходе блоков 3i и Зд получаются сигналы перехода, которые поступают на первый вход бло памяти. Режим работы каждой скважины (накопления и откачки жидкости) определяется сигналом, получаемым на втором выходе .блоков З1...3„. Если, например, первая скважина находится в режиме накопления жидкости, то на втором выходе блока 3j получается сигнал «1,а если находится в режиме откачки жидкости, то на втором выходе блока 3 получается сигнал «О. Аналогичные сигналы получаются и на втором выходе блока 3„. Для определения необходимости перевода скважин из одного режима работы в другое устройство последовательно провеРяет возникновение сигналов перехода в блоках 3i и 3ц и в соответствии с этими сигналами вырабатывает команды отключения или включения глубиннонасосной установки. Для этого блок 2 управления в определенные моменты времени, совпадающие с моментом возникновения сигналов перехода на первом выходе блоков 3) и Зп, вырабатывает импульсы, которые поступают на второй вход блока 4 памяти. В этот момент, в зависимости от наличия или отсутствия перехода на первом выходе блоков 3i и Зп в соответствуюш.ей ячейке блока 4 памяти записывается «1 или «О. Далее, блок 2 управления вырабатывает сигнал, который поступает на вход счетчика числа скважин 8, выход которого подключен ко вторым входам первого 6 и второго 7 блоков опроса. Так как первый вход первого блока 6 опроса подключен к выходу блока 4 памяти, то при появлении на первом выходе счетчика 8 числа скважин первого импульса, первый блок 6 опроса проверяет сигнал перехода первой скважины. Если при этом сигнал перехода первой скважины равен «О, то заданное время накопления или откачка жидкости первой скважины еще не истекло. При этом с выхода блока 2 управления на вход счетчика 8 числа скважин поступает второй импульс и первый блок 6 опроса проверяет сигнал переходов второй скважины и т. д. Если же сигнал перехода первой скважины равен «Ь, то заданное время накопле ,мк . ния или откачки жидкости первой скважины истекло. При этом для выяснения необходимости вырабатывания команды отключения или включения глубиннонасоснои установки первой скважины, проверяется выходной сигнал второго блока 7 опроса. Так как первый вход второго блока 7 опроса подключен ко второму выходу блока 3i, то, если выходной сигнал второго блока опроса равен «1, то это означает, что ис-- Т-Г-™ -г вой скважины и необходимо выработать команду отключения электродвигателя глубиннонасоснои установки первой скважины. Если же выходной сигнал второго блока опроса 7 равен «О, то это означает, что истекло заданное время накопления КОСТИ первой скважины и необходимо выработать команду включения электродвигателя глубиннонасоснои установки первой скважины. Допустим, что истекло заданное время накопления жидкости первой скважины, т. е. с выхода второго блока 6 опроса на вход блока 2 управления поступил соответствующий сигнал с необходимостью включения электродвигателя станка-качалки первой скважины. При этом блок 2 управления вырабатывает сигнал, который поступает на второй вход блока 12 сопряжения с системой телединамометрирования. Так как первый вход блока 12 сопряжения с системой телединамометрирования связан с выходом дешифратора 10, на вход которого поступает код первой скважины с первого выхода счетчика 8 числа скважин, то блок 12 сопряже 1ия с системой телединамометрирования вырабатывает команду включения электродвигателя станка-качалки первой скважины, который поступает на вход блока 5| отключения электродвигателя станка-качалки этой скважины. Если команда включения электродвигателя станка-качалки первой скважины исполняется, то с выхода блока на вход блока 2 управления поступает соответствующий сигнал и блок 2 управления вырабатывает сигнал, который поступает на вход счетчика 8 числа скважин и аналогично вышеописанному устройство переходит к проверке необходимости перевода второй скважины на другой режим. Если же команда включения электродвигателя станка-качалки первой скважины не исполнится (например, из-за неисправности магнитопускателя электродвигателя станкакачалки первой скважины), то с выхода блока 5j электродвигателя станка-качалки на вход блока 2 управления поступает соответствующий сигнал и блок 2 управления повторно вырабатывает сигнал, который поступает на второй вход блока 12 сопряжения с системой телёдинамометриро ™ - Поэтому блок 12 сопряжения с системой телединамометрирования вырабатывает повторную команду включения электродвигателя станка-качалки первой скважины, которая опять поступает на вход блока 5i отключения электродвигателя станка-качалки этой скважины, и все вышеописанное повторяется. Так как соответствующий выход блока 2 управления одновременно подключен на второй вход блока 12 сопряжения с системой телединамометрирования и на г ,с;;г..г включения глубиннонасоснои устанЬвки первой скважины. Если после подсчета заданного числа команд электродвигатель станкакачалки на первой скважине не включается, ™ Т счетчика 9 числа команд вырабатывается сигнал, который поступает на первый вход блока 14 сигнализации. Так как второй вход блока 11 сигнализации связан с выходом дешифратора 10, на вход которого поступает код первой скважины с выхода счетчика 8 числа скважин, то на выходе блока 11 сигнализации вырабатывается сигнал, который поступает на первый вход блока 3i и он информирует о неисправности блока 5j отключения электроДвигателя станка-качалки первой скважины. Второй выход счетчика с числа команд подключен к входу блока 2 управления. Поэтому после подсчета заданного числа команд включения электродвигателя станкакачалки первой скважины блок 2 управления вырабатывает сигнал, который опять поступает на вход счетчика 8 числа скважин, и аналогично вышеописанному устройство переходит к контролю режима и управления работой второй скважины и - После контроля режима и управления работой всех п скважин на втором выходе счетчика 8 числа скважин получается сигнал, который поступает на вход блока 2 управления. При этом блок 2 управления приводит устройство в исходное состояние, и начинается новый цикл контроля и управления работой этих скважин. Блок задания времени накопления и от качки жидкости скважин работает следующим образом (фиг. 2). На вход счетчика 13 временного интервала поступают импульсы (вход б) определенной частоты, т. е. счетчик 13 подсчитывает временной интервал. Кроме того, на вход первого триггера 15 поступает импульс (вход в) и поэтому первый триггер 15 устанавливается в единичное состояние, что соответствует режиму откачки жидкости этой скважины. Так как выход счетчика временного интервала 13 подключен на вход логической схемы 14, то поэтому после подсчета счетчиком 13 заданного времени откачки жидкости на втором выходе логической схемы 14 получается импульс, который поступает на второй вход второго элемента И 17. Так как первый вход второго элемента И 17 соединен с единичным выходом первого триггера 15, то поэтому на выходе второго элемента И 17 получается импульс, который, пройдя через элемент ИЛИ 18, поступает на Д-вход второго триггера 19. При поступлении -на С-вход второго триггера 19 импульсов (вход г), он переходит в единичное состояние. Полученный при этом на выходе второго триггера 19 импульс (выход aj поступает на вход первого триггера 15 и перебрасывает его в нулевое состояние, т. е. блок 3 задания времени накопления и откачки жидкости переходит к подсчету времени накопления жидкости. После подсчета счетчиком 13 заданного времени накопления жидкости на первом выходе логической схемы 14 получается импульс, который поступает на первый вход первого элемента И 16. Так как второй вход первого элемента И 16 соединен с нулевым выходом первого триггера 15 (выход 6i), то поэтому на вь1ходе первого элемента И 16 получается импульс, который пройдя через элемент ИЛИ 18 поступает на Д-вход второго триггера 19. При поступлении на С-вход второго триггера 19 импульса (вход г) он переходит в нулевое состояние. Полученный при. этом на выходе второго триггера 19 импульс (выход а/) поступает на вход первого триггера 15 и перебрасывает его в единичное состояние, т. е. блок задания времени накопления и откачки жидкости переходит к подсчету времени откачки жидкости, и цикл повторяется. При поступлении на вход триггера контроля 20 импульса (вход а) он перебрасывается в единичное состояние и сигнализирует о неисправности блока 5 отключения электродвигателя станка-качалки данной. скважины. Аналогично работают блоки задания времени накопления и откачки жидкости всех п скважин. Каждый блок позволяет выдерживать время накопления и откачки жидкости в диапазоне от 30 мин до 99 ч с интервалом в 30 мин. Изобретение позволяет наращивать количество управляемых малодебитных глубиннрнасосных скважин. При этом увеличивается только количество блоков задания времени накопления и откачки жидкости. Кроме того, позволяет использовать каналы связи существующих систем телединамометрирования для централизованного программного управления работой малодебитных глубиннонасосных скважин, что исключает необходимость проведения дополнительных каналов связи между глубиннонасосными скважинами и устройством, автоматического управления глубиннонасосными установками, расширяя функциональные возможности самого устройства. Указанное преимущество изобретения делает его более экономичным и облегчает его массовое внедрение. Кроме того, благодаря контролю исполнения команды «Отключения-включения электродвигателей станков-качалок изобретение позволяет повысить оперативность обнаружения неисправностей и исключить потери добычи нефти. Использование предлагаемого устройства позволяет в 2-3 раза увеличить межремонтный период работы глубиннонасосных скважин, значительно уменьшает расход электроэнергии и тем самым способствует повышению технико-экономических показателей малодебитных глубиннонасосных скважин.

мг.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГЛУБИННОНАСОСНЫМИ УСТАНОВКАМИ МАЛОДЕБИТНЫХ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН, содержащее формирователь напряжения, подключенный к блоку управления, по меньшей мере один блок задания времени накопления и откачки жидкости, блок памяти и по меньшей мере один блок отключения электродвигателя стенка-качалки, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения централизованного программного управления работой, оно снабжено двумя блоками опроса, счетчиками числа скважин и команд, дешифратором, блоком сигнализации и .блоком сопряжения с системой телединамометрирования, причем выходы блока управления подключены к второму, третьему и четвертому входам блоков задания времени накопления и откачки жидкости, к одним из входов блока памяти, счетчика числа скважин, блока сопряжения с системой телединамометрирования и счетчика числа команд, а ВХОДЫ - к выходу первого блока опроса, к входам блоков отключения электродвигателей станков-качалок, к другому выходу счетчика числа команд и к выходу второго блока опроса, при этом оба выхода блоков задания времени накопления и откачки жидкости включены соответственно к одним из входов блока памяти и второго блока опроса, а один из выходов счетчика числа скважин одновременно подключен соот15 ветственно к входам обоих блоков опроса и дешифратора, в то время как один из выходов счетчика числа команд включен на вход блока сигнализации, выход последнего из которых связан с первыми входами блоков задания времени накопления и от.качки жидкости, а выход дешифратора одновременно подключен к входам блоков сигнализации и сопряжения с системой телединамометрирования, причем выход последнего одновременно связан с входами, блоков отключения электродвигателей станков-качалок. 00 «о со