Способ защиты штанговых глубинных насосных установок Советский патент 1984 года по МПК H02H7/08 F04B23/06 

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано при создании систем контроля, управления и защиты штанговых глубинных насосных установок (ШГНУ), Известен способ защиты, основанн на измерении мощности, потребляемой электродвигателем ШГНУ, при зтом из мерение мощности осуществляют в течение целого числа периодов, причем каждый период измерений разбивают на четное число равных интервалов и осуществляют измерение суммарного значения мощности за четные и нечет ные интервалы отдельно, сравнивают полученные результаты между собой,и в случае отличия результата сравнения от нуля формируют сигнал на отключение LITИзвестный способ основан на использовании критерия стадионарности случайных процессов, который являет ся недостаточным для однозначной оценки состояния и режима работы ШГНУ и ее защиты при том или ином значении критерия. Наиболее близким к предлагаемому является способ защиты, основанный на измерении мощности (или тока), потребляемой электродвигателем ШГНУ и контроле положения балансира ШГНУ при этом определяют значения энерги (или величин, ей пропорциональных), потребляемой электродвигателем ШГНУ за время хода плунжера насоса вверх и за время его хода вниз, сравнивают их между собой и по результату сравнения судят о состоянии и режиме работы ШГНУ в случае превышения результатом сравнения величины заданного значения формируют сигнал на отключение элект(одвигателя Г21. Однако согласно этому способу кроме измерения мощности необходимо Дополнительно контролировать поло, балансира ШГНУ, а это снижает ; эффективность пра стической реализации способа, поскольку требуется установка на технологическом оборудовании датчиков, контролирующих положение балансира, что усложняет систему зшциты, снижает ее надежность. Цель изобретения - упрощ ение спо соба и повьшюние его надежиост. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты ШГНУ, основанному на измерении мощности, потребляемой электродвигателем, измерение мощности производят в течение измерительного цикла, равного по длительности циклу качания насоса, определении значения энергии, потребляемой электродвигателем ШГНУ за половину измерительного цикла, однозначно соответствующего ходу плунжера насоса вверх, и за половину измерительного цикла, однозначно соответствующего ходу плунжера насоса вниз, сравнении их между собой. По величине разности судят о состоянии и реж|«4е работы ШГНУ и в случае, если ука|а1«ная разность превьшает заданное значение, формируют сигнал на отктючение ШГНУ, в каждом измерительном цикле производят дискретно, с одинаковым шагом дискретизации по времени, четное количество (2vi) измерений мгновенных значений мощности, определяют последовательно л раз абсолютное значение разности сумм измеренных значений мощности за одну и вторую половину измерительного цикла, однозначно не соответствующих ходу плунжера Насоса вверх или вниз, цри этом каждьй раз внутри измерительного цикла сдвигают циклически начало отсчета на величину шага дискретизации, по найденным значениям определяют указанную величину разности между энергией, потребляемой при ходе плунжера насоса вверх, и энергией, потребляемой при его ходе вниз, в соответствии с выраженИем - , I 3 2«ii дЧУД -тйх15Рлпричем Рг Р , где - абсолютное значение разности между «нергией, потребляемой при ходе плунжера насоса вверх, и энергией, потребляемой при его ходе вниз, в измерительном цикле, кВт-ч; A-t - шаг дискретизации измерения мгновенных значений мощности в измерительном цикле, с : измеренное значение мощ- l ности при г-м дискретном из-, мерении в измерительном цикле, кВт;

л - количество дискретных измерений MODiHocTH за половину измерительного цикла ; - 0,1,2,...,vi-1 - номер операции циклического сдвига начала отсчета в измерительном цикле.

На фиг. 1 приведен график,поясняющий данный способJ на фиг. 2 пример реализации способа,

На фиг. 1 показаны кривые изменения мощности, потребляемой электродвигателем ШГНУ, где сплошная кривая соответствует нормальному режиму работы ШГНУ, пунктирная - нарушению в режиме работы) Тс, - длительность одного цикла качания насоса (ход плунжера вверх и вниз); Т - время хода плунжера насоса вверх; Т - время хода плунжера насоса вниз i Т, - длительность измерительного цикла, равная длительности цикла качания насоса Т„ ; шаг дискретизации измерения мгновенных значений мощности в измерительном цикле 1./2) / , .- значение мощности, измеренное в дискретные моменты времени в течение одного измерительного цикла.

Сущность данного способа заключается в следующем.

Если задать длительность измерительного цикла 1 равной длительности цикла качания насрса Тц и в каждом измерительном цикле, которые начинаются в произвольные моменты времени вне зависимости от положения балансира ШГНУ, производить дискретно с шагом i.t Ту(/2|л четное количество измерений мгновенных значений мощности 7, , Р,, Р ,. .., Р. (фиг. 1) и по результатам измерений определять максимальное абсолютное значение разности энергии за одну и вторую половину измерительного цикла в соответствии с выражением (1), то оно будет представлять собой, с достаточной для практических задач точностью, абсолютное значение разности меяаду знергйей, потребляемой при ходе плунжера насоса вверх, и энергией, потребляемой при его ходе вниз, а это является хорошим критерием для оценки режима работы ШГНУ.

Если ШГНУ уравновешена и работает в нормальном режиме потребление .энергии при ходе плунжера насоса вверх равно (или иезначительно отл чается) потреблению энергии при его

ходе вниз. При этом, как это видно . из кривой изменения мощности (сплошная кривая на фиг. 1), абсолютные значения разности суммарных значенийГ мощности за одну и вторую половину измерительного цикла, определенные при различных началах отсчета в измерительном цикле, равны между собой (или различие между ними незначительно) и практически любое из них может быть принято как абсолютное значение разности между энергией, потребляемой при ходе плунжера насоса вверх, и энергией, потребляемой при его ходе вниз.

При нарушении режима работы ШГНУ баланс энергии при ходе плунжера насоса BBepix и вниз нарушается (пунктирная кривая на фиг. 1). В этом случае наибольшее абсолютное значение имеют те разности суммарных значений мощности за одну и вторую половину измерительного цикла, при определении которых начало отсчета в измерительном цикле попадает в точки, когда все приращения (их абсолютное значение), вызванные нарушением режима работы ШГНУ, входят в зону из сравниваемых сумм (на фиг. 1 точки 6-п-t и отстоящие от .них на И интервалов на оси времени).

Так как разности, при определении которых начало отсчета совпадает с указанными точками,равны или незначительно отличаются друг от друга и в состав этих точек входят точки, соответствующие началу хода плунже,ра насоса вверх (или вниз), то и в данном случае разность представляет собой абсолютное значение разности между энергией, потребляемой электродвигателем при ходе плунжера вверх и вниз.

На фиг. 2 показана функциональная схема устройства, реализующего данный способ на базе использования вычислительной техники.

Устройство содержит измерительный преобразователь 1 мощности с цифровым выходом, электронные ключи 2/1-2ц блоки (ячейки) памяти, блок 4 выполнения арифметико-логических операций, блок 5 управления.

Устройство работает следующим образом.

В течение измерительного цикла Т{, блок 5 управления открывает после вательно через равные промежутки

S11

времени u-t ключи , при этом измеренные значения мощности за- носятся в ячейки памяти соответственно. Затем блок 4 выполнения арифметико-логических операций вычисляет абсолютное значение разности между энергией, потребляемой электродвигателем при Ходе плунжера вверх, и знергией, потребляемой при его ходе вниз, в соответствии с выражением (1), при этом сравнивают полученное значение с заданным &V(/yuЕслй ,(yj ячейки памяти обнуляются и измерительный цикл повторяется. Если 4W uW-jAAi блок 5 управления выдает сигнал на отключение электродвигателя ШГНУ. Кроме того, найденное значение .хЧУ вьгоодится по запросу на индикацию или передается по кана221 .6

лам связи на верхний уровень управления с целью текущего контроля состояния ШГНУ.

5 Таким образом, изобретение позволяет исключить операции по контролю положения балансира ШГНУ и синхронизации цикла измерения мощности с циклом ::ачания ласоса, в то же;

10 время обеспечивает контроль и защиту ШГНУ по тому же критерию, что и в прототипе, чем достигается упрощение способа. В свою очередь, исключение операции по контролю положения балан15 сира ШГНУ и синхронизации цикла измерения мощности с циклом качания насоса упрощает схему реализации, чем достигается повышение надежности пособа.

СПОСОБ ЗАЩИТЫ ШТАНГОВЫХ ГЛУБИННЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК (ШГНУ), : основанный на измерении мощности, потребляемой электродвигателем, согласно которому измерение мощности производят в течение измерительного цикла, равного по длительности циклу качания насоса, определении значения энергии, потребляемой электродвигателем ШГНУ за половину измерительного цикла, однозначно соответствующего ходу плунжера насоса вверх, и за половину измерительного цикла, однозначно соответствующего ходу плунжера насоса вниз, сравнении их между собой, по величине разности судят о состоянии и режго е работы ШГНУ и в случае, если указанная разность превьшаёт заданное значение, формируют сигнал на отключение ШГНУ, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения его надежности, в каждом измерительном цикле производят дискретно, с одинаковым шагом дискретизации по времени, четное количество

2L.t ll

Pit)

i

jod