Устройство для определения силы трения в подземной части скважинной штанговой насосной установки Советский патент 1985 года по МПК F04B47/00 E21B43/00 

Изобретение относится к устройствам, используемым в нефтедобыче и предназначенным для контроля работы глубиннонасосного оборудования в процессе эксплуатации нефтяных скважин, в частности, для определения силы трения в подземной части скважинной штанговой насосной установки.

Цель изобретения - повышение эффективности эксплуатации насосной установки.

На фиг. 1 представлена функциональная схема установки для определения силы трения в подземной части скважинной штанговой насосной установки; на фиг. 2 - схема блока управления по фиг. 1; на фиг. 3 - замкнутая динамограмма работы скважинного штангового насоса; на фиг. 4 - временная развертка динамограммы, соответствующая замкнутой динамограмме по фиг. 3; на фиг. 5 - временная развертка сигнала, получаемая на выходе датчика хода.

Схема блока управления содержит элементы И|-Из; триггеры T|-74; реверсивные счетчики Сч.1 и Сч.2, элементы ИЛИ; генератор импульсов (ГИ). На замкнутой динамогра.мме работы скважинного штангового насоса (фиг. 3) приняты следующие обозначения: Р -, усилия на полированном штоке; S - ход полированного щтока; Ршт - теоретическое значение веса штанг; ЛР - площадь части СДЕ динамограммы, характеризующая работу насоса, затраченную на преодоление суммарной величины силы трения подземной части скважинной штангозой насосной установки. На фиг. 4 приняты следующие обозначения; Р - усилия на полированном штоке; t - время; TI - t - временные интервалы; P(t) - сигнал усилия, получаемый на датчике усилия; - площади отдельных участков замкнутой динамограммы; на фиг. 5 приняты обозначения: S - ход полированного штока; t - время; t -момент времени достижения сигнала хода максимальной величины (точка А); 12 - момент времени достижения сигнала хода минимальной величины (точка Б).

Устройство для определения силы трения в подземной части скважинной штанговой насосной установки содержит датчик усилия 1, блоки управления 2, постоянного напряжения 3 и аналого-цифрового преобразователя 4, регистр памяти 5 и схему совпадения 6, выход которой подключен ко входу блока управления 2.

Устройство снабжено датчиком хода 7, двумя формирователями 8 и 9, блоками вычисления 10 и индикации 11, накапливающим сумматором 12 и тремя дополнительными регистрами памяти 13-15. Выходы датчика хода 7 подключены к соответствующим входам формирователей импульса 8 и 9, выход одного из которых - 9 одновременно связан с одним из входов основного

регистра памяти 5 и входом а блока управления 2, второй вход Зг последнего подключен к выходу другого формирователя импульса 8, а третий аз - к выходу схемы совпадения 6. Входы схемы совпадения 6 соответственно связаны с выходами блока постоянного напряжения 3, датчика усилия 1 и блока аналого-цифрового преобразователя 4, подключенного другим своим выходом к входу накапливающего сумматора 12.

Другие входы последнего связаны с двумя выходами в, и Вг блока управления 2, а его выход одновременно подключен к входам основного 5 и каждого из трех 13-15 дополнительных регистров памяти. Дополнительные регистры памяти 13-15 своими входами подключены к третьему в, четвертому В4 и пятому Bj выходам блока управления 2, шестой выход Sg которого и выходы основного 5 и трех дополнительных 13-15 регистров памяти связаны с входа0 ми блока вычислений 10, выход которого подключен квходу блока индикации 11. Предлагаемое устройство для определения силы трения в подземной части скважинной штанговой насосной установки ра5 ботает следуюшим образом.

При достижении сигналом хода S(t) максимальной величины (точка А на фиг. 5) на выходе первого формирователя импульсов 8 (фиг. 1) вырабатывается сигнал, который поступает на второй вход d г блока

0 управления 2. При этом на первом выходе BI блока управления 2 через промежутки времени At вырабатываются сигналы, которые поступают на вход накапливающего сумматора 12. Так как выход датчика усилия 1 связан с входом блока аналого-цифрового преобразователя 4, то в накапливающем сумматоре 12 в моменты времени t происходит суммирование текущих значений кодов сигнала усилия P(t)i,. Так как значение t выбирается равным At 1 единице времени, то в накапливающем сумматоре происходит суммирование элементарных площадей, равных At P-(t)i. Это продолжается до момента равенства P(t) и РШТ-. (точка С на фиг. 4). Так как выходы датчика усилия 1 и блока постоянного напряжения 3 подключены к соответствующим входам схемы совпадения 6, то в момент равенства P(t) и РМТ, величины которых получаются соответственно на выходах датчика усилия 1 и блока постоянного

0 напряжения 3, на выходе схемы, совпадения 6 получается сигнал, который поступает на третий вход aj блока управления 2. При этом на третьем выходе в j блока управления 2 вырабатывается сигнал, который поступает на вход первого дополнительного регистра памяти 13. Так как другой вход первого дополнительного регистра памяти 13 подключен к выходу накапливающего сумматора 12, то содержимое

накапливающего сумматора 12, т.е. значение кода, соответствующее площади Fj (фиг. 4), записывается в первый дополнительный регистр памяти 13.

При достижении сигналом хода S(t) минимальной величины (точка Б на фиг. 5) на выходе второго формирователя импульса 9 вырабатывается сигнал, который одновременно поступает на вход основного регистра памяти 5 и на первый вход а блока управления 2. Так как другой вход основного регистра памяти 5 подключен к выходу накапливающего сумматора 12, то содержимое накапливающего сумматора 12VT. е. значение кода, соответствующее площади (Ft+Fg) (фиг. 4), записывается в основной регистр памяти 5. Кроме того, при поступлении сигнала на первый вход aj блока управления 2 на его втором выходе в j. вырабатывается сигнал, который поступает на другой вход накапливающего сумматора 12 и сбрасывает его содержимое в нулевое состояние. Далее в накапливающем сумматоре 12 опять начинается суммирование текущих значений кодов сигнала усилия P(t)i, получаемых на выходе блока аналого-цифрового преобразователя 4. Это продолжается в течение времени Tz. При равенстве э на четвертом выходе в блока управления 2 вырабатывается сигнал, который поступает на вход второго дополнительного регистра памяти 14. Так как другой вход второго дополнительного регистра памяти 14 подключен к выходу накапливающего сумматора 12, то содержимое накапливающего сумматора 12, т.е. значение кода, соответствующее площади F (фиг. 4), записывается во второй дополнительный регистр памяти 14. Далее на втором выходе BZ. блока управления 2 вырабатывается сигнал, который поступает на вход накапливающего сумматора 12 и сбрасйвает его содержимое в нулевое состояние а, в накапливающем сумматоре 12 опять начинается суммирование текущих значений кодов сигнала усилия P(t)t, получаемых на выходе блока аналого-цифрового преобразователя 4. Это продолжается до момента достижения сигналом хода S(t) максимальной величины (точка А на фиг. 5). При достижении сигналом хода S(t) максимальной величины на выходе первого формирователя импульса 8 опять получается сигнал, который поступает на второй вход аз блока управления 2. При этом сначала на пятом выходе В5 блока управления 2 получается сигнал, который поступает на вход третьего дополнительного регистра памяти 15. Так как другой вход третьего дополнительного регистра памяти 15 подключен к выходу накапливающего сумматора 12, то содержимое сумматора 12, т. е. значение кода , соответствующее площади F4 (фиг. 4), записывается в третий дополнительный регистр памяти 15. Далее на щестом выходе Ве блока управления 2 получается сигнал, который поступает на соответствующий вход блока вычислений 10. Так как входы блока вычислений 10 соответственно подключены к выходам основного 5 и трех дополнительных 13-15 регистров памяти, то на основе значения площадей FI-F блок вычислений 10 определяет следующие величины (фиг. 3 и 4):

0 работу насоса, затраченную на преодоление суммарной величины силы трения в подземной части скважинной щтанговой насосной установки, как AF общую работу насоса, т. е. общую площадь динамограммы КДЕСК, как F Fj + F4-(Fi-i-Fz); коэффициент л, характеризующий эффективность эксплуатации глубиннонасосного оборудования, как о(,.-А

Найденные в блоке вычислений 10 значения AF, F и d выводятся в блок индика0 ции П.

Блок управления работает следующим образом (фиг. 2).

Сигнал, полученный на выходе первого формирователя импульса 8 (фиг. 1) поступает на второй вход а блока управления (фиг. 2). При этом запускается ГИ, и импульсы с выхода ГИ поступают на один из входов элементов Иг-И, а также на первый выход Bt блока управления 2, и на первом выходе в блока управления 2

0 вырабатываются соответствующие сигналы. Кроме того, при поступлении сигнала на второй вход а г. блока управления 2 триггер Tt переключается в единичное, а триггер Т4. в нулевое состояния, реверсивные счетчики Сч. 1 н СЧ. 2 сбрасываются в нулевое состояние. При переходе триггера Т в единичное, а триггера Tg в нулевое состояния открывается элемент И 4 и импульсы с периодом At с выхода ГИ, пройдя через элемент И, поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика Сч.2. Г1оэтому в реверсивном счетчике Сч.2 происходит подсчет импульсов, соответствующих временному интервалу TIПри поступлении сигнала на третий вход а5 блока управления 2 этот сигнал,

пройдя через элемент И|, поступает на вход триггера Tg и переключает его в единичное состояние. При этом элемент И 4 закрывается и прекращается подсчет импульсов счетчиком Сч.2 . При переходе триггера Tj, в единичное состояние открывается элемент И и импульсы с периодом д1 с выхода ГЦ, пройдя через элемент И, поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика Сч.1. Поэтому в реверсивном счетчике Сч. 1 происходит подсчет импульсов, соответствующих временному интервалу Та (фиг. 4).

При поступлении сигнала на первый вход а, блока управления 2 триггеры TI и Т

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛЫ ТРЕНИЯ В ПОДЗЕМНОЙ ЧАСТИ СКВАЖИННОЙ ШТАНГОВОЙ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ, содержащее датчик усилия, блоки управления, постоянного напряжения и аналого-цифрового преобразователя, регистр памяти и схему совпадения, выход которой подключен к входу блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности эксплуатации насосной установки, оно снабжено датчиком хода, двумя формирователями импульса, блоками вычисления и индикации, накапливающим сумматором и тремя дополниЪюхпоетоянного напрткений Схема Совпадение .- / формиц. ил1пил1 са | Латчик wdL I срормшз. илт Шнтлиоа/ощий сдмматпор тельными регистрами памяти, выходы датчика хода подключены к соответствующим входам формирователей импульса, выход одного из которых одновременно связан с одним из входов основного регистра памяти и блока управления, второй вход последнего подключен к выходу другого формирователя импульса, а третий - к выходу схемы совпадения, входы которой соответственно связаны с выходами блока постоянного напряжения, датчика усилия и блока аналого-цифрового преобразователя, подключенного другим своим выходом к входу накапливающего сумматора, при этом другие входы последнего связаны с двумя выходами блока управления, а его выход подключен одновременно к входам основного и кажi дого из трех дополнительных регистров памяти, причем последние своими входами (Л подключены к третьему, четвертому и пятому выходам блока управления, щестой выход которого и выходы основного и трех дополнительных регистров памяти связаны с входами блока вычислений, выход которого подключен к входу блока индикации. Датчик Бмк анат силия го-цифуового преобразователя Iрегисгпр памяти I регистр памати индикации Б/юк вычислений Шревистр тмл/ли Wpezucmp памяти БЛОК иправленая