Устройство для автоматического управления глубинно-насосной установкой малодебитных нефтяных скважин Советский патент 1986 года по МПК F04B47/00 E21B43/00 

Изобретение относится к нефтедобыче, предназначено для автоматического управления глубинно-насосной установки малоде- битных нефтяных скважин, эксплуатирующихся в режиме периодической откачки жидкости, и является дополнительным к основному авт. св. № 603744.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем управления установкой, длительность сигнала датчика усилий которой при незаполнении насоса уменьшается.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для автоматического управления глубинно-насосной установки малодебитных нефтяных скважин; на фиг. 2 - динамограм- ма для случая, когда длительность сигнала датчика усилий, развернутого- в функции времени, увеличивается при незаполнении насоса жидкостью; на фиг. 3 - то же, когда длительность сигнала датчика усилий, развернутого в функции времени, уменьшается при незаполнении насоса жидкостью; на фиг. 4 - временные зависимости сигналов, получаемых на выходах датчика усилий и дополнительного формирователя, для случая, когда их длительности увеличиваются при

вход которого совместно с одним из входов первого конъюнктора 14 связан с выходом дополнительного формирователя 18 напряжения, своим входом соединенного с выходом фиксатора 20 нулевого уровня. Второй вход

и выход первого конъюнктора 14 подключены соответственно к выходу первого инвертора 12 и к одному из входов дизъюнктора 16, другой вход которого связан с выходом второго конъюнктора 15. В свою очередь выход

10 дизъюнктора 16 соединен с вторым входом блока 3 управления, а второй выход делителя 10 подключен к третьему входу блока 11 памяти.

Выходы основного формирователя 21 напряжения и датчика 1 усилий связаны

5 соответственно с третьим входом блока 3 управления и входом фиксатора 20 нулевого уровня, а выходы последовательно соединенных счетчика 4 длительности импульса датчика усилий, счетчика 5 числа циклов работы насоса и счетчика 6 числа циклов незаполнения насоса связаны с входами схемы 9 сравнения, выход которой одновременно с одним из выходов схемы 7 совпадения подключены к входам триггера 22 блока 2 отключения двигателя станка-качалки, своим выходом

20

незаполнении насоса жидкостью; на фиг. 5- 25 связанного с входом реле 23 упомянутого

блока 2. Вторые выходы счетчиков 5 и 6 соответственно числа циклов работы насоса и числа циклов незаполнения насоса подключены на входы схемы 7 совпадения, второй выход которой связан с четвертым входом

то же, для случая, когда их длительности уменьшаются при незаполнении насоса жидкостью.

Устройство для автоматического управления глубинно-насосной установки малодебитных нефтяных скважин содержит (фиг. 1) датчик 1 усилий, блок 2 отключения двигателя станка-качалки, блок 3 управления, выходы которого подключены к входам счетчика 4 длительности импульса датчика усилий, счетчика 5 числа циклов работы насоса и счетчика 6 числа циклов незаполне- 35 ния насоса, схему 7 совпадения и схемы 8 и 9 сравнения. В устройстве имеются делитель 10 и блок 11 памяти, входы которого подключены соответственно к выходу блока 3 управления и к счетчику 4 длительности импульса датчика усилий, при этом выход блока 11 памяти подключен к одному из входов делителя 10, второй вход которого подключен к выходу блока 3 управлени -я, а третий вход делителя 10 соединен с выходом счетчика 4 длительности импульса датчика 45 усилий, причем выход делителя 10 подключен через схему 8 сравнения к входу блока 3 управления. Устройство также снабжено двумя инверторами 12 и 13, двумя конъюнк- торами 14 и 15, дизъюнктором 16, элеменблока 2. Вторые выходы счетчиков 5 и 6 соответственно числа циклов работы насоса и числа циклов незаполнения насоса подключены на входы схемы 7 совпадения, второй выход которой связан с четвертым входом

30 блока 3 управления, своим четвертым выходом подключенного к третьему входу делителя 10, а один из входов счетчика 5 числа циклов работы насоса подключен к выходу схемы 8 сравнения.

В результате внешних воздействий на механическую систему крепления и настройки датчика 1 усилий (например, при капитальном ремонте глубинного оборудования) его выходной сигнал может измениться таким образом, что не будет соответствовать грузке балансира станка-качалки, а будет изменяться в противоположной с ней фазе. В этом случае при незаполнении насоса жидкостью длительность сигнала датчика усилий будет уменьшаться и наступление незаполнения насоса не будет зафиксировано.

Для оперативного устранения этого недостатка следует при первых же признаках уменьшения длительности сигнала датчика 1 усилий подавать его для дальнейшего анализа инвертированным, что позволит правильно определить момент снижения жидтом 17 индикации и дополнительными фор- 50 кости до приема насоса. Об уменьшении

мирователем 18 напряжения и схемой 19 сравнения, входы которой соединены с соответствующими выходами блока 11 памяти и делителя 10, а ее выход одновременно связан с входами первого инвертора 12, элемента 17 индикации и одним из входов второго конъюнктора 15, второй вход последнего подключен к выходу второго инвертора 13,

55

длительности сигнала датчика усилии при незаполнении насоса судят по сравнению ее текущего и предыдущего значений (фиг. 2 и 3). Факт изменения в настройке датчика усилий индицируется, что позволяет более оперативно отреагировать на это явление. На фиг. 4 и 5 приняты следующие обозначения: Up - сигнал с датчика усилия;

вход которого совместно с одним из входов первого конъюнктора 14 связан с выходом дополнительного формирователя 18 напряжения, своим входом соединенного с выходом фиксатора 20 нулевого уровня. Второй вход

и выход первого конъюнктора 14 подключены соответственно к выходу первого инвертора 12 и к одному из входов дизъюнктора 16, другой вход которого связан с выходом второго конъюнктора 15. В свою очередь выход

0 дизъюнктора 16 соединен с вторым входом блока 3 управления, а второй выход делителя 10 подключен к третьему входу блока 11 памяти.

Выходы основного формирователя 21 напряжения и датчика 1 усилий связаны

5 соответственно с третьим входом блока 3 управления и входом фиксатора 20 нулевого уровня, а выходы последовательно соединенных счетчика 4 длительности импульса датчика усилий, счетчика 5 числа циклов работы насоса и счетчика 6 числа циклов незаполнения насоса связаны с входами схемы 9 сравнения, выход которой одновременно с одним из выходов схемы 7 совпадения подключены к входам триггера 22 блока 2 отключения двигателя станка-качалки, своим выходом

0

5 5

блока 2. Вторые выходы счетчиков 5 и 6 соответственно числа циклов работы насоса и числа циклов незаполнения насоса подключены на входы схемы 7 совпадения, второй выход которой связан с четвертым входом

0 блока 3 управления, своим четвертым выходом подключенного к третьему входу делителя 10, а один из входов счетчика 5 числа циклов работы насоса подключен к выходу схемы 8 сравнения.

В результате внешних воздействий на механическую систему крепления и настройки датчика 1 усилий (например, при капитальном ремонте глубинного оборудования) его выходной сигнал может измениться таким образом, что не будет соответствовать наQ грузке балансира станка-качалки, а будет изменяться в противоположной с ней фазе. В этом случае при незаполнении насоса жидкостью длительность сигнала датчика усилий будет уменьшаться и наступление незаполнения насоса не будет зафиксировано.

Для оперативного устранения этого недостатка следует при первых же признаках уменьшения длительности сигнала датчика 1 усилий подавать его для дальнейшего анализа инвертированным, что позволит правильно определить момент снижения жид0 кости до приема насоса. Об уменьшении

длительности сигнала датчика усилии при незаполнении насоса судят по сравнению ее текущего и предыдущего значений (фиг. 2 и 3). Факт изменения в настройке датчика усилий индицируется, что позволяет более оперативно отреагировать на это явление. На фиг. 4 и 5 приняты следующие обозначения: Up - сигнал с датчика усилия;

Т - длительность одного периода работы глубинного насоса; ti и t2 - длительности полупериодов импульсов датчика усилия; Цф - сигнал датчика усилия с выхода второго формирователя; УФ - инверсный сигнал второго формирователя с выхода второго инвертора. Кривая ABC соответствует случаю полного заполнения насоса жидкостью, кривая AiBiCi - случаю снижения уровня жидкости в затрубном пространстве до приема насоса. Линии DE и D|Ei соответствуют фиксированию сигнала Up(t) на нулевом уровне снизу, а линии FK и FiKi - фиксированию сигнала Up(t) на нулевом уровне сверху.

Описанное устройство для автоматического управления глубинно-насосной установки малодебитных нефтяных скважин работает следующим образом.

Сигнал Up(t) с выхода датчика 1 усилий поступает на вход фиксатора 20 нулевого уровня и фиксируется на нулевом уровне сверху и снизу (фиг. 4 и 5) - пунктирные линии DE, FK и DjEi, FiKi. Это позволяет независимо от изменения нуля датчика усилий получить сигнал Up(t) на постоянном уровне и фиксировать точки А, В и С, которые определяют длительности полупериодов импульса датчика усилий ti и iz- Сигнал Up(t) с выхода фиксатора нулевого уровня поступает на вход дополнительного формирователя 18 напряжения для формирования импульсов Уф (фиг. 4 и 5) с крутизной переднего и заднего фронтов, необходимых для дальнейшего прохождения через цифровые элементы. Счетчиком 4 длительности импульса датчика усилий в каждом цикле работы глубинного насоса производится измерение длительности полупериодов импульса датчика усилий ti и ta, т. е. счетчик 4 в течение времени t| и t заполняется импульсами частотой 50 Гц с выхода основного формирователя 21 напряжения, поступающими через блок 3 управления. После подсчета счетчиком 4 длительности ti ее величина записывается в блок 11 памяти, а после подсчета длительности t2 ее величина подается в делитель 10. Делителем 10 определяется величина т- и запоминается в блоке 11

о2

памяти, если при незаполнении насоса дополнительной схемой 19 сравнения устанавливается, что делителем 10 текущее полученное значение т увеличивается по срав 2нению с его значением в предыдущем цикле,

хранившемся в блоке 11 памяти, то это означает, что сигнал поступает с правильно настроенного датчика 1 усилий. В этом случае импульсы иф поступают с дополнительного формирователя 18 напряжения через первый конъюнктор 16 в блок 3 управления.

Если сравнение текущего и предыдущего значений отнощения схемой сравнения 19 показывает, что его величина убывает, то

0

это означает, что сигнал поступает с неправильно настроенного датчика I усилий. Этот факт отражается элементом 17 индикации, а сигнал в блок 3 управления с дополни.- тельного формирователя 18 напряжения 5 поступает через второй инвертор 13, второй конъюнктор 15 и дизъюнктор 16 инвертированным, что позволяет и в этом случае правильно определить момент снижения жидкости до приема насоса. Кроме того, предполагается, что элемент 17 индикации обладает памятью, способной сохранить факт неправильной настройки датчика 1 усилий до момента устранения этого недостатка. Схемой 9 сравнения производится сравt, - нение полученного значения т- с постоянной

Dt2

величиной, равной 1,1.

Если т- 1,1, то это означает, что насос

12

работает с полным заполнением и уровень жидкости в затрубном пространстве еще не снизился до приема насоса. Поэтому в следующем цикле работы глубинного насоса продолжаются аналогичные измерения ti

и t2, определение отношения г- и сравнение J его с постоянной величиной, равной 1,1.

Если же 7- 1,1, то схема 9 сравнения

12

вырабатывает сигнал, означающий, что возможно уровень жидкости в затрубном пространстве снизился до приема насоса. Для проверки достоверности с момента появления первого сигнала о снижении уровня жидкости до приема насоса блок 3 управления запускает счетчик 5 числа циклов работы насоса, и счетчик 6 числа циклов незаполнения насоса, подсчитывающий число циклов незаполнения насоса. Схема 7 совпадения сравнивает содержимое счетчика 6 числа циклов незаполнения насоса с содержимым счетчика 5 числа циклов работы насоса. В случае, если содержимое счетчика 6 числа циклов незаполнения насоса меньше содержимого счетчика 5 числа циклов работы насоса, то появление сигнала о снижении уровня жидкости в затрубном пространстве до приема -насоса считается случайным и блок 3 управления восстанавливает схему в исходное состояние. Начинается новый цикл проверки.

0

5

0

5

В случае, если содержимое счетчика 6 числа циклов незаполнения насоса равно содержимому счетчика 5 числа циклов работы насоса, то на выходе схемы 7 совпадения вырабатывается сигнал, который переключает выходной триггер 22, в результате через реле 23 блока 2 двигатель станка-качалки отключается от сети, производится общий сброс и устройство переходит к выдержке

заданного времени накопления жидкости. Задание времени накопления жидкости осуществляется объединенным разрядным двоичным счетчиком, который образуется за счет объединения счетчика 4 длительности импульса датчика усилий, счетчика 5 числа циклов работы насоса и счетчика 6 числа циклов незаполнения насоса. На вход объединенного счетчика импульсы с частотой 50 Гц с выхода основного формирователя 21 напряжения пропускаются блоком 3 управления. После подсчета объединенным двоичным счетчиком определенного числа импульсов.

соответствующих заданному времени накопления жидкости, на выходе схемы 9 сравнения, связанной со счетчиком 4 длительности импульса датчика усилий, счетчиком 5 числа циклов работы насоса и счетчиком 6 числа циклов незаполнения насоса, вырабатывается сигнал, который переключает выходной триггер 22 в исходное состояние, а реле 23 осуществляет запуск двигателя станка-качалки, и цикл повторяется.

(fluг. г

Up

(раг.З

К

Редактор М. Келемеш Заказ 1902/30

Составитель Э. Гинзбург

Гехред И. ВересКорректор В. Бутяга

Тираж 586Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг. 5