Устройство диагностирования скважинных штанговых насосов Советский патент 1986 года по МПК F04B47/02 G01M1/02 

Изобретение относится к устройствам ди- ari;o( ирования скзажинных штанговых насосов и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 представлена блок-схема 1ред- лагаемого устройства; на фиг. 2 -- временная зависимость сигнала усилия на выходе датчика усилия; на фиг. 3 - функцнональ- мая схема блока уг1равле1Н1я; на фиг. 4 - функциональная схема блока приращения.

УстройстЕЮ диагностирования скважин- ных штанговых насосов содержит датчик 1, усилия, подключенный своим выходом к входу преобразователя 2 напряжения, блок 3 управления, три входа которого подключены соответственно к входам первого 4, второго 5 к Ti)s:Ti// ,) о с . - г икон HMisyjibcoB, блок 7 Koi Oporc) подключен к входу (рг;виения, а вход - к выхо- 4 импульсов, второй вы- ерез вторую схему 9 сравнения пол,к.т1(Ч1-:и к одному из входов первого с ;стч11ка 4 импульсов. Устройство также со- )жит блок 10 индикации.

Кчромс гого, предлагаемое устройство снабжено дополнительным счетчиком 11 импульсов, генератором 12 тактовых имнульсов., блоком 13 приращения и делителем 4. входы которого связаны с четвертым выходом блока 3 )3 плення и выходами второго 5 и третьС ;, 6 С-1СТЧИКОВ импульсов, а выход через tiv pBVK) схему 8 сравнения подключен к второму входу блока 3 управления. Выход первого счетчика 4 импульсов соединен с одним из входов блока 13 приращения, при эгом два других входа блока 13 нриращения подключены к второму выходу блока 7 памя- |и i пятому выходу блока 3 управления. Три со-:л нетствуюн1.их входа блока 7 памяти и выхода блока 3 управления связаны соответ- CTVseHHO с тремя выходами блоков управления 3 i приращения 13, причем третий выход блока 7 памяти связан с .другим вхо- дол; шорой -) схемь; сравнения, генератор 12 Taicrt;:ib x им1 ульс;)3 подключен соответствен- к третьему входу б.пока 3 унравления и входам второго 5, третьего 6 и дополнительного I 1 счетчиков импульсов, а другой вход и Вглход последнего связаны соответственно с HjecTbiM выходом блока 3 управления . и входом блока 10 индикации (фиг. 1).

На фнт. 2 нриня гы следующие обозначения: и - напряжение, пропорциональное сигналу усилия на выходе датчика 1 усилия; t --- время, причем ti и t2 - длительности участков восприятия и снятия нагрузки; At - Hjar квантования при измерении сигналов усилия; U; }1апряжение, пропорциональ} ое усилию, измеренное в i-й момент времени; и,-..(-| - напряжение, пропорциональное усилию, измеренное в i-f-l-ft момент времени; UA и UH -- напряжения, соответствующие

усилию соответственно в начале участка восприятия и в конце участка снятия нагрузки; Л - приращение нагрузки на i + t-м интервале квантования над i-м моментом времени; - нороговое значение приращения нагрузки на интервале квантования. Блок 3 управления может быть реализован на базе элементов И, ИЛИ, И-НЕ, элементов задержки и триггеров (К155ТМ2), а его функциональная схема {фиг. 3) содержит делитель 15 частоты, вход которого связан с выходом генератора 12 тактовых импульсов, а выход - с входом первого счетчика 4 импульсов, формирователь 16 короткого импульса (микросхема К155ЛАЗ и конденсатор соответствующего номинала), вход

которого связан с выходом делителя 15 частоты, а выход - с входом блока 13 приращения, элемент 17 задержки, вход которого подключен к выходу формирователя 16 короткого импульса, а выход - к второму входу блока 7 памяти, три триггера 18-20, причем два входа триггера 18 подключены соответственно к первому и третьему выходу блока 13 приращения, а два выхода его - к первому входу блока 7 памяти и входу дополнительного счетчика 11 импульсов. Первый вход триггера 19 связан с вторым выходом блока 13 приращения, а второй выход связан с выходом схемы ИЛИ 21, два входа которой связаны соответственно с первым выходом блока 13 приращения и выходом второй 9 схемы сравнения, который через элемент 22 задержки связан также с первым входом триггера 20, второй вход которого подключен к выходу первой схемы 8 сравнения. Выход триггера 19 связан с входом третьего счетчика 6 импульсов, а выход триггера 20 подключен к входам делителя

14, дополнительного счетчика 11 импульсов и к первому входу схемы И 23, второй вход которой подключен к выходу генератора 12 тактовых импульсов, а выход - к третьему входу блока 7 памяти.

Блок 13 приращения (фиг. 4), включающий схему вычитания и схему сравнения восьми разрядных чисел (не показаны, может быть реализован на базе сумматоров типа К155ИМЗ и элементов ИЛИ, НЕ, И-НЕ, а его функциональная схема содержит четыре

сумматора 24-27 (микросхемы К155ИМЗ), блок элементов НЕ 28, элементы НЕ 29 и 30, блок элементов И-НЕ 31, блок элементов ИЛИ 32, элементы И-НЕ 33-35, при этом восемь первых входов сумматоров 24 и 25 соединены с выходами первого счетчика 4 импульсов, а восемь других входов сумматоров 24 и 25 подключены к выходам блока элементов НЕ 28, входы которого подключены к выходам блока 7 памяти, причем на вход переноса сумматора 24 подан уровень логической единицы, а выход переноса соединен с входом переноса сумматора 25, выход переноса которого связан с входом элемента НЕ 29 и с одним из вхо

дов элемента И-НЕ 33. Выходы сумматоров 24 и 25 подключены соответственно к входам блока элементов И-НЕ 31 и блока элементов ИЛИ 32, другие входы которого связаны с выходами блока элементов И- НЕ 31, а выходы - с входами сумматоров 26 и 27, на другие входы которых подается дополнительный восьмиразрядный код уставки Дуст. При этом выход элемента НЕ 29 подключен к входам блока элементов И-НЕ

восьмиразрядным кодом этой уставки, причем, если Л, О, найденное значение приращения предварительно инвертируется, а к результату сложения с дополнительным кодом уставки добавляется единица. В зависимости от результата сравнения модуля при ращения сигнала усилия с величиной уставки и от знака приращения на одном из трех выходов блока 13 приращения появляется сигнал, поступающий на соответствую31, к входу переноса сумматора 26 и входу ю щий вход блока 3 управления. В случае,есэлемента И-НЕ 34. Выход переноса сумматора 26 связан с входом переноса сумматора 27, выход переноса которого подключен к входам элементов 33 и 34 и входу элемента И-НЕ 35 через элемент НЕ 30, причем третьи входы элементов И-НЕ 33- 15 35 соединены с выходом, а выходы их - с входами блока 3 управления.

Устройство работает следующим образо.м.

Сигнал с выхода датчика I усилия поступает на вход преобразователя 2 напряжения в частоту, и затем пропорциональная сигналу усилия частота поступает на первый вход первого счетчика 4 импульсов, на второй вход которого поступают стробирующие импульсы разрещения счета, сформированные в блоке 3 управления из тактовой по 25 следовательности импульсов генератора 12 тактовых импульсов. Длительность строби- рующих импульсов составляет

20

ли)Д(;(Ау« и Д{,0, на первом выходе блока 13 приращения появляется сигнал, свидетельствующий о начале участка восприятия нагрузки. По этому сигналу блок управления записывает содержимое первого параллельного регистра блока 7 памяти, соответствующее сигналу усилия в точке А (фиг. 2), во второй параллельный регистр блока 7 памяти, при этом код, пропорциональный сигналу уси.тия в точке А, поступает на вход первой схемы 8 сравнения, на второй вход которой с выхода первого 4 счетчика импульсов поступает код, пропорциональный текущему значению сигнала усилия Ut. Одновременно блок 3 управления разрещает второму счетчику 5 импульсов счет длительности участка восприятия нагрузки, на счетный вход которого поступают импульсы с выхода генератора 12 тактовых импульсов. На каждом щаге квантования At сигнала усилия по окончании работы блока 13 приращения с задержкой f,, равной времени срабатывания блока 7 памяти, блок 3 управления записывает содержимое первого 4 счетчика импульсов в первый параллельный регистр блока 7 памяти, подготавливая информацию на входе блока 13 приращения к следующему щагу квантования. Дальнейщие измерения сигнала усилия на участке восприятия нагрузки подтверждают состо зние разрещения счетчика для второго счетчика 5 импульсов.

Д/ 2

где fr - частота следования импульсов на выходе генератора тактовых импульсов 12;

п - коэффициент деления частоты, заданной блоком 3 управления.

При этом в первом счетчике 4 импульсов записывается число, пропорциональное текущему значению сигнала усилия U,. Это число подается на первый вход блока 13 приращения, на второй вход которого подается код предыдущего значения сигнала усилия и,| из блока 7 памяти, которое записано в первый параллельный регистр блока памяти в предыдущем щаге квантования сигнала усилия At,+ i . Затем с выхода блока 3 управления на вход блока 13 приращения поступает короткий импульс, в течение которого этот блок определяет величину и знак приращения сигнала усилия Д, и,-и,+1 и сравнивает модуль этого при35

40

45

ли)Д(;(Ау« и Д{,0, на первом выходе блока 13 приращения появляется сигнал, свидетельствующий о начале участка восприятия нагрузки. По этому сигналу блок управления записывает содержимое первого параллельного регистра блока 7 памяти, соответствующее сигналу усилия в точке А (фиг. 2), во второй параллельный регистр блока 7 памяти, при этом код, пропорциональный сигналу уси.тия в точке А, поступает на вход первой схемы 8 сравнения, на второй вход которой с выхода первого 4 счетчика импульсов поступает код, пропорциональный текущему значению сигнала усилия Ut. Одновременно блок 3 управления разрещает второму счетчику 5 импульсов счет длительности участка восприятия нагрузки, на счетный вход которого поступают импульсы с выхода генератора 12 тактовых импульсов. На каждом щаге квантования At сигнала усилия по окончании работы блока 13 приращения с задержкой f,, равной времени срабатывания блока 7 памяти, блок 3 управления записывает содержимое первого 4 счетчика импульсов в первый параллельный регистр блока 7 памяти, подготавливая информацию на входе блока 13 приращения к следующему щагу квантования. Дальнейщие измерения сигнала усилия на участке восприятия нагрузки подтверждают состо зние разрещения счетчика для второго счетчика 5 импульсов.

При изменении сигнала усилия на участке неизменной нагрузки состояние блока 13 приращения определяется неравенством дг| Дуст. При этом сигнал с третьего выхода блока 13 приращения поступает на вход блока 3 управления, который запрещает счет импульсов вторым счетчиком 5 импульсов, код на выходе которого соответствует длительности участка восприятия нагрузки Ц.

При измерении сигнала усилия на участращения /Д,-/ с величиной уставки Дуст. При 50 снятия нагрузки состояние блока 13 при- этом сначала происходит сложение байта, ращения определяется неравенствами |Д;|

ДусгИ Д; с 0. При этом сигнал с второго выхода блока 13 приращения поступает на вход блока 3 управления, который разрещает третьему счетчику 6 импульсов счет

соответствующего текущему значению сигнала усилия и,, поступивщего с выхода первого счетчика 4 импульсов, с дополнительным восьмиразрядным кодом соответствующим значению U,+i с выхода блока 7 памя-55 импульсов длительности участка снятия нати В дальнейщем полученное значение при-грузки, на счетный вход которого поступают

ращения Д/ сравнивается с величиной устав-импульсы с генератора 12 тактовых импульки Дуст путем сложения с дополнительнымсов.

восьмиразрядным кодом этой уставки, причем, если Л, О, найденное значение приращения предварительно инвертируется, а к результату сложения с дополнительным кодом уставки добавляется единица. В зависимости от результата сравнения модуля приращения сигнала усилия с величиной уставки и от знака приращения на одном из трех выходов блока 13 приращения появляется сигнал, поступающий на соответствующий вход блока 3 управления. В случае,ес5

5

0

0

5

0

5

ли)Д(;(Ау« и Д{,0, на первом выходе блока 13 приращения появляется сигнал, свидетельствующий о начале участка восприятия нагрузки. По этому сигналу блок управления записывает содержимое первого параллельного регистра блока 7 памяти, соответствующее сигналу усилия в точке А (фиг. 2), во второй параллельный регистр блока 7 памяти, при этом код, пропорциональный сигналу уси.тия в точке А, поступает на вход первой схемы 8 сравнения, на второй вход которой с выхода первого 4 счетчика импульсов поступает код, пропорциональный текущему значению сигнала усилия Ut. Одновременно блок 3 управления разрещает второму счетчику 5 импульсов счет длительности участка восприятия нагрузки, на счетный вход которого поступают импульсы с выхода генератора 12 тактовых импульсов. На каждом щаге квантования At сигнала усилия по окончании работы блока 13 приращения с задержкой f,, равной времени срабатывания блока 7 памяти, блок 3 управления записывает содержимое первого 4 счетчика импульсов в первый параллельный регистр блока 7 памяти, подготавливая информацию на входе блока 13 приращения к следующему щагу квантования. Дальнейщие измерения сигнала усилия на участке восприятия нагрузки подтверждают состо зние разрещения счетчика для второго счетчика 5 импульсов.

При изменении сигнала усилия на участке неизменной нагрузки состояние блока 13 приращения определяется неравенством дг| Дуст. При этом сигнал с третьего выхода блока 13 приращения поступает на вход блока 3 управления, который запрещает счет импульсов вторым счетчиком 5 импульсов, код на выходе которого соответствует длительности участка восприятия нагрузки Ц.

При измерении сигнала усилия на участ0 снятия нагрузки состояние блока 13 при- ращения определяется неравенствами |Д;|

В момент окончания участка снятия нагрузки очередное текущее значение сигнала усилия Ub, поступающее с выхода первого счетчика 4 импульсов на вход второй схемы 9 сравнения, сравнивается с значением сигнала усилия в точке А (UA) , которое предварительно записано во втором параллельном регистре блока 7 памяти. При этом с выхода второй схемы 9 сравнения на вход блока 3 управления поступает сигнал окони незаполнение насоса. Значение величины ti/t2 поступает на вход первой схемы 8 сравнения, на второй вход которой с выхода блока 7 памяти последовательно поступают граничные значения Nrp величины ti/tg для каждого класса состояния скважинного штангового насоса. Синхронно с импульсами, управляющими работой блока 7 памяти, на вход дополнительного счетчика 11 импульсов, характеризующего номера класса сосчания импульса сигнала усилия. Так как Ю тояния скважинного штангового насоса, поступают импульсы с генератора 12 тактовых импульсов. В случае, если ii/tz Nrp, с первой схемы 8 сравнения на блок 3 управления поступает сигнал о попадании найденного значения величины ti/t2 внутрь диапазона возможных значений этой величины для данного класса состояний. При этом блок 3 управления запрещает счет дополнительным счетчиком 11 импульсов, с выхода которого код номера класса состояния скважинного

сигнал начала участка снятия нагрузки получен блоком 3 управления с задержкой, равной шагу квантования At, при получении сигнала с выхода второй схемы 9 сравнения блоком 3 управления вырабатывается управляющий сигнал с задержкой T2 At, который запрещает счет импульсов третьим счетчиком 6 импульсов. При этом содержимое третьего счетчика 6 импульсов соответствует длительности участка снятия нагруз15

ступают импульсы с генератора 12 тактовых импульсов. В случае, если ii/tz Nrp, с первой схемы 8 сравнения на блок 3 управления поступает сигнал о попадании найденного значения величины ti/t2 внутрь диапазона возможных значений этой величины для данного класса состояний. При этом блок 3 управления запрещает счет дополнительным счетчиком 11 импульсов, с выхода которого код номера класса состояния скважинного

ки tg. Значения величин t: и t2 поступают2о штангового насоса поступает на вход блока

с выходов второго 5 и третьего 6 счетчи-10 индикации, сигнализирующего о соответков импульсов на входы делителя 14, ко-ствующем состоянии штангового глубинного

торый по сигналу с блока 3 управления оп-насоса.

ределяет отношение t4/t2, характеризующееПредлагаемое устройство позволяет иден- одно из шести классов состояния скважин-тифицировать шесть классов состояний штанного штангового насоса; нормальная работа,25 гового глубинного насоса на скважине глу- утечка в приемном или нагнетательном кла-биной до 2000 м и числом качаний до 10 пане, высокая или низкая посадка плунжерав мин.

и незаполнение насоса. Значение величины ti/t2 поступает на вход первой схемы 8 сравнения, на второй вход которой с выхода блока 7 памяти последовательно поступают граничные значения Nrp величины ti/tg для каждого класса состояния скважинного штангового насоса. Синхронно с импульсами, управляющими работой блока 7 памяти, на вход дополнительного счетчика 11 импульсов, характеризующего номера класса состояния скважинного штангового насоса, потояния скважинного штангового насоса, по

ступают импульсы с генератора 12 тактовых импульсов. В случае, если ii/tz Nrp, с первой схемы 8 сравнения на блок 3 управления поступает сигнал о попадании найденного значения величины ti/t2 внутрь диапазона возможных значений этой величины для данного класса состояний. При этом блок 3 управления запрещает счет дополнительным счетчиком 11 импульсов, с выхода которого код номера класса состояния скважинного

Фиг. 2

Вымд генератора 12 тактодых импульсов

Вмд первого счетчика 1/1мпульсо6

Вы)(од1 5локо1Ъ

ВымдЗ блока Щ

ВыАод2 5лона12

у

Выход Второй

сравнения

Выход первой 8 су.емы

Ч|.

сравнения

В}(од Второго 5 счетчика

импульсов Вмд третьего 6 счетчика ымпумсоВ

Вход делителя 14 дополнительного

11 счетчика ui пульсов Вмд 3 блока 7

Фиъ.5

о

Э 3 2 с

i