Устройство для автоматического управления глубинно-насосной установки и малодебитных нефтяных скважин Советский патент 1988 года по МПК F04B47/00 E21B43/00 

:о эо

4&ь

30

14

Изобретение относится к нефтедобыче и предназначено для автоматического управления глубинно-насосной установки малодебитных нефтяных сква- жин, эксплуатирующихся в режиме периодической откачки жидкости.

Цель изобретения - повышение точности управления путем определения момента незаполнения насоса при не- прерывной коррекции уровня фиксации сигнала датчика усилий.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для автоматического управления глубинно-насос- ной установки малогабаритных нефтяных скважин; на фиг. 2 - блок определения уровня фиксации; на фиг. 3 - временные зависимости сигналов, получаемых на выходах датчиков усилий и хода и второго формирователя напряжения при имеющейся нестабильности сигнала датчика усилий; на фиг. 4 - то же, при отсутствии нестабильности сигнала датчика усилий.

На фиг. 3 и 4 приняты следующие обозначения: U. - сигнал с датчика усилий; и - сигнал с датчика хода; , Т - длительность одного периода работы глубинного насоса; t, и t , t и - длительность полупериодов импульсов датчика усилий; U - сигнал датчика усилий с выхода второго формирователя. Кривые А,В,С и А ,В ,С соответствуют случаю полного заполнения насоса жидкостью. Кривые А,, В,,С, и А ,,В|,С, соответствуют случаю снижения уровня жидкости в за- трубном пространстве скважины до приема насоса. Линии DE и D,E,, D E и D Е , соответствуют фиксированию сиг-нала и (t) на нулевом уровне снизу (стабильного сигнала датчика усилий и нестабильного), а линии FK и F,K, и Et К и Ef К соответствуют фиксиро- ванию сигнала на нулевом уровне сверху (стабильного сигнала датчика усилий и нестабильного). ; Устройство для автоматического управления глубинно-насосной устаНов ки малодебитных нефтяных скважин содержит (фиг. 1) датчик 1 усилий, блок 2 отключения двигателя станка- качалки, блок 3 управления, выходы которого подключены к входам счетчи- ка-4 длительности импульса датчика усилий, счетчика 5 числа циклов работы насоса и счетчика 6 числа циклов наполнения насоса, схему 7 совпаде

5

0 д с

5

ния и схемы 8 и 9 сравнения. В устройстве имеется делитель 10 и блок 11 памяти, входы которого подключены соответственно к выходу блока 5 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 управления, а третий вход делителя 10 соединен с выходом счетчика 4 длительности импульса датчика усилия, причем выход делителя 10 подключен через схему 8 сравнения к входу блока 3 управления. Устройство также снабжено двумя инверторами 12 и 13, двумя конъюнкторами 14 и 15, дизъюнктором 16, элементом 17 индикации и дополнительными формирователем 18 напряжения и схемой 9 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 I3, вход которого совместно с одним из входов первого конъюнктора 14 связан с выходом дополнительного формирователя 18 напряжения, входом соединенного с выходом фиксатора 20 нулевого уровня. Второй вход и выход первого конъюнктора 14 подключены соответственно к выходу первого инвертора I2 и к одному из входов дизъюнктора 16, другой вход которого связан с выходом второго конъюнктора 15. В свою очередь, выход дизъюнктора 16 соединен с вторым входом блока 3 управления, а второй выход делителя 10 подключен к третьему входу блока 1 памяти.

Выходы основного формирователя 21 напряжения и датчика 1 усилий связаны соответственно с третьим входом блока 3 управления и входом фиксатора 20 .нулевого уровня, а выходы последовательно соединенных счетчика 4 длительности импульсов датчика усилий, счетчика 5 числа циклов работы насоса и счетчики 6 числа циклов незаполнения насоса связайы 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, выходом связанного с входом реле 23 блока 2. Вторые выходы счетчиков 5 и 6 соответственно числа циклов работы насоса и числа циклов незаполнения насо- са подключены на входы схемы 7 сравнения, второй выход которой связан с четвертым входом блока 3 управления, четвертым выходом подключенного к третьему входу делителя 10, а одним из входов счетчика 5 числа циклов работы насоса подключен к выходу схемы 8 сравнения.

Устройство дополнительно снабжено датчиком 24 хода и блоком 25 опреде ления уровня фиксации, входы которог подключены соответственно к входам датчиков 24 и хода и усилий, приче выход блока 25 определения уровня фиксации связан с вторым входом фик- с атора 20 нулевого уровня.

При этом блок 25 определения уровня фиксации выполнен (фиг. 2) в виде схемы 26 для определения момента максимума, демодулятора 27, аналого-цифрового преобразователя вычислителя 29-, двух регистров 30 и 31 памяти и сумматора 32, входы которого подключены к выходам второго регистра 31 памяти и третьему входу , фиксатора 20 нулевого уровня. Первый вход вычитателя 29 связан с входом первого регистра 30 памяти и выходом аналого-цифрового преобразователя 28 а второй вход - с выходом первого регистра 30 памяти, управляющий вход которого подключен к выходу схемы 26 для определения момента максимума и управляющему входу аналого-цифрового преобразователя 28, связанного своим входом с выходом демодулятора 27. Входы демодулятора 27 и схемы 26 для определения момента максимума подключены соответственно к выходам датчиков 1 и 24 усилий и хода.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал Up(t) с выхода датчика 1 усилий поступает на вход фиксатора 20 нулевого уровня и в блок 25 определения уровня фиксации. В начальный момент времени уровень фиксации нуля датчика усилий равен Uq, , установленного во втором регистре 31 памяти блока 25 определения уровня фик сации (нулевые уровни сверху и снизу - пунктирные линии DE, FK и D,E,, F, К, на фиг. 3.

Q

5 0

5 О

5

С нарастанием сигнала Up(t) датчика I усилий он будет фиксироваться в фиксаторе 20 нулевого уровня точками А,В и С, которые определяют длительности полупериодов импульса датчика 1 усилий t, и tj.

При достижении сигналом датчика 24 хода Uj(t) своего максимума, момент появления которого определяется схемой 26 для определения момента максимума, запускается аналого-цифровой преобразователь 28, на вход которого .поступает через демодулятор 27 сигнал 27 с датчика 1 усилий Up(t).

На выходе аналого-цифрового преобразователя 28 появляется цифровой код напряжения Up(t). В момент Ь , зтот код поступает на вход первого регистра 30 памяти, где записывается при помощи сигнала, определяющего момента появления максимума U, f и на вход вычитателя 29, на другой вход которого поступают содержимое первого регистра 30 памяти.

На выходе вычитателя 29 появляет-л ся код, соответствующий

Up; +I-UP; Шр; , (1) где - текущее значение сигнала датчика усилий в момент

s /«avc Up;- предыдущее значение в мо-

мент и, : S макс

Л Up; - уровень изменения сигнала датчика усилий текущего и предыдущих значений сиг-, нала Up(t).

В сумматоре 32 происходит сложение содерясимого второго регистра 31 памяти (значение (/риксд) и цифрового кода uUp; , тем самым находится новое

значение уровня фиксации ификс для сохранения длительности полупериодов

tj и t, не нарушая заложенный в устройство алгоритм его работы

ифи.с; (2)

Новое значение переписывается, во второй регистр 31 памяти и пост тупает на вход фиксатора 20 нулевого уровня, где происходит фиксация сигнала Up(t) с выхода датчика 1 усилий на нулевом уровне сверху и снизу (пунктирные линии D Е , Р к и D,E,, F, K;) (фиг. 4).

Уровень фиксации сохраняется до появления следующего максимума сигна- да с выхода датчика 24 хода.

Если же уровень не изменился, то на выходе вычитателя 29 будет нулевой

код, который в сумме с содержимым второго регистра 31 памяти даст предыдущее значение и. , т.е. на какую величину изменился сигнал с дат- чика 1 усилий, на такую же величину изменился и уровень фиксации.

Далее сигнал Up(t) с выхода фиксатора 20 нулевого уровня поступает на вход второго дополнительного фор- мирователя 18 напряжения для формирования импульсов с крутизной переднего и заднего фронтов, необходимых для дальнейшего прохождения через цифровые элементы.

Счетчиком длительности импульса датчика усилий в каждом цикле работы глубинного насоса производится измерение полупериодов импульса датчика усилий t, и tj, т.е. этот счетчик в течение времени t, и tj заполняется импульсами 50 Гц с выхода первого формирователя 21 напряжения, посту- паюпщми через блок 3 управления.

После подсчета счетчиком 4 дпи тельности импульса датчика усилий длительности t,, ее величина записывается в блок П памяти, а после подсчета длительности t ее величина подается в делитель 10.

Делителем 10 определяется величи

t на т

и запоминается в блоке 11 па10 текущее значение

увеличивамяти.

Если при незаполнении насоса третьей схемой 19 сравнения устанавливается, что полученное делителем

tl

2

ется по сравнение с его значением в предыдущем цикле, хранившемся в блок 1I памяти то в этом случае импульсы и поступают со второго дополнительного формирователя 18 напряжения рез первый конъюнктор 14 и дизъюнк- тор 16 в блок управления.

Если сравнение текущего и преды:- дущих значений отношения третьей схемой 19 сравнения опказывает, что его величина убьшает, то этот факт отражается элементом 17 индикации, а сигнал в блок 3 управления с второго дополнительного формирователя 18 напряжения поступает через второй инвертор 13, второй.конъюнктор 15 и дизъюнктор 16 инвертированным.

Второй схемой 8 сравнения производится сравнение полученного значения 7- с постоянной ной

ъ,

2 1,1

Если

t,

,1, то

что насос 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 t и t

t.f определение -- и сравнение его с

5 0

5

0

5

0

5

-51,1, ТО вторая схема

постоянной величиной, равной 1,1.

Если же т i

8 сравнения 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, по появление сигнала о снижении уровня жидкости в затрубном пространстве до приема насоса считается случайным и блок 3 управления, восстанавливает схему в исходное состЬяние.

Начинается новый цикл проверки. В случае, если содержимое счетчика 5 числа циклов работы насоса равно содержимому счетчика 6 числа циклов незаполнения насоса, то на выходе схемы 7 совпадения вырабатьшается сигнал, который переключает выходной триггер 22, в результате чего отключается двигатель (не показан) глубинного насоса от сети, производится общий сброс я устройство переходит к выдержке заданного времени накопления жидкости.

Задание времени накопления жидкости осуществляется объединенным разрядным двоичным счетчиком, который образуется за счет объединения счетчика А длительности импульса датчика усилий, счетчика 5 числа циклов работы насоса и счетчика 6 числа циклов незаполнения насоса. На вход объеди- ненного счетчика импульсы с частотой 50 Гц с выхода первого формирователя 21 напряжения пропускаются блоком 3 управления. После подсчета объединенным двоичным счетчиком определенного числа импульсов, соответствующих заданному времени накопления жидкости, на выходе первой схемы 9 сравнения, связанный 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 и реле 23 осуще- ствляет запуск двигате/гя станка-качалки и цикл повторяется.

Формула изобретения

1. Устройство для автоматического управления глубинно-насосной установки малодебитных нефтяных скважин по авт. св. № 1224443, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения точности управления путем определения момента незаполнения насоса при непрерывной коррекции уровня фиксации сигнала датчика усилий, оно

г 0 5 0

5

0

дополнительно снабжено датчиком хода и блоком определения уровня фиксации, входы которого подключены соответственно к входам датчиков хода и усилий, причем выход блока определения уровня фиксации связан с вторым входом фиксатора нулевого уровня.

2, Устройство по п. I, отличающееся тем, что блок определения уровня фиксации вьшолнен в виде схемы для определения момента максимума, демодулятора, аналого- цифрового преобразователя, вычислителя, двух регистров памяти и сумматора, входы которого подключены к выходам второго регистра памяти и вычитателя, а выходы - к входу второго регистра памяти и третьему входу фиксатора нулевого уровня, первый вход вычитателя связан с входом первого регистра памяти и выходом аналого- цифрового преобразователя, а второй его вход - с выходом первого регистра памяти, управляющий вход которого подключен к выходу схемы для определения момента максимума к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя, связанного своим входом с выходом демодулятора, причем входы демодулятора и схемы для определения момента максимума подключены соответственно к выходам датчиков усилий и хода.

Р 1

Изобретение относится к нефтедобыче и позволяет повысить точность управления устр-ва путем определения момента незаполнения насоса при непрерывной коррекции уровня фиксации сигнала датчика усилия. Входы блока (Б) 25 определения уровня фиксации подключены к входам датчиков 24 и I хода и усилий, причем выход Б 25 связан с вторым входом фиксатора 20 нулевого уровня. Б 25 выполнен в виде схемы для определения момента максимума, демодулятора, аналого-цифрового преобразователя, вычислителя, двух регистров памяти и сумматора. Сигнал с выхода датчика I поступает на Б 25 и при достижении им значения максимума запускается аналого-цифровой преобразователь, на выходе которого появляется цифровой код напряжения. В вычитателе происходит определение уровня изменения сигнала датчика текущего и предыдущих значений сигнала, в результате чего находится новое значение уровня фиксации для сохранения длительности полупериодов , без нарушения заложенного в устр-ве алгоритма его работы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

К