Устройство для обработки телединамограмм глубинно-насосных скважин Советский патент 1988 года по МПК F04B47/00 E21B43/00 

ф1/г.т

Изобретение относится к нефтедобыче, касается устройств для обработки телединамограмм глубинно-насосных скважин, предназначено для диагности рования состояния глубинно- насосно- го оборудования, в частности сква- жинных штанговых насосов в процессе их работы, и является усовершенствованием устройства по авт. св. №1108193.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для обработки теледина мограмм глубинно-насосных скважин; на фиг.2 - схема блока управления по фиг.1; на фиг.З - временные зависимости сигнала усилия, получаемые на выходе датчика усилия (.1,2) в координатах уси-пие-время (P-t); на фиг.4 - сигнал, получаемый на выходе фиксатора нулевого уровня положительной части сигнала (фиг.1,2), в координатах напряжение - время (U-t); на фиг.З - сигнал, получаемый на выходе фиксатора нулевого уровня отрицательной части сигнала (фиг.1,2). в координатах напряжение - время (U-t); на фиг.6 - ситуация, соответ- ствующая сверхдопустимым отложениям в колонне насосных труб: динамограммы 1-2-3-4 - теоретическая; кривая А - после очистки насосных труб от отложний; кривая В - после длительной экс плуатации при наличии отложений в насосных трубах в координатах усилие (Р) - перемещение (1) штанги; на фиг.7 - динамограмма наличия утечки в нагнетательной части насйса; на фиг.8 -.динамограмма наличия утечки в приемной части насоса; на фиг.9 - динамограмма предаварийной ситуации при обрьгае штанг.

На фиг.7 - 9 приведены обозначе- ния;

f

и иг 2: и.-

. / ч

(.)и () „о„„

цальное и фактическое средние значе- НИН напряжения сигнала датчика усилий, соответствующие полезному ходу плунжера, во время которого статргчес кая-нагрузка на шток равна весу штанг и жидкости;

21 и Z uf

нальное и фактическое средние, значения напряжения сигнала датчика усилий, соответствующие нагрузке на што равной весу штанг;

Л и и Д ер - номинальная и фактичес кая разности между средними значениями напряжений сигнала датчика усилий соответствующие весу жидкости;

1- теоретическая динамограмма нормальной работы насоса;

2- нулевая линия усилия.

-

Устройство для обработки телединамограмм глубинно-насосных скважин содержит датчик 1 усилия, фиксатор 2 нулевого уровня положи- тельной части сигнала, фиксатор 3 нулевого уровня отрицательной части сигнала, первый 4 и второй 5 счетчики, аналого-цифровой преобразователь б, первый 7 и второй 8 накапливающие сумматоры, первый 9 и второй 10 блоки деления, блок II вычитания, первый блок 12 сравнения, первый триггер 13, блок 14 индикации, блок 15 уставок и блок 16 управления. Выход датчика 1 усилия одновременно подключен к входам аналого-цифрового преобразователя 6, фиксаторов 2 и 3 нулевого уровня положительной и отрицательной частей сигнала, выходы которых подк.лючены к первым и вторым входам блока 16 управления со% ответственно, первый выход которого одновременно подключен к входу первого счетчика 4 и к информационному входу первого накапливающего сумматора 7, другой информационный вход которого одновременно подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя 6 и информационному входу второго накапливающего сумматора 8, обнуляющий вход которого одновременно подключен к обнуляющим входам первого накапливающего сумматора 7, первого 4 и второго 5 счетчиков и третьему выходу блока 16 управления, второй выход которого одновременно подключен к входу второго счетчика 5 и инфо рмационному входу второго накапливающего сумматора 8, выход которого подключен к информационному входу второго блока 10 деления, другой ин- формационный вход которого подключен к выходу второго счетчика 5,четвертый выход блока 16 управления одновременно подключен к разрешающим входам второго 10 и первого 9-блоков деле lA

ния, информационные входы которого подключены к выходам первого накапливающего сумматора 7 и первого счетчика 4 соответственно; выходы перво-- го 9 и второго,10 блоков деления подключены соответственно к информационным входам блока 11 вычитания, разрешающий вход которого подключен к пятому выходу блока 16 управления, шестой выход которого подключён к разрешающему входу первого триггера 13, выход и вход которого подключены к входу блока 14 индикации и выходу первого блока 12 сравнения соответственно, информационные входы которого подключены к первому выходу блока 15 уставок и выходу блока 14 вычитания соответственно.

Устройство дополнительно снабжено вторым 17, третьим 18, четвертым 19 и пятым 20 блоками сравнения, первым 21, вторым 22 и третьим 23 элементами И, вторьм 24, третьим 25 и четвертым 26 триггерами. Информационные входы второго 24, третьего 25 и четвертого 26 триггеров подключены к выходам первого 21, второго 22 и третьего 23 элементов И соответственно, а разрешающие входы упомянутых триггеров - одновременно к разрешаю- .щему входу первого триггера 13 .и шестому входу блока 16 управления, в то время как выходы второго 24, . третьего 25 и четвертого 26 триггеров связаны с первым, третьим и четвертым входами соответственно блока 14 индикации. 1 Входы первого 21, второго 22 и третьего 23 элементов И подключены к выходам второго 17, четвертого 19 и пятого 20 блоков сравнения соответственно. Другой вход второго блока 17 сравнения подключен к второму выходу блока 15 уста- .вок, третий выход которого связан с входом третьего блока 18 сравнения. Другой вход последнего одновременно подключен к входам первого блока 12-сравнения и выходу блока 14 вычитания, а его выход одновременно - к другим входам первого 21, вта рого 22 и третьего 23 элементов И, причем информационный вход второго блока 17 сравнения одновременно подключен к выходу первого блока 9 деления и информационному входу блока 14 вычитания, другой информационный вход которого одновременно свя2

зан с выходом второго блока 10 деления и входами четвертого I9 и пятого 20 блоков сравнения, а другие входы четвертого 19 и пятого 20 блоков сравнения подключены к четвертому и пятому выходам соответственно блока 15 уставок.

Блок 16 управления СФиг.2) содержит генератор 27 тактовой частоты, первый 28, второй 29, третий 30 и четвертый 31 элементы И, элемент ИЛИ 31, первый 32 и второй 33 усилители-ограничители, таймер 34, счетчик

35,Дешифратор 36, первый 37, второй 38, третий 39 и четвертый 40 элементы задержки; причем выход генератора 27 тактовой частоты соединен

с первым входом первого элемента И 28, выход которого подключен к первым входам второго 29 и третьего 30 элементов И; выход второго элемента И 29 является первым выходом

блока 16 управления; выход третьего элемента И 30 является вторым выходом блока 16 управления; вход первого усилителя-ограничителя 32 является первым входом блока 16 управления; вход второго усилителя-ограничителя 33 является вторым входом блока 16 управления; выход первого усилителя-ограничителя 32 соединен с вторым входом второго элемента И 29 и с первым входом четвертого элемента И 31; выход второ- го усилителя-ограничителя 33 соединен с вторым входом третьего элемента И 30, выход таймера 34 подклю чен к второму входу четвертого элемента И 31, выход которого подключен к входу счетчика 35, выход которого подключен к входу дешифратора

36,первый выход которого подключен к входу четвертого элемента 40 задержки, выход которого является третьим выходом блока 16 управления;

п-й выход дешифратора 36 (где п - количество выходов дешифратора) подключен к обнуляющему входу счетчика 35 и входу первого элемента 37 задержки, выход которого является чет-/ вертым выходом блока 16 управления и подключен к входу второго элемента

38 задержки, выход которого является пятым выходом блока 16 управления и подключен к входу третьего элемента 39 задержки, выход Которого является шестым выходом блока 16 управ51416752

ления; с второго по (п-1)-й выходы дешифратора 36 подключены соответст- венно к входам элемента ИЛИ- 32, выход которого подключен к второму йходу первого элемента И 28.

ди

с сч да на чи Хр

Устройство для обработки теледина мрграмм глубинно-насосных скважин работает следующим образом.

Сигнал датчика 1 усилия фиг.З); одновременно поступает на входы фиксаторов 2 и 3 нулевого уровня положительной и отрицательной частей сигнала и аналого-цифрового преобразователя 6. Фиксаторы 2 и 3 нуле вого уровня фиксируют положительные и отрицательные соответственно части сигнала в нулевом уровне фиг.4 и 51 это позволяет независимо от изменения нуля датчика 1 усилия получить положительные я отрицательные части сигнала на постоянном уровне. С выходов фиксаторов 2 и 3 нулевого уровня на первый а и второй а- входы . блока 16 управления поступают поло- . жительные и отрицательные части сигнала датчика 1 усилия сооответст- венно. Сигнал 1 с третьего bg выхода блока,16 управления поступает на обнуляющие входы накапливающих сумматоров 7 и 8 счетчиков 4 и 5, что переводит их в исходное состояние. ,С первого выхода Ь блока 16 управления сигнал 1 поступает на информационные входы первого счетчика 4 и первого накапливающего сумматора 7, разрешая }сумми:рование содержимого сумматора 7 с текущим сигналом, поступающим на другой его информационный вход с аналого-цифрового преобразователя 6. Сигнал с второго Ь( выхода блока 16 управления поступает на информационные вход второго счетчика 5 и второго накапливающего сумматора 8, разрешая суммирование содержимого сумматора 8 с текущим сигналом , поступающим на дру гой его информационный вход с аналого-цифрового преобразователя 6. Таким образом, в накапливающем сумматоS

дится сумма

irf

Ut значений Nj отсчетов отрицательной части сигнала атчика 1 усилия в течение п циклов нагнетания глубинного насоса; в счетике 5 хранится число отсчетов N,, Хранящееся в счетчиках 4 и 5 (фиг . )

исло значений N .и N,-которые соответствуют длительностям положительной и отрицательной частей сигнала датчика I усилия, преобразуется в число отсчетов,. заполняющих эти

лительности в с четчиках 4 и 5 сигналов генератора 27 тактовой частоты фиг,2J блока 16 управления. Введя в устройство дополнительные элементы и связи, путем сравнения значений

N и N, можно анализировать наличие утечек жидкости в насосных частях, т.е. при N 4 N. - утечка в нагнетательной части насоса; N, N - утечка в приемной части насоса.

Содержимое накапливающего сумматора 7 поступает на информационный ВХОД блока 9 деления в качестве делимого, на другой информационный вход которого поступает в качестве

делителя значение числа отсчетов N с выхода счетчика 4. Содержимое накапливающего cjTMMfiTopa В поступает на информационный вход блока 10 деления в качестве делимого, на другой

информационный вход которого поступает в качестве делителя значение N числа отсчетов с выхода счетчика 5. Сигнал 1 с четвертого выхода Ь4 блока 16 управления поступает на разрешающие входы блоков 9 и 10 деления, разрешая проведение операции деления.

Результаты деления с выходов блоков 9 и 10 деления поступают на первый и второй входы блока 11 вычитания, на разрешающий вход которого поступает 1 с пятого выхода блока 16 управления, разрешая проведение операции вычитания, в результате чего полученное значение

Изобретение относится к нефтедобыче и м.б. использовано для диагностирования состояния глубинно-насосного оборудования. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, устр-ва. Второй, третий, четвертый и пятый выходы блока (Б) 15 уставок, подключены соответственно к Б 17,18,12,19,20 сравнения. Выходы Б 17, 19, 20.,подключены к элементам И 21, 22, 23, выход Б 18 - к линии,соединяющей эти элементы, а выход Б 12 - к триггеру (Т) 13. Ин--; формационные входы 24,25,26 Т подключены к выходам элементов И 21, 22, 23, а их разрешающие входы одновременно - к разрешающему входу Т 13 и шестому входу Б 16 управления. Выходы 24,25,26 Т связаны соответственно с первьм, третьим и четвертьм входами Б 14 индикации. Информационные входы Б .11 вычитания .подключены к Б 17,19 и четвертому входу Б 16, а его выход - к линии, соединяющей Б 18 и 12. Такое выполнение позволяет определить среднее значение положительной и отрицательной частей сигнала датчика 1 усилия и по результатам сравнения с заранее заданными :величинами осуществить диагностирование состояний глубинно-насосного оборудования. 9 ил. а S сл а СП Ivd М

7 находится сумка

; I

сг

t

значений

N отсчетов положительной части сиг нала датчика 1 усилия в течение п циклов нагнетания глубинного насоса; в счетчике 4 хранится число отсчетов N-. В накапливающем сумматоре 8 нахоI иГ

. N.

.

NO

поступает

на вход первого блока 12 и на второй вход третьего блока 18 сравнения. На другой вход третьего блока 18 сравнения с третьего выхода блока

15 уставок поступает н номинальное значение средней величины разности сигнала датчика 1- усилия при ходе штанг вверх и вниз.

Если Дф Дн э выходе третьего блока 18 сравнения появляется 1, которая поступает на входы первого, второго и третьего элементов И 21-23..10

На вход.первого блока 12 сравнения с первого вькода блока 15 уставок поступает значение уставки. Если на выходе блока 11 вычитания получено значение , то на выходе пер- 15 вого блока 12 сравнения появляется 1, которая поступает на информа-, ционный вход первого триггера 13, что свидетельствует об отложений парафина в насосных трубах свыше оп- 20 ределенного количества (фиг.6).

На вход второго блока 17 сравнения поступает с выхода первого блока 9 деления значение средней вели- чины сигнала датчика 1 усилия при

штанг вверх

N.

при

этом на другой вход второго блока 17 сравнения подается с второго выхода блока 15 уставок значение уставки, соответствующее

;

5

2:

;

,де (

среднее значение сигнала датчика 1 усилия при ходе штанг вверх при нормальных условиях эксплуатации глу- бинно-насосной установки. При выполнении условий

Z иг

)

N,

и;

(.L .-,0,6 ()„

.

срабатьшает второй 17 и третий 18

блоки сравнения, 1 с их выходов поступает на вход первого элемента И 21, на его выходе появляется 1, которая поступает на информационный вход второго триггера 24. Выполнение условий одновременно свийетельствует об утечке в нагнетательной части насоса (фиг.7) . //5

Значение 0,4 ( ) будет N

при меньшей обводненности скважины,

что соответствует пропуску в нагнетательной части насоса, приводящему к заполнению высвобождаемого плунжером объема цилиндра перетекающей жидкостью, создающей на плунжер подпор снизу.

Значение сигнала средней величины датчика 1 усилия при ходе штанг вниз

: г

Z иг

. V

А с выхода второго блока 10

г

деления поступает на первый вход четвертого 19 и пятого 20 блоков сравнения. .

На : другой вход четвертого блока 19 сравнения с четвертого

выхода блока 15 значение уставки.

уставок подается соответствующее i

Z и:

1 (--i- - --- Ч гшр (

i..t Nj ;, }„

среднее значение сигнала датчика I усилий-при ходе штанг вниз при нормальных условиях эксплуатации глубинно-насосной установки.

Наличие утечки в приемной части насоса указьшает на негерметичность узла приемного клапана. В этом случае продолжительность периода разгрузки штанг увеличивается. Давление в цилиндре насоса становится больше давления погружения. Процесс снятия нагрузки с полированного штока не заканчивается, нагнетательный клапан не открьшается и, следовательно, жидкость в подъемные трубы над плунжером не поступает. Приемньй клапан открыт, жидкость из скважины поступает s цилиндр насоса. Однако за время хода плунжера вниз вся жидкость с некоторым сопротивлением вы- тесняется обратно в скважину. С уче- том сил трения динамограмма распола- .гается на высоте вьше веса штанг, погруженных в жидкость, что и может

составлять (1,1-1,4)(

N,

Х,

f Хи:

При вьшолнении условий j (- ,-) ii -. ( i

t

,2 ()fi срабатывает третий 18 и четвертый 19 блоки сравнения. С их выходов 1 поступают на вход второго элемента И 20, на выходе которого появляется 1, поступающая на вход третьего триггера 25. Выполнение указанных условий одновременно свидетельствует об утечке я приемной части насоса (фиг.8.

На вход пятого блока 20 сравнения с -пятого выхода блока 15 уставок по дается значение уставки, соответстМ-г.

Z иГ

вующее 0,8 (--- г,--)

N,

ЕСЛИ нагрузка на полированный шток изменяется на величину силы трения, происходит обрыв. На фиг. 9 отражена ситуация, указьтающая на глубокий обрыв или отворот штанг почти у самого плунжера, расположенного в непосредственной близости от теоретической линии веса штанг. При обрьюах штанг в середине колонны и в скважине с тяжелой нефтью динамограм мы имеют такие же узкие горизонталь- ные петли, но лежат они ниже теоретической линии веса штанг. По внешне му виду динaмoгpaммy oбpьdзa штанг без ее обработки невозможно отличить от динамограмм Выхода из строя нагнетательной или приемной части насоса или дина- мограммы фонтанирования через насос. С учетом отсчета от.линии веса штанги и точного определения месторасположения при обрыве штанг, по аналогии со сказанным вьш1е фактичес- кое среднее значение напряжения сигнала датчика усилия при хаде штанг вниз может составлять (О,5-0,9)х

1

|: и;. (,)

При вьшолнении усЛовий

0,8 (

X

f

«Г

N,

-)н

срабатьшает третий 8 и пятый 20 блоки сравнения; 1 с их выходов поступают на вход третьего элемента : И 23. На его выходе появляется 1,. которая поступает на информационный вход четвертого триггера 26. Выполнение указанных условий одновремен- но свидетельствует -об обрыве штанг фиг.9j.

С задержкой времени, необходимой для срабатывания первого 12, второго

-17, третьего 18, четвертого19 и

пятого 20 блоков сравненияи перво- /

.го 21, второго 22, третьего23 эле

3

0

5 0 0 5

0

ментов И, с шестого Ь. выхода блока

16 управления на разрешающие входы первого 13, второго 24, третьего 25 и четвертого 26 триггеров поступает 1, разрешая переход каждого триггера в состояние,-соответствующее сигналу, присутствующему на их информационных входах. Появление сигналов на выходах триггеров 13, 24-26 вызывает срабатьгоание блока 14 индикации.

Работа блока 16.управления (фиг.2) осуществляется следующим образом. Сигналы, поступившие на входы первого 32 и второго 33 усилителей- ограничителей по первому а и второму а входам блока 16 управления, усиливаются и ограничиваются до уровня 1. Таким образом, в течение положительной части сигнала датчика 1 усилия на выходе усилителя- ограиичителя 32 присутствует 1, на выходе усилителя-ограничителя 33 - О, а в течение отрицательной части сигнала датчика 1 усилия на выходе усилителя-ограничителя 32 присутствует , на выходе усилителя-ограничителя 33 - 1. / .

Сигнал с выхода усилителя-ограничителя 32 одновременно поступает на входы второго 29 и четвертого 31 злементов И. Сигнал с выхода усилителя-ограничителя 33 поступает на вход третьего элемента И 30. При на-, личии на выходе таймера 34 1 сигнал поступает на информационный вход счетчика 35. Счетчик 35 и дешифратор 36 образуют распределитель Импульсов, при этом выходы дешифрато- ра 36 являются выходами распредели5 теля импульсов, а информационный вход счетчика 35 - входом распределителя импульсов. Сигнал с первого выхода дешифратора 36 через четвертый элемент 40 з,адержки подается на

о третий выход Ь блока 16 управления. Входы I элемента ИЛИ 37 подключены соответственно к выходам дешифратора 36. Сигналы с второго и последующих ;выходов дешифратора 36 до (n-l)-ro

5 включительно поступают на входы элемента ИЛИ 37, при этом на его выходе появляется 1, которая поступает на вход первого элемента И 28 разрешая прохождение сигналов генератоpa 27 тактовой частоты на входы второго. 29 и третьего 30 элементов И.

Во время прохождения положительной части сигнала датчика I усилия 1 с выхода усилителя-ограничителя 32 разрешает прохождение сигналов генератора 27 тактовой, частоты через второй элемент И 29 и передается на первый выход Ъ блока 16 управле- . ю кия.

Во время прохождения отрицательной части сигнала датчика 1 усилия 1 с выхода усилителя-ограничителя 33 разрешает прохождение сигналов ге- 15 нератора 27 тактовой частоты через третий элемент И 30 и передается на второй выход Ь блока 16 управления. После поступления сигнала с выхода усилителя-ограничителя 32 на 20 п-м выходе дешифратора 36 появляется 1, на выходе элемента ИЛИ 37 - О (так как на всех его входах присутствует О), который запрещает прохождение импульсов генератора 27 25 тактовой частоты через первый элемент И 28.

1 с п-го выхода дешифратора 36 включает таймер 34, на выходе которого на заранее заданное определенное зо время (например, час) появляется О, при этом устройство не работает. Кроме того, 1 с п-го выхода дешифратора 36 обнуляет счетчик 35, через первьй элемент 37 задержки поступа- ет на четвертый выход Ь4 блока 16 управления; I с п-го выхода дешифратора 36 через первый 37 и второй 38 элементы задержки подается на пятый выход bj- блока 16 управления; 40 1 с п-го выхода дешифратора 36 через первый 37, второй 38 и третий 39 элементы задержки подается на шестой выход bj блока 16 управления. .

По истечении заданного времени на з выходе таймера 34 появляется 1 и все описанные процессы повторяются.

Таким образом, предлагаемое устройство определяет среднее значение положительной и отрицательной VQ частей сигнала датчика усилия и по результатам сравнения с заранее заданными величинами позволяет осуществить диагностирование состояний глубинно-насосного оборудования.

Формула изобретения

Устройство для обработки теледи- намограмм глубинно-насосных скважин по авт.св. № 1108193, о т л и ч а юш; е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно дополнительно снабжено вторым, третьим, четвертым и пятым блоками сравнения, первым, вторым и третьим элементами И, и BTopEjiM, третьим и четвертым триггерами, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого, второго и третьего элементов И, а разрешающие входы - одновременно к разрешаюш;ему входу первого триггера, и шестому входу блока управления, в то время как выходы второго, третьего и чет- Б ертого триггеров связаны соответственно с первым, третьим и четвертым входами блока индикации, входы же первого, второго и третьего элементов И подключены соответственно к выходам второго, четвертого и пятого блоков сравнения, другой вход второго блока сравнения подключен к второму выходу блока уставок, третий выход которого связан с входом третьего блока сравнения,-другой вход последнего одновременно подключен к входу первого блока сравнения и выходу блока вычитания, а его выход - одновременно к другим входам первого,, второго и третьего элементов И, причем информационный вход второго блока сравнения одновременно подключен к выходу первого блока деления и информационному входу блока вычитания, другой информационный вход KOTOfforo одновременно связан с выходом второго блока деления и входами четвертого и пятого блоков сравнения, а другие входы четвертого и пятого блоков сравнения подключены соответственно к четвертому и пятому выходам блока уставок.

«

и

СриР.З

о

Г Г Г

(риг.5

дзиг.7

сриг.В

фиг. 9