Устройство для контроля и диагностики глубинно-насосных скважин Советский патент 1991 года по МПК G06F17/00 

Фиг./

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для обработки телединамограмм глубинно-

насосных скважин, оборудованных штанговыми насосами, в процессе их работы.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля путем определения состояния частичного незаполненного цилиндра глубинного насоса за счет наличия газового фактора в скважине,

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - схема блока управления; на фиг.З - временные зависимости сигнала усилия: а - на выходе датчика усилия, в координатах усилие- время (р-п); б-сигнал, получаемый на выходе фиксатора нулевого уровня положительной части сигнала в координатах напряжение - время (u-t); в - сигнал, получаемый на выходе фиксатора нулевого уровня, отрицательной части сиг- нала в координатах напряжение - время (); на фиг.4 - динамограммы ситуации, соответствующей сверхдопустимым отложениям в колонне насосных труб: динамограммы (1-2-3-3) - теоретическая, кривая А - после очистки насосных труб от отложений, кривая В - после длительной эксплуатации при наличии отложений в насосных трубах в координатах; усилие (Р) - перемещение (I) штанги; на фиг.5а, б - совмещенные друг с другом динамограммы работы скважинного штангового насоса при частичном незаполнении насоса жидкостью, вызванном влиянием пластового газа на работу насоса при том, что газовые защитные приспособле- ния, находящиеся у приема насоса, работают нормально (а - замкнутая динамограм- ма; б - временная развертка сигнала, получаемая на выходе датчика усилия): на фиг.ба, б - совмещенные друг с другом ди- намограммы работы скважинного штангового насоса при частичном незаполнении насоса жидкостью, вызванном влиянием пластового газа на работу насоса при том, что газовые защитные приспособления, на- ходящиеся у приема насоса, работают ненормально (а - замкнутая динамограмма; б -временная развертка сигнала,получаемая на выходе датчика усилия).

На фиг.4а и 6а используются обозначения: 5-1 - теоретическая динамограмма работы насоса: 5-2, 5-3, 5-4. 5--5 - динамограммы, снятые последовательно в первом, втором, третьем и чегвпршм цик- лах работы насоса, где /( и Л;, номинальная и фактическая разность между средними значениями напрем- ечг.н от нала датчика усилий, соответстг v O .MT т жужид

1

2

N1

Ui

N1

Ji

Ni

Ui

НОМИФ

нальное и фактическое средние значения напряжения сигнала датчика усилия, соответствующие полезному ходу плунжера, во время которого статическая нагрузка на

штанг и жидкости;

- номинальное

Ф

и фактическое средние значения напряжения сигнала датчика усилия, соответствующие нагрузке на шток, равной весу штанг, 00 - нулевая линия усилия.

На фиг.56 и 66 приняты обозначения. 5-1

-временная развертка сигнала датчика усилия нормальной работы насоса: 5-2, 5-3, 5-4,5-5- временные развертки сигнала датчика усилия в первом, втором, третьем и четвертом циклах работы насоса, где: tn - номинальное значение длительностей сигнала датчика усилия при нормальной работе насоса (при полном заполнении насоса жидкостью): Т.Ф1 Тф2ДфзДф4 фактические значения длительности сигнала датчика усилия в первом, втором, третьем и четвертом циклах работы насоса. Т - длительность одного цикла (периода) работы насоса. 00

-нулевой цикл сигнала датчика усилия.

На фиг.7 представлен алгоритм работы устройства: на фиг.8 временная диаграмма работы блока управления числа рабочих циклов насоса (для п - 8).

Устройство содержит датчик 1 усилия штока насоса, фиксатор 2 нулевого уровня положительной части сигнала, фиксатор 3 нулевого уровня отрицательной части сигнала, первый 4 и второй 5 счетчики, аналого-цифровой преобразователь 6, первый и второй накапливающие сумматоры 7 и 8, первый и второй блоки 9 и 10 деления, блок 11 вычитания, первую схему 12 сравнения, первый триггер 13, блок 14 индикации, задат- чик 15 номинальных значений диагностируемых параметров насоса, блок 16 управления, вторую схему 17 сравнения, третий счетчик 18, третью схему 19 сравнения, элемент И 20, второй триггер 21, четвертый счетчик 22, четвертую схему 23 сравнения и третий и четвертый триггеры 24 и 25.

Блок 16 управления содержит генератор 26 тактовой частоты, первый и второй усилители 27 и 28, первый, второй, третий и четвертый элементы И 29-32, элемент ИЛИ 33, дешифратор 34. счетчик 35. таймер 36. первый, второй, третий и четвертый элементы 3740 задержки соответственно

Работа устройства осуществляется следующим образом.

С целью предотвращения вредного влияния газа на работу насоса, прием насоса оборудуют защитным приспособлением (га- зовые якори типа ЯГ-1; якори-зонты ЯЗ, многосекционные, тарельчатого, винтового и погружного типа), позволяющие частично отводить свободный газ от приема насоса в затрубное пространство. Задается количе- ство рабочих циклов п нагнетания насоса (КЦ п)и время останова устройства (например, 00ст 1 ч). Время останова Тост необходимо, чтобы уровень жидкости, подаваемой пластом, восстановился в затрубном про- странстве. За это время Тост электродвигатель станка-качалки выключается (не показано).

Подсчет времени останова осуществляет таймер 36. После выдержки времени Тг т включается электродвигатель станка-качалки (не показано), приводящий в действие сква- жинный насос. При этом сигнал датчика 1 (фиг.За) одновременно поступает на входы фиксаторов 2 и 3 нулевого уровня положи- тельной и отрицательной частей сигнала и аналого-цифрового преобразователя 6, тем самым запускается устройство в работу. Фиксаторы 2 и 3 нулевого уровня фиксируют соответственно положительные и отри- цательные части сигнала (фиг.36, в). Это позволяет независимо от изменения нуля датчика 1 получить положительные и отрицательные части сигнала на постоянном уровне.

С выходов фиксаторов 2 и 3 нулевого уровня на входы блока 16управления поступают положительные и отрицательные части сигнала датчика 1 соответственно. Сигнал 1 с выхода Ьз блока 16 поступает на входы сброса накапливающих сумматоров 7 и 8, счетчиков 4, 5, 18 и 22, чем они приводятся в исходное состояние.

С выхода bi блока 16 сигнал 1 поступает на счетный вход счетчика 4 и управля- ющий вход накапливающего сумматора 7 разрешая суммирование содержимого сумматора 7 с текущим сигналом, поступающим на другой его информационный вход с аналого-цифрового преобразователя 6

UiJ.

Таким образом, в накапливающем сумNIматоре 7 находится сумма UIA значений

отсчетов положительной части сигнала датчика 1 в течение циклов нагнетания глубинNI

ного насоса I СН1. 2 и Ф I а в счетчике 4

i - 1

хранится число отсчетов Ni | C4i: N1 | . В накапливающем сумматоре 8 находится

N2

сумма 2 иГф значений N2 отсчетов отрица- i 1

тельной части сигнала датчика 1 в течение п циклов нагнетания глубинного насоса

N2

| Сн2: 2 |ф | . а в счетчике 5 хранится

i 1

число отсчетов N2) С/)2: N21 .

Хранимые числа значений Ni и N2 соответственно в счетчиках 4 и 5 соответствуют длительностям положительной и отрицательной частей сигнала датчика 1. Они преобразуются в числа отсчета, заполняющие эти длительности в счетчиках 4 и 5 сигналами генератора 26 тактовой частоты блока управления. Число отсчетов NI с выхода счетчика 4 подается на вход схемы 17 сравнения, на другой вход второго выхода задат- чика 15 поступает число отсчетов К (соответствующее номинальному значению длительностей сигнала датчика 1 при полном заполнении насоса :н). В каждом рабочем цикле происходит сравнение Ni с К. При фиксировании Ni К (или tH ) на выходе схемы 17 сравнения вырабатывается сигнал, который поступает на вход счетчика 18, предназначенный для отметки числа незаполнения (пн) насоса, при котором содержимое счетчика 18 увеличивается на единицу.

Если в результате сравнения Ni К (или т.ф| tH), то на втором выходе схемы 17 сравнения вырабатывается сигнал, который поступает на вход счетчика 22, при этом его содержимое увеличивается на единицу (р). Содержимое счетчиков 18 и 22 поступает соответственно на информационные входы третьей и четвертой схем 19 и 23 сравнения, на другие входы которых с выхода Ь блока 16 поступает число отсчитываемых рабочих циклов работы насоса п (со счетчика 35 на фиг.2, содержимое которого в каждом цикле увеличивается на единицу).

В том случае, когда устройство выдержало заданное количество циклов (п), на схеме 19 сравнения произойдет сравнение значений (пн) с (п). При случае пн п на ее выходе вырабатывается сигнал, являющийся разрешающим для элемента 20.

Таким образом, в течении п рабочих циклов работы насоса определяется количество циклов незаполнения насоса. Содержимое накапливающего сумматора 7 поступает на вход блока 9 деления в качестве делимого, на другой вход которого поступает в качестве делителя значение числа

отсчетов Ni с выхода счетчика 4 (Uicp4)

:Cni:Cn1.

Содержимое накапливающего сумматора 8 поступает на вход блока 10 деления в качестве делимого, на другой вход которого поступает в качестве делителя значение числа отсчетов N2 с выхода счетчика 5 (Uicp) См2:Си2.

Сигнал 1 с выхода D4 блока 16 поступает на разрешающие входы блоков 9 и 10 деления, разрешая проведение операции деления. Результаты деления с их выходов поступают на входы блока 11 вычитания, на разрешающий вход которого поступает 1 с выхода 05 блока 16 управления, разрешая проведение операции вычитания, в ре- значение

- поступаФ

ет на вход схемы 12 сравнения, на другой вход которой с выхода задатчика 15 поступает ( Дн - номинальное значение средней величины разности сигнала датчика 1 при ходе штанг вверх и вниз)значение уставки.

Если полученное значение будет Аф Дн, то на выходе схемы 12 сравнения появляется 1, которая поступает на информационный вход триггера 13, что свидетельствует об отложении парафина в насосных трубах свыше определенного количества (фиг.4).

Если на первой схеме сравнения 12 будет зафиксировано Дф Дн, то на другом ее выходе появляется 1, которая поступает на вход элемента И 20. При выполнении условий

одновременно срабатывают схемы 12 и 19 сравнения, единичные сигналы с их выходов поступают на входы элемента И 20, на его выходе появляется 1, которая поступает на информационный вход триггера 21, что свидетельствует о частичном незаполнении насоса жидкостью, вызванном влиянием пластового газа на работу насоса. 1 с выхода элемента И 20 также поступает на разрешающий вход схемы 23 сравнения в целях диагностирования работы газовых защитных приспособлений, находящихся у приема насоса.

Так как один из информационных входов схемы 23 сравнения связан с выходом Ь7 блока 16 управления, то на этой схеме

произойдет сравнение значений (р) с (п). При случае-р п на выходе схемы 23 сравнения вырабатывается 1, которая поступает на информационный вход триггера 24, что

свидетельствует о том, что газовые защитные приспособления, находящиеся у приема насоса, работают нормально (фиг.5).

При случае р п, на другом выходе схемы 23 сравнения вырабатывается 1, ко0 торая поступает на информационный вход триггера 25, что свидетельствует о том, что газовые приспособления, находящиеся у приема насоса, работают ненормально (фиг,6).

5 С задержкой времени, необходимой для срабатывания триггеров 13, 21, 24 и 25, с выхода be блока 16 управления на разрешающие входы этих триггеров поступает 1, разрешая переход каждого триггера в со0 стояние, соответствующее сигналу, присутствующему на его информационном входе. Появление сигналов на выходе триггеров 13,21,24 и 25 вызывает срабатывание блока 14 индикации.

5Работа блока 16 управления (фиг.2) осуществляется следующим образом.

Сигналы, поступившие на входы первого и второго усилителей-ограничителей 27 и 28 по первому ai и второму аг входам блока

0 16 управления, усиливаются и ограничиваются до уровня 1. Таким образом, в течение положительной части сигнала датчика 1 на выходе усилителя-ограничителя 27 присутствует 1, на выходе усилителя-ограни5 чителя 28 - О, а в течение отрицательной части сигнала датчика 1 на выходе усилителя-ограничителя 27 присутствует О, на выходе усилителя-ограничителя 28 присутствует 1.

0Сигнал с выхода усилителя-ограничителя 27 одновременно поступает на входы эле- ментов И 30 и 32. Сигнал с выхода усилителя-ограничителя 28 поступает на вход третьего элемента И 31. При наличии

5 на выходе таймера 36 сигнала 1 поступает на вход счетчика 35.

Счетчик 35 и дешифратор 34 образуют распределитель импульсов, при этом выходы дешифратора 34 являются выходами рас0 пределителя импульсов, а вход счетчика 35 является входом распределителя импульсов. Выход счетчика 35 является выходом bi блока 16 управления. Сигнал с первого выхода дешифратора 34 через элемент 40 за5 держки подается на выход Ьз блока 16 управления. Входы элемента ИЛИ 33 подключены к выходам дешифратора 34 с второго по (п-1)-й включительно, при этом на его выходе появляется Г, которая поступает на вход первого элемента И 29, разрешая

прохождение сигналов генератора 26 тактовой частоты на входы элементов И 30 и 31.

Во время прохождения положительной части сигнала датчика 1 усилия 1 с выхода усилителя-ограничителя 27 разрешает про- хождение сигналов генератора 26 тактовой частоты через элемент И 30 и передается на входы Ьл блока 16 управления. Во время прохождения отрицательной части сигнала датчика 1 усилия 1 с выхода усилителя-ог- раничителя 28 разрешает прохождение сигналов генератора 26 тактовой частоты через элемент И 31 и передается на выход Ь2 блока 16 управления.

После поступления n-го сигнала с выхо- да усилителя-ограничителя 27 на n-ом выходе дешифратора 34 появляется 1, на выходе элемента ИЛИ 33 сигнал О (так как на всех его входах присутствует О, который запрещает прохождение импульсов re- нератора 26 тактовой частоты через элемент И 29). 1 с n-го выхода дешифратора включает таймер 36, на выходе которого через заранее заданное время (в устройстве 1 ч) появляется О, при этом устройство не работает. Кроме того, 1 с n-го выхода дешифратора 34 обнуляет счетчик 35, через элемент 37 задержки поступает на выход блока 16 управления. 1 с n-го выхода дешифратора 34 через элементы 37 и 38 задер- жки подается на выход bs блока 16 управления. 1 с n-го выхода дешифратора 34 через элементы 37-39 задержки подается на выход be блока 16 управления.

Обнулением счетчика 35 после выработ- ки необходимых выходных сигналов (bi-b) блока 16 управления дешифратор 34 приводится в нулевое состояние, на его первом выходе имеется сигнал 1, который передается на выход Ьз блока 16 управления по- средством элемента 40 задержки (т е. п :п+1 и устройство подготовлено для последующей обработки значения поступающего сигнала датчика 1 усилия в случае задержки заданного времени останова Т0ст 1 ч).

По истечении заданного времени останова (Тост 1 ч) на выходе таймера 36 появляется 1 и все указанные процессы повторяются. Известно, что скважинный штанговый насос работает под динамиче- ским уровнем жидкости в скважине. На фиг.ба представлены четыре последовательно снятые динамограммы после пуска скважины, характеризующейся вследствие поступления на прием насоса свободного газа под давлением, соответствующим глубине погружения насоса под динамический уровень. Для этих динамограмм характерны слаборазвитые волны нагрузок в начале хо да плунжера вверх и вниз и сильное их затухание в конце хода, что объясняется большой упругостью газа. Другой характерной чертой является большая продолжительность периода снятия нагрузки: соответствующие линии (обозначены цифрами) сильно выположены. В соответствии с этим происходит значительное запаздывание открытия клапанов и сокращения полезной длины пробега плунжеров.

В зависимости от типа защитного оборудования приема насоса характер изменения положения линии снятия нагрузки или, что одно и то же, характер изменения величины незаполнения вследствие влияния газового фактора будет преобладать тот или иной из отмеченных контуров при периодическом чередовании его с другими контурами, т.е. величина незаполнения будет беспорядочно изменяться в ту или другую стороны относительно некоторой средней величины. Такие отклонения вполне естественны, так как газосодержание смеси не может быть постоянным. Так как устройство функционирует на основе метода формирования средних величин, то достигается повышение достоверности определения состояния частичного незаполнения цилиндра глубинного насоса вследствие наличия газового фактора в скважине.

Формула изобретения Устройство для контроля и диагностики глубинно-насосных скважин, содержащее датчик усилия штока насоса, фиксатор нулевого уровня положительной части сигнала, фиксатор нулевого уровня отрицательной части сигнала, три счетчика, аналого-цифровой преобразователь, два накапливающих сумматора, два блока деления, блок вычитания, три схемы сравнения, два триггера, блок индикации, задатчик номинальных значений диагностируемых параметров насоса, элемент И и блок управления, выход датчика усилия штока насоса подключен к входам аналого-цифрового преобразователя и фиксаторов нулевых уровней положительной и отрицательной частей сигнала, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами данных блока управления, первый управляющий выход которого подключен к счетному входу первого счетчика и к управляющему входу первого накапливающего сумматора, информационный вход которого и информаци- онный вход второго накапливающего сумматора связаны с выходом аналого-цифрового преобразователя, входы сброса накапливающих сумматоров и счетчиков подключены к установочному выходу блока управления, второй управляющий выход которого соединен с управляющим входом второго накапливающего сумматора и со счетным входом второго счетчика, выход которого подключен к входу делителя второго блока деления, вход делимого которого связан с выходом второго накапливающего сумматора, выход первого накапливающего сумматора подключен к входу делимого первого блока деления, вход делителя которого и первый вход второй схемы сравнения соединены с выходом первого счетчика, входы разрешения деления первого и второго блоков деления подключены к первому строби- рующему выходу блока управления, второй стробирующий выход которого подсоединен к входу разрешения вычитания блока вычитания, входы уменьшаемого и вычитаемого которого подключены соответственно к выходам первого и второго блоков деления, а выход - к первому входу первой схемы сравнения, второй вход которой связан с первым выходом задатчика номинальных значений диагностируемых параметров насоса, второй выход которого подключен к второму входу второй схемы сравнения, первый выход которой соединен со счетным входом третьего счетчика, выход которого подключен к первому входу третьей схемы сравнения, второй вход которого связан с информационным выходом блока управления, синхровыход которого подключен к синхровходам первого и второго триггеров, выходы первого и второго триггеров подсоедиТнены к первому и второму входам блока индикации, выходтретьей схемы сравнения подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с первым выхо- дом первой схемы сравнения, второй выход которой подключен к информационному входу первого триггера, выход элемента И связан с информационными входами второго триггера, отличающе еся тем, что,

с целью повышения достоверности контроля путем определения состояния частичного незаполнения цилиндра глубинного насоса за счет наличия газового фактора в скважине, в устройство введены четвертый счетчик,

четвертая схема сравнения и третий и четвертый триггеры, третий и четвертый входы блока индикации подключены соответственно к выходам третьего и четвертого триггеров, синхровходы которых связаны с

синхровыходом блока управления, информационный выход которого подключен к первому- входу четвертой схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом четвертого счетчика, вход сброса которого

подсоединен к установочному выходу блока управления, счетный вход четвертого счетчика подключен к второму выходу второй схемы сравнения, выход элемента И связан с разрешающим входом четвертой схемы

сравнения, первый и второй выходы которой подключены соответственно к информационным входам третьего и четвертого триггеров.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для контроля глубинно-насосных скважин, оборудованных штанговыми насосами, путем обработки их телединамограмм. Цель изобретения - повышение достоверности контроля. Устройство содержит датчик 1 усилия штока насоса, фиксаторы нулевого уровня положительной 2 и отрицательной 3 частей сигнала, счетчики 4, 5, 18, 22, аналого-цифровой преобразователь 6, накапливающие сумматоры 7, 8, блоки 9, 10 деления, блок 11 вычитания, схемы 12, 17, 19, 23 сравнения, триггеры 13, 21, 24, 25, блок 14 индикации, задатчик 15 номинальных значений диагностируемых параметров насоса, блок 16 управления и элемент И 20. Устройство обеспечивает определение состояния частичного незаполнения цилиндра глубинного насоса за счет наличия газового фактора в скважине. 8 ил.

Ptn.2

Pt

a

и

8

гл гл г

К г г г.

Фиг, 5

а

О

О

Фиг. 4

о

фиг. 5

а

о

pf-f)

-J.о

фиг 6

()t -ttn1 №

I

(Ulw)0( 3;

Ma

Hem

P

Hem

Фиг. 7

5чйзч&Ј,5