Устройство для диагностированияСКВАжиННыХ шТАНгОВыХ HACOCOB Советский патент 1981 года по МПК F04B49/00 F04B47/02 

1

Изобретение касается нефтедобычи, в частности устройств диагностирования скважинных штанговых насосов, и может быть использовано в информацнонно-измерительных системах для объектов нефтяной промышленности.

Известно устройство диагностирования скважинных штанговых иасосов, содержаш.ёе датчики хода и усилия, коммутатор, линию связи, селектор для разделения каналов, приемные тракты измерения хода и усилия, каждый из которых состоит из усилителя и демодулятора, при этом вход линии связи подключен к выходам датчиков хода и усилия посредством коммутатора, а ее выход - ко входам соответствующих усилителей через селектор для разделения каналов, причем выходы усилителей в свою очередь связаны со входами соответствующих трактов измерения хода и усилия 1J.

Недостаток этого устройства состоит в том, что оно не обладает достаточной надежностью и оперативностью процесса диагностирования.

Цель изобретения - повышение надежности и оперативности процесса диагностирования.

Цель достигается тем, что устройство диагностирования скважинных штанговых насосов дополнительно снабжено блоком масштабирования, включающим экстремумдетектор и нуль-орган со входом и выходом, триггер со счетным входом и выходом, преобразователи интервал-напряжение с памятью и напряжение-интервал со входом и выходом, управляемый тактирующий генератор с управляющими входом и выходом, два аналоговых ключа с управляющим

и информационным входами и выходом и устройство для запоминания напряжения со входом и выходом, блоком селектирования признаков, включающим три управляемых селектора пар импульсов заданных длительностей с информационными входами

и логический элемент ИЛИ со входами и выходом, а также специализированным вычислительным устройством, причем выход тракта измерения хода соединен со входами экстремум-детектора и нуль-органа,

выход последнего из которых соединен со счетным входом триггера, в то время как выход триггера соединен со входом преобразователя интервал-напряжения с памятью, выход которого подключен к управляющему входу управляемого тактирующего генератора, соединенного своим выходом с управляющим входом первого аналогового ключа, а информационный вход последнего подключен соответственно к выходу тракта измерения усилия и информационному входу второго аналогового ключа, управляющий вход которого в свою очередь соединен с выходом . экстремум-детектора, при этом выход первого аналогового ключа соединен со входом преобразователя напряженияинтервал, выход которого подключен к информационным входам селекторов пар импульсов заданных длительностей, а выход второго аналогового ключа соединен со входом устройства для запоминания напряжения, выход которого подключен к управляющим входам селекторов пар импульсов заданных длительностей, кроме того выходы последних соединены с соответствую, щими входами логического элемента ИЛИ, один из входов которого подключен к счетному входу триггера, а его выход соединен со входом специализированного вычислительного устройства. На чертеже приведена структурная элект, рическая блок-схема устройства диагностирования скважинных штанговых насосов. Устройство содержит датчики 1 хода и усилия 2, коммутатор 3, линию 4 связи, селектор 5 для разделения каналов, приемные тракты измерения хода 6 и усилия 7, состоящие каждый соответственно из усилителя 8 и 9 и демодулятора 10 и И, при этом вход линии 4 связи подключен к выходам датчиков 1 хода и усилия 2 посредством коммутатора 3, а ее выход - ко входам соответствующих усилителей 8 и 9 через селектор 5 для разделения каналов, причем выходы усилителей 8 и 9 в свою очередь связаны со входами соответствующих трактов измерения хода 6 и усилия 7. Устройство диагностирования скважинных штанговых насосов снабжено блоком 12 маештабирования, включающим экстремум-детектор 13, нуль-орган 14, триггер 15, преобразователи 16 интервал-напряжения с памятью и напряжение-интервал 17 со входом и выходом, управляемый тактирующий генератор 18 с управляющими входом и выходом, аналоговые ключи 19 и 20 с управляющим и информационным входами и выходом (на чертеже не обозначены) и устройство 21 для запоминания напряжения, блок 22 селектирования признаков, включающий управляемые селекторы 23-25 пар импульсов заданных длительностей и логический элемент ИЛИ 26 со входами и выходом (на чертеже не обозначены), а также и специализированное вычислительное устройство 27. Выход тракта измерения хода 6 соединен со входами экстремум-детектора 13 и нуль-органа 14, причем выход последнего соединен со счетным входом триггера 15, в то время как выход триггера 15 соединен со входом преобразователя 16 интервалнапряжения с памятью, выход которого подключен к управляющему входу управляемого тактирующего генератора 18, выходом соединенного с управляющим входом первого аналогового ключа 19, информационный вход которого подключен соответственно к выходу тракта измерения усилия 7 и информационному входу второго аналогового ключа 20, причем управляющий вход последнего в свою очередь соединен с выходом экстремум-детектора 13. Выход первого аналогового ключа 19 соединен со входом преобразователя 17 напряжение-интервал, выход которого подключен к информационным входамселекторов 23-25 пар импульсов заданных длительностей, а выход второго аналогового ключа 20 соединен со входом устройства 21 для запоминания напряжения, выход которого подключен к управляющим входам селекторов 23-25 пар импульсов заданных длительностей. Кроме того, выходь последних соединены с соответствующими входами логического элемента ИЛИ 26, один из вхо которого подключен к счетному входу ,г .. . / триггера 15, а его выход соединен со входом специализированного вычислительного устройства 27. Устройство работает следующим обраУстановленные на станке-качалке насоса датчики I хода и усилия 2 преобразуют информацию об указанных параметрах в модулированные по частоте или времени сигналы, которые с помощью коммутатора 3 передаются в линию 4 связи. На приемной стороне с помощью соответствующих фильтров селектора 5 эти сигналы разделяются и подаются соответственно в приемные тракты измерения хода 6 и усилия 7, в которых с помощью усилителей 8 и 9 и демодуляторов 10 и 11 формируются напряжения, пропорциональные перемещению штока наcoca Ux(t) и усилию на полированном щтоке Up(t). Данные напряжения подаются на вход блока 12 масштабирования, с помощью которого осуществляется приведение напряжения Up(t) к единому времени действия и единой максимальной амплитуде участка неизменной нагрузки для того, чтобы исключить влияние индивидуальных различий в технологическом оборудовании скважин на форму напряжения, что упрощает проведение последующей обработки этого напряжения. Для этой цели напряжение Uxft) подается на входы экстремум-детектора 13 и нуль-органа 14 блока 12 масщтабирования. Получаемые на выходе нуль-органа 14 короткие импульсы в моменты прохождения напряжения U(t) через нулевое значение подаются на счетный вход триггера 15, с Помощью которого формируется временной интервал, равный времени измерения хода и усилия. Этот интервал с выхода триггера 15 поступает на вход преобразователя 16 интервал-напряжения с памятью, напряжение с выхода которого, пропорциональное времени измерения хода и усилия, управляет частотой управляемого тактирующего генератора 18 с управляющими входом и выходом. Импульсы с выхода этого генератора подаются на управляющий вход аналогового ключа 19, на информационный вход которого поступает напряжение Up(t). Таким образом, осуществляется квантование по времени напряжения U(t), при этом количество амплитудно-модулированных импульсов на выходе ключа 19, независимо от времени измерения хода и усйЛИЯ, всегда остается неизменным, что достигается описанной схемой изменения частоты тактируюш,его генератора 18. С помощью преобразователя 17 напряжениё-интервал со входом и выходом последовательность АИМ-сигналов преобразуется в последовательность ШИМ-сигналов, передаваемых в следующий блок. Параллельно с этим короткий импульс с выхода экстремум-детектора 13 в момент прохождения напряжения ) своего максимального значения, соответствующего середине хода щтока насоса, подается на управляющий вход аналогового ключа 20, на информационный вход (на чертеже не обозначен) которого подается напряжение Up(t). При этом на выходе ключа (на чертеже не обозначен) появляется импульс напряжения, амплитуда которого соответствует амплитуде конца участка неизменной нагрузки зависимости Up(t). Это напряжение запоминается устройством 21 для запоминания напряжения и передаетсяв следующий блок - блок селектирования Признаков 22 для управления настройкой селекторов пар импульсов заданных длительностей 23-25. .-. г,о Поступающее в блок 22 селектирования признаков напряжение с выхода устройства 21 для запоминания напряжений подается на управляющие входы всех селекторов 23-25 данного блока. На информационные входы этих селекторов подаются ШИМ-сигналы с выхода преобразователя напряжение-нитервал 17. Селекторы 23-25 осуществляют выделение пар импульсов заданной длительности. Поскольку управление заданной длительностью селекторов осуществляется с помощью напряжения, соответствующего амплитуде конца участка неизменной нагрузки зависимости Up(t), то независимо от амплитуды участка неизменной нагрузки селекторы всегда настраиваются на длительности, соответствующие одним и тем же относительным уровням напряжений. Таким образом, обеспечивается независимость работы устройства от изменения амплитуды участка неизменной нагрузки напряжения Up(t), возникающей при изменении параметров системы «насос-скражина. Анализ временных зависимостей напряжения Up(t) для различных состояний насоса показал, что соотнощенйя между длительностями участков неизменнь1х нагрузок в зависимости от вида неисправности меняются, причем при некоторых видах неисправностей появляются промежуточные участки неизменной нагрузки. Таким образом, анализируя эти соотнощенйя, можно диагностировать вид неисправности дкважинных щтанговых насосов. Поскольку максимальное количество таких горизонтальных участков на кривой ()- ™ помощью трех селекторов пар импульсов заданных млительностей, настроенных на длительности, пропорциональные амплитудам различных горизонтальных участков кривой Up(t), определяются в относительных единицах длины этих участков. Выходные сигналы селекторов через схему логического элемента ИЛИ 26 вводятся в специализированное вычислительное устройство 27, выполняющее функцию дешифратора состояний. В устройстве 27 происходит сравнение длительностей указанных участкбв и принимаются рещения о виде неисправности контролируемого насоса. Алгоритм принятия рещения состоит в проверке выполнения равенства Nt N , где N - длитель ть участка неизменной нагрузки, следующего за участком возрастания нагрузки, измеренная в относительных единицах количеств пар. импульсов заданной длительности на этом участке; Nj- длительность участка неизменной нагрузки, следующего за участком снятия нагрузки, измеренная в тех же единицах. При выполнении этого равенства насос считает исправным. Если равенство не выполняется, т. е. NI NJ, то проверяются вид этого неравенства и условие N, О, , длительность промежуточного участка неизменной нагрузки, измеренного в указанных относительных единицах, характеризующего отсутствие незаполнения жидкостью. При N Na и N3 О принимается решение о неисправности типа «утечка в приемной части. При N., Na и Nj О принимается решение о неисправности типа «откачка жидкости с газом. При N N и Mj О - решение о неисправности типа «утечка в нагнетательной части. При Ni N, N, О неисправность типа «прихват плунжера. При Nj Na -J, где Т - период изменения напряжения Up(t) - неисправность типа «обрыв штанг. Для неисправностей типа «низкая или высокая посадка плунжера проверяется присутствие всплесков напряжения на одном из участков неизменной нагрузки и т. д. Формула изобретения Устройство диагностирования скважинных штанговых насосов, содержащее датчики хода и усилия, коммутатор, линию связи, селектор для разделения каналов, приемные тракты измерения хода и усилия, каждый из которых состоит из усилителя и демодулятора, при этом вход линии связи подключен к выходам датчиков хода и усилия посредством коммутатора, а ее выход - ко входам соответствующих усилителей через селектор для разделения каналов, причем выходы усилителей в свою очередь связаны со входами соответствующих трактов измерения хода и усилия, отличающееся тем, что, с целью повыщения надежности и оперативности процесса диагностирования, оно дополнительно снабжено .блоком масштабирования, включающим экстремум-детектор и нуль-орган со входом и выходом, триггер со счетным входом и выходом, преобразователи интервал-напряже ние с памятью и напряжение-интервал со входом и выходом, управляемьш тактируюш,ии генератор с управляющими входом и выходом, два аналоговых ключа с управляющим и информационным входами и выходом и устройство для запоминания напряжения со входом и выходом, блоком селектирования признаков, включающим три управляемых селектора дар импульсов заданных длительностей с информационными входами и логический э.1емент ИЛИ со входами и выходом, а также специали ированным вычислительным устройством, причем выход тракта измерения хода соединен со входами экстремум-детектора и нуль-органа, выход последнего из которых соединен со счетным входом триггера, в то время как выход триггера соединен со входом преобразователя интервал-напряженке с памятью, выход которого подключен к управляющему входу управляемого тактирующего генератора, соединенного своим выходом с управляющим вхоДом первого аналогового ключа, а информационный вход последнего подключен соответственно к выходу тракта измерения усилия и информационному входу второго аналогового ключа, управляющий вход которого в свою очередь соединен с выходом экстремум-детектора, при этом выход первого аналогового ключа соединен со входом преобразователя напряжение-интервал, выход которого подключен к информационным входам селекторов пар импульсов заданных длительностей, а выход второго аналогового ключа соединен со входом устройства для запоминания напряжения, выход которого подключен к управляющим входам селекторов пар импульСОВ заданных длительностей, кроме того, выходы последних соединены с соответствую щими входами логического элемента ИЛИ, один из входов которого подключен к счетному входу триггера, а его выход соединен со входом специализированного вычислительного устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 211841, кл. G 01 L 3/10, 1964.