Устройство для автоматического кон-ТРОля СОСТОяНия глубиННОНАСОСНОгООбОРудОВАНия Советский патент 1981 года по МПК E21B47/00 

Данное изобретение относится к обпасти нефтедобычи и предназначено для автоматического определения состояния штанговых глубинных насосов глубиннонасосных нефтяных скважин в процессе их работы. Для повышения технико-экономических показателей глубшшонасосных скважин необходимо знать текущее состояние подземного оборудования, что позволяет выбрать оптимальный режим эксплуатации скважин, увеличить межремонтные периоды, снизить стоимость подземных ремон- тов(Я. Известно устройство дискретной оценки для распознаваш1я неисправностей по динамограммам 2J. Устройство основано на идентификации одного из пяти классов неисправностей глубинного насоса по числу точек перегиба кривой сигнала усилия и огфеделешюму взаимному положению точек перегиба сигнала усилия и с:1гнала хода. Устройство содержит; блок выде ления участков восприятия нагруоки и СНЯТИЯ ее, и блок выделения участков хода штока вверх и вниз, выходы которых соединены со входами блоков формирования импульсов соответствующих точкам перегиба, выходы которых подключены к входам ключа, управляющий вход котсрого соединен с выходом двоичного счетчика числа точек перегиба, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов точек перегиба сигнала усилия,. Вы ход ключа подключен к входу одиовибратора, выход которого соединен с входом двоичного счетчика совпавших импульсов. Недостатком устройства ягУ1яется oipaничонио класса распоанаваемях динамограмм глубин скважин - до 1ОСО м и числом качаний в инyтy - .до 1О , Это связано с тем, что с увеличенном глубины и числа качаний динамограмм перестает быть параплолограммной, и выделяемые устройством точки перегиба но соответствуют HCTIHOIHM моментам

лачвпа и окончания участков восприятия 1 снятия нагрузки.

Наиболее близким прототипом предлагаемого устройства по технической сущзости является устройство для автоматиlecKoro управления глубиннонасосноЙ устааовкой малодебитных нефтяных сква - кин 2j. Указанное устройство содержит хатчик, усилий, блок отключения двигателя зтанка-«ачалки, блок управления, выходы которого подключены к входам счетчика хлительности импульса датчика усилий, -четчика циклов работы насоса и счет1ика чиcлia циклов незаполнения насоса, зхему совпадения и схемы сравнения,

целитель и блок памяти,

В этом устройстве входы блока памяти подключегы соответственно к выходу блока управления и к выходу счетчика длительности импульса датчика усилий, при этом выход блока памяти подключен к одному из входов делителя, второй )й вход которого пс«ключен к выходу блока управления, а третий вход делителя соецинен с выходом счетчика длительности импульса датчика усилий, причем вход целителя подключен через схему сравнения к входу блока управления

Известное устройство работает следующим образом. Сигнал датчика усиЛИЯ поступает на вход счетчика длительности импульса датчика усилий, где щзбисходит подсчет длительностей его полуперйодов; -t и -Ьг. Делителем определяется соотношение .Величина этого соотношения характеризует степень заполнения насоса жддкостью. Схемой сравнения производится сравнение полученного значения с постоянной величиной 1,1 и .в зависимости от результата этого сравнения определяется момент отключения двигателя станка-качалки. Известн устройство позволяет диагност1фовать только полное и частичное заполнение насоса жидкостью. Недостатком является то, что оно не позволяет диагностировать неполадки, возникающие в различных частях глубинного насоса.

Целью изобретения является повьпиение качества контроля за счет возможйости об печения диагностики штанговы глубинных насосов.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее датчик усили преобразователь напряжения, блок управления, три выхода которого подключены соответственно ко входам первого и второго счетчиков импульсов блока памяти

выход которого подключен ко входу пер Bof схемы сравне1шя, а выход второго счетчика подключен через вторую схему сравнения к одному и;з входов блока управления тремя счетчиками импульсов снаб- жено датчиком хода, формирователем тактовой частоты, вторым преобразователем напряжения, третьей схемой сравнения, буферным регистром, дешифратором и блоком индикации, при этом выход датчика усилия подключен через последовательно срединенные первый преобразователь напряжения, первый счетчик импульсов, первую и третью схем сравнения, буферный регистр, дешифраторко входу блока индикации, а выход датчика хода подключен через последовательШ) соединенные второй преобразователь напряжения, третий счетчик импульсов ко входу второй схемы сравнения, причем четвертый выход блока управления под..ключен через третий счетчик импульсов ко входу второго счетчика, при этом блок памяти и первый счетчик импульсов взаимосвязаны, а выход первой схемы сравнения подключен ко входу буферного регистра, который взаимосвязан с третье схемой сравнения.

Устройство осуществляет анализ сигнала датчика усилий путем сравнения между собой первого и второго полупериодов его кривой. Начало очередного попупериода определяется по перегибу кривой сигнала датчика хода.

На фиг. 1 задана функциональная схем устройства, на фиг. 2: а) временная зависимость сигнала перемещения, получаемого на выходе датчика хода системы телединамоме7р1фования/ б) временная зависимость сигнала усилия на выходе датчика усилия на фиг. 3 показаны виды разностных кривых, образованных вьиитанием кривой АВ первого полупериода сигнала усилия при ходе штанг вверх из инвертированной кривой ВС второго полуj периода сигнала усилия при ходе штанг :вниз, 1фиче м-на нулевые уровни принятые уровень точки А для 1фивой АВ и уровень точки В для кривой ВС (см. фиг. 26); а) нормальная работа насоса; б) незаполненный насос, в) утечка в нагнетательной части; г) утечка в приемной части; д) низкая посадка плунжера; е) высокая посадка плунжера.

Устройство имеет датчик усилий 1 -н датчик хода 2, формирователь тактовой частоты 3, выход которого подключен к входу блока управления 4, преобразователи напряжения 5 и б , на входы которых поступает напряжение соответственно с датчика 1 и датчика 2 и выходы которых соединены соответственно с входами счетчика импульсов 7 и счетчика импульсов 8. Выходы блока управления соединены с входами счетчика импульсов 7, 8, 9, а также с входом блоса памяти Ю, выходы счетчикоЬ. 8 и 9 соединены с входами схемы сравнения 11, выход которой подключен к входу блока управления 4. Выход блока памяти 10 вместе с выходом счетчика 7 подключены js. входам схемы сравнения 12, выход ее подключен к входу схемы сравнения 13 и к входу буферно1 о регистра 14, Выход буферного регистра подключен к входу дешифратора 15, выход которого соедине с входом блока индикации 16. На фиг. 2 приняты следующие обозначения: X - перемещение; Р - усилие, {J напряжение; -t - время, Т - длительност одного периода работы глуб шного насоса -k длительности пЬлупериодов , работы глубинного насоса, Д,-Ь- щаг ква тования при измерении сигнала усилия АВ - кривая сигнала усилия при ходе i штанг вверх ; ЕС - кривая усилия щ)и ход штанг вниз. 2, З... п , l, 2, 3...И1 реаультаты измерения амплитуды кривой усилия,lit Л1 , Л2 1-3 ... Д.(1-1) 1- h -ам плитуды кривой первого полупериода сигнала усилия, причем за нулевой уровень принят уровень точки А. Mtj L2:- ... Д(И-1) li hL амплитуды инвертированной кривой второго полупериода сигнала усилия, причем за нулевой уровень гфинят уровень точки В. Устройство работает следующим обрааом. Сигнал X (-t) с выхода д атчика хода 2 поступает на вход преобразователя натфяжения в частоту 6 и затем i onopuH нальная перемещению штанг частота поступает с выхода преобразователя 6 на вход счетчика импульсов (сигнал перемещения ) 8. Стробирующие импульсы, сформированные из тактовой последовательности импудьсов блока 3, поступают с блока управления на счетчик импульсов (сигнал перемещения) 8, давая разрешение счета. В счетчике записывается число, пропорциональное текущему значению сигнала на выходе датчика хода. Это число по сигигшу с блока управпвикя пере писывается в параллельный счетчик импульсов 9, после чего в счетчике импуль8334 сов. (сигнал перемещения) 8 записывается новое число. Схемой сравнения 11 производится сравнение последнего числа в счетчике импульсов 8 и цpeдь дущего числа в счетчике импульсов 9. При рбшенстве этих чисел с выхода схемы сравнения 11 на вход блока утфавления поступает сигнал, свидетельствующий О смене направления . хода штанг. Сигнал с выхода датчика усилия 1 ; поступает на вход преобразователя напря жения в частоту и затем пропорциональная усилию частота поступает на вход счетчика импу/1ьсов (реверсивный двоичный счетчнк) 7. С выхода блока управления ла счетчик 7 поступают стробирующие импульсы разрешения счета с частотой следования t . Результат. из|Лерекия 1 в точке А (фиг. 26) записывается в счетчике 7 и затем переписьшается в блок памяти 10. Через время результат измерения 2 записывается в счетчике 7, счетчик по сигналу с блока управления переводится в режим вычитания и на его поступает число l из блока памяти. В счетчике остается разность - число U.1, которое записывается в блок памяти. Число З за-писывается в счетчик 7, из него вновь вычитается число 1и разность Л записывается в блок памяти. Последним в первом полупериоде в блок памяти записывается число (И-1). После этого на вход блока управления с выхода схемы сравнения 11 приходит сигнал о начале хода штанг вниз. В счетчике 7 записывается первое в этом полупериоде число 1 и переписывается в блок памяти. Счетчик по сигналу с блока управления переключается в режим вычитания и через время Д-t на его вход поступает число 2. После вычитания в счетчике остаеЛя число AI.B схеме сравнения 12 гфоисходит сравнение чисел Л1 и Д1. Код знака разности й. с выхода схемы равнения поступает на вход буферного егистра 14. В счетчик 7 переписывает я из блока памяти число и из него еперь Вычитается число 3. Полученная азность Д2 с выхода счетчика 7 и чисо Л 2 из блока памяти поступают на ходы схемы сравнения 12. Код знака азност51 А2 -Л2с выхода схемы сра&ения 12 поступает на вход схемы сравнения 1 сли он отличается от предьщущего кода, аписанного в регистре 14, то дается азрешение на его запись, в следующие азряды регистра 14 В дальнейшем oneрашш повторяются до прихода на вход блока управления с выхода схемы сравне ния 11 сигнага о завершении цикла -качания глубинного насоса. Код, записанный в буферном регистре, поступает с ег выгода на вход дешифратора 15,дешвфрв руется, и с выхода дешифратора на вход блока индикации 16 поступает импульс о сигнализации соответствующего состояния глубинного насоса. Устройство позволяет распознавать шесть классов состояний штангового глу бинного насоса на скважине глубиной до 2ООО м и числом качаний до 16 в мин. Формула изобретения Устройство для автоматического контроля состояния глубиннонасосного оборудования, включающее датчик усилия, преобразователь напряжения, блок управления, выхода которого подключены соответственно ко входам первого н вто рого. счетчиков импульсов, блока памя- тк, выход которого подключен ко входу первой схемы сравнения, а выход второго счетчика подключен через вторую схему сравнения к одному из входов блока управления три счетчика импуль сов, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности контроля за счет возможности обеспечения диагнос тики штанговых глубиш1ых насосов, оно снабжено датчиком хода, формирователем тактовой частоты, вторым преобразователем напряжения, третьей схемой сравнения, буферным регистром, дещи(}ратором и блоком индикации, при этом вьсход датчика усилия подключен через последовательно соединенные первый преобразо- ватель напряжения, первый счетчик импульсов, первую и третью схемы сравнения, буферный регистр, дешифратор - ко входу блока индикации, а выход датчика ; хода подключен через последовательно соединенные второй преобразователь напряжения, третий счетчик импульсов - ко входу второй схемы сравнения, причем четвертый выход блока управления под- .ключен через третий счетчик импульсов ко входу второго счетчика, при этом блок памяти и первый счетчик импульсов взаимосвязаны, а выход первой схемы сравнения подключен ко входу буферного регистра, который взаимосвязан с третьей схемой сравнения. Источники информации) принятые во- внимание при экспертизе 1.Алиев Т. М. и др. Приборы и аппаратура для технической диагностики оборудования глубиннонасосных нефтяных скважин, М., ВНИИОЭНГ, 1978. с. 31. 2. Авторское свидетельство СССР № 6О3744, кл . Е 21 В 47/12, 1975.

9