Устройство для автоматического управления глубиннонасосной установкой малодебитных нефтяных скважин

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (11 4 F 04 В 47/00, Е 2 t В 43/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

af

H А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСВ ВУ Qt площади динамограммы, выход отметчика крайних положений связан с входом блока управления, выходы последнеr« подключены к второму входу первого рлемента И и трем входам реверсивного счетччка площади динамограммы, (21) 3808759/25-06 (22) 06.11.84 (46) 07.05.86. Бюл. № 17 (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. M.Àçèçáåêîâà (72)- Т.M.Àëèåâ, В.P.Êîñòàíÿí, Л.Н.Рацжабова, Б.М.Сухолуцкий и А.А.Тер-Хачатуров (53) .621.651(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 875003, кл. Е 21 В 47/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1008422, кл. Е 21 В 43/00, 1981. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГЛУБИННОНАСОСНОЙ

УСТАНОВКОЙ МАЛОДЕБИТНЫХ НЕФТЯНЫХ

СКВАЖИН, содержащее датчик усилия, формирователь напряжения сети, три элемента И, два элемента ИЛИ, блок управления, счетчик числа циклов незаполнения насоса, две схемы сравнения, выходной триггер, исполнительное реле, счетчик времени работы глубиннонасосной установки и блок индикации, причем выходы датчика усилия и формирователя напряжения сети соединены соответственно с- первыми входами первого и второго элементов И, выходы последних связаны с входом первого элемента ИЛИ, а второй вход второго элемента И - с выходом блока управления, другие выходы которого соединены с одним входом первой схемы сравнения, выход которой через

- второй элемент ИЛИ подключен к сдному из входов счетчика числа циклон незаполнения насоса, один выход последнего соединен с одним из входов второй схемы сравнения, выходом связанной с входом блока управления, выходы которого также подключены соответственна к второму входу счетчика числа циклов незаполнения насоса и первому входу выходного триггера, выходом связанного с входом исполнительного реле и первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к выходу формирователя напряжения сети, а выход — к входу счетчика времени работы глубиннонасоснай установки, выходом соединенного с бл«ком индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля работы в режиме периодической откачки жидкости из скважины, оно снабжено отметчиком крайних положений и реверсивным счетчиком четвертый вход которого связан с выходом первого элемента ИЛИ, пр этом выходы реверсивного счетчика площади динамограммы подключены соответственна к вторн.м входам обеих схем сравнения и второго элемента KIH. а выход счетчика числа циклов незаполнения насоса связан одновременно с входом блока управления и вт«рым входам выходного триггера.

3 12

Изобретение относится к нефтедобыче, в частности к устройствам для автоматического управления глубиннонасосными установками, и может быть использовано при эксплуатации малодебитных нефтяных скважин в режиме периодической откачки жидкости.

Цель изобретения — повышение точности контроля работы в режиме периодической откачки жидкости из скважины .

На фиг. 1 представлена функциональная блок — схема устройства для автоматического управления глубиннонасосной установкой малодебитных нефтяных скважин; на фиг. 2 — временная зависимость сигнала усилия предлагаемого устройства; на фиг. 3 — динамограммы нормальной работы насоса и работы насоса с незаполнением жидкостью устройства; на фиг. 4 — функциональная схема блока управления.

Устройство содержит частотный датчик 1 усилия, формирователь 2 напряжения сети, три элемента И (соответственно первый И1, второй И2 и третий ИЗ), два элемента ИЛИ (соответственно первый ИЛИ 1 и второй ИЛИ 2), блок 3 управления, счетчик 4 числа циклов незаполнения насоса, две схемы 5 и б сравнения, выходной триггер 7, исполнительное реле 8, счет— чик 9 времени работы глубиннонасосной установки и блок Io индикации.

Выходы датчика 1 усилия и формирователя 2 напряжения сети соединены соответственно с первыми вхоцами первого И1 и второго И2 элементов.

Выходы последних связаны с входом первого элемента ИЛИ 1, а второй вход второго элемента И2 — с выходом блока 3 управления, другие выходы которого соединены с одним входом первой схемы 5 сравнения. Выход последней через второй элемент ИЛИ 2 подключен к одному из входов счетчика 4 числа циклов незаполнений насоса, один выход которого соединен с одним из входов второй схемы б сравнения, своим выходом связанной с входом блока 3 управления, выходы которого гакже подключены соответственно к второму входу счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса и одному из входов

1 выходного триггера 7. Последний своим выходом связан с входом исполнительного реле 8 и одним из входов третьего элемента И 3, 39426

5 !

О

l5

46

56 второй вход которого подключен к выходу формирователя 2 напряжения сети, а выход — к входу счетчика 9 времени работы глубинно-насосной установки, своим выходом соединенного с блоком 10 индикации.

Устройство для автоматического управления глубиннонасосной установкой малодебитных нефтяных скважин снабжено отметчиком 11 крайних положений и реверсивным счетчиком 12 площади динамограммы. Выход отметчика 11 крайних положений связан с входом блока 3 управления, выходы последнегс подключены к второму входу первого элемента И 1 и трем вхо— дам реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, четвертый вход которого связан с выходом первого элемента ИЛИ 1. Выходы реверсивного счетчика 12 площади динамограммы подключены соответственно к вторым входам обеих схем 5 и б сравнения и второго элемента ИЛИ 2, а выход счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса связан одновременно с выходом блока 3 управления и вторым входом выходного триггера 7.

При этом входы сброса реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса и счетчика 9 времени работы глубиннонасосной установки обоз ачены ..åðåç, соответственно суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика (2 площади динамограммы обозначены через в, и ъ, счетные входы реверсивного счетчика I2 площади динамограммы, счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса и счетчика 9 времени работы глубиннонасосной установки через L g. Через,8, обозначены информационные выходы счетчика 4 циклов незаполнения насоса, реверсивного счетчика 12 площади динамограммы и счетчика 9 времени работы глубинно насосной установки (причем код, полученный на выходе Р характеризует содержимое каждого из указанных счетчиков), а через Pz — выходы переноса двоичных разрядов реверсивного счетчика 12 площади динамограммы и счетчика 4 числа циклон незаполнения насоса.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения",» — время; P — усилие-.; à — код измеренного значения усилия: t„ — момент начала хода штанг вверх; момент начала хода штанг вниз;

12294 момент окончания периода измерения площади динамограммы; TB — время движения штанг вверх (первый полупериод);

Т вЂ” время движения штанг вниз (втоМ. рой полупериод); Т вЂ” период качания станка-качалки; Нд,Иь, N, N u N коды значений усилия измеренные в точ9 ках А, Б, В, Г и А; О, АБВ О; — площадь динамограммы,измеренная к моменту времени относительно нулевого уровня; 0 АБВО-1 площадь динамограммы, измеряемая в течение первого полупериода качания станка-качалки относительно нулеI вого уровня 00; О ВГА Π— площадь динамограммы, йзмеряемая в течение второго полупериода качания относительно нулевого уровня 00 при нормальной работе насоса; О ВВ,Г,А О;— площадь динамограммы,. измеренная в течение второго полупериода качания О относительно нулевого уровня 00 при незаполнении насоса жидкостью.

На фиг. 3 показаны реальная динамограмма нормальной работы насоса

АБР,ВГI А, реальная динамограмма при незаполнении насоса жидкостью

АБ7,ВВ,Г, 1 А и теоретическая динамограмма нормальной работы насоса АБВГ.

Блок 3 управления (фиг. 4) содер3 » ..;Ит фазовый детектор 13, фильтр 14, пару транзисто-„:íûõ ключей 15,, три триггера 16 — 18, два элемента ИЛИ (ИЛИЗ и ИЛИ4), два элемента И-HE (И-НЕ1 и И-НЕ2), два элемента задержки (31 и 32), два элемента НЕ (НЕ1 35 и НЕ2) и элемента И (И4), причем выход отметчика 11 крайних положений подключен через фазовый детектор 13 и фильтр 14 к входу п ры транзисторных ключей 15, два выхода которых (П, и q ) подключены соответственно к двум входам элементов И вЂ” НЕ1 и ИНЕ2, два выхода которых подключены к двум входам триггера 16, два выхода которого подключены соответственно к входам а и < реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, при этом выход элемента И-НЕ1 через элемент НЕ 1 подключе-; к входу первой схемы 5 сравнения, через элементы НЕ1 и 3 l — к входу а . реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, через элементы НЕ 1, 32, И 4 и ИЛИ 4 — к вход

ТОгор входы кнопки Пуск и второй

26 4 схемы 6 сравнения подключены через элемент ИЛИЗ к входу выходного триггера 7, а через элемент ИЛИЗ и триггер 17 — к входам элементов И-НЙ2, И-НЕ1 и И1, причем выход 9 счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса через триггер 17 соединен с входом элемента И2, а через элемент НЕ2 подключен к второму входу элемента ИЛИ4, причем выход первой схемы 5 сравнения связан с вторым входом триггера 18.

Устройство работает следующим образом.

При первоначальном включении устройства, т.е. поступлении сигнала

"Пуск", счетчик 9 времени работы глубиннонасосной установки сбрасывается в нулевое состояние, а сигналом с соответствующего выхода блока 3 управления выходной триггер 7 устанавливается в единичное состояние, срабатывает исполнительное реле 8, включающее глубиннонасосную установку. Кроме того, по сигналу

"Пуск" в блоке 3 управления (фиг.4)

Ф триггер 17 устанавливается в единичное состояние и на двух соответствующих выходах блока 3 управления появляются сигналы, разрешающие прохождение импульсов с выхода частотного датчика 1 усилия через открытый элемент И1 и элемент ИЛИ1 на счетный вход 0з реверсивного счетчика 12 площади динамограммы. При этом частота импульсов на выходе датчика 1 усилия пропорциональна значениям сигнала усилия на полированном штоке станкакачапки.

При поступлении с отметчика 11 .крайних положений сигнала о нахождении полированного штока в крайнем . нижнем положении блоком 3 управления вырабатывается сигнал, поступающий на входы сброса а реверсивного счетчика 12 плошади динамограммы и счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса, устанавливая их в нулевое состояние.

Кроме того, с соответствующего выхода блока 3 управления подается управляющий сигнал на суммирующий вход g, реверсивного счетчика 12 площади динамограммы.

Таким образом, реверсивный счетчик 12 площади динамограммы, начиная с момента t„ начала хода штанг вверх, осуществляет подсчет импульсов, по5 12294 ступающих с выхода датчика 1 усилия.

Так как частота поступающих импульсов пропорциональна усилию на поли/рованном штоке, код на выходе Pl реверсивного счетчика l2 площади динамограммы в любой момент времени оказывается пропорциональным площади S; фигуры, ограниченной кривой усилия .

P(t) нулевой линией 0,0 H ординатами 01А и 0; В °, соответствующими мо- !О

1 ментам времени t > к t, (фиг. 2 и 3) .

Суммирование импульсов в реверсивном счетчике 12 площади динамограммь1 продолжается до поступления на блок 3 управления с отметчика 11 крайних 15 положений сигнала о нахождении полированного штока в крайнем верхнем положении.

В момент времени tä код на выхо20 де р, реверсивного счетчика 12 площади динамограммы пропорционален площади динамограммы, измеренной в течение первого полупериода качания относительно нулевой линии 0„ 0, т,е. площади фигуры 0 АБВО.. Сигнал о нахождении полированного штока в крайнем верхнем положении поступает с выхода отметчика 11 крайних положений на вход блока 3 управления и, 3О пройдя через фазовый детектор 13 и фильтр 14, поступает на вход пары рязнополярных ключей I5, на выходе а которой появляется импульс,, устанавливающий триггер 16 в единичное состояние (фиг. 4). В результате этого

35 с выхода блока 3 управления на вычктающий вход а реверсивного счетчи2 ка 12 площади динамограммы поступает сигнал устанавливающий этот счетУ

46 чик в режим вычитания. При этом импульсы, поступающие с выхода датчика 1 усилий на вход ж . реверсивного счетчика 12 площади дкнамограммы, теперь вычитаются из накопленной в счет45 чике суммы.

Вычитание продолжается до тех пор,, пока с отметчика 11 крайних положе-ний на блок 3 управления не поступит сигнал о нахождении полированного

50 штока в крайнем нижнем положении.

Этот сигнал, пройдя в блоке 3 управления через фазовый детектор 13 и фильтр 14, поступает. на вход пары транзисторных ключей 15, на выходе а которой появляется импульс, уста—

1 нявлквающий триггер 16 в нулевое состояние. При этом реверсивный счетчик 12 площади динамограммы вновь

26 устанавливается в режим суммирования и оказьпзается подготовленным к сле— дующему циклу качания. Код N на выходе Р реверсивного счетчика 12 площади динамограммы в этот момент оказывается пропорциональным площади реальной дкнамограммы (фиг. 3), полученной путем вычитания площадей под кривой усилия P(t) за первый к второй полупериоды качания. Таким образoM полученное значение Sf, площади реальной динамограммы не зависит от положения нулевой линии 0„0 з. Так как

1 максимальная частота импульсов на выходе частотного датчика 1 усилкй Х„, „ =-3200 Гц (диапазон частот датчика af =2800-3200 Гц), а максимальный период качания Т „ =15 с

ЯС1 КС (I1=4 кач. /мкн), то максимальный код

К, „ на выходе, реверсивного счетчика 12 площади динамограммы определяется как

Следовательно, разрядность (16 двоичных разрядов) реверсивного счетчи«а 12 площади динамогряммы вполне достаточна для преобразования площади дкнамограммы 8 в цифровой код за один период качания. При этом реверсквный счет гкк 12 глощади динамограммы может быть выполнен на базе мккрссхем К155ИЕ7.

Прк поступлении сигнала о нахождении полкровянного штока в крайнем нижнем положении блок 3 управления разрешает работу первой схемы 5 сравнения, где осуllecTвляется сравнение кода 11„на вь1ходе 13, реверсивного счет:-икя 12 площади динамогряммы с вех.:кчиной уставкк S „, которая 1cl зара "ee определена соотношением гт 1 3 где S < — значение площади теоретической дкнямограммы нормальной работы насоса для данкой скважины;

К-, — допустимый Koэффициент заполнения насоса жидKocтью.

Если 8,>8,1,, то это означает, коэффкцкей :. заполнения насоса еще не снкзипся до заданной величины. При этом на выходе второй схемы 6 сравненкя сохраняется уровень логической единицы, и s cnедующем цккле качания вновь осуществляется измерение площа— дк динямограммы S„ ee с уставкой S >

1229426 8 что возможно уже коэффициент заполне— ния насоса жидкостью снизился до заданной величины. При этом на выходе первой схемы 5 сравнения получается сигнал "0", который поступает на вход блока 3 управления и через элемент ИЛИ 2 йа счетный вход a з счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса, код на выходе Р которого увели—

10 чивается на единицу. Подсчет продолжается в течение 15 циклов работы насоса. Это происходит следующим образом, В каждом цикле качания в момент нахождения полированного штока в край— нем верхнем положении с отметчика 11 крайних положений на вход блока 3 управления поступает сигнал, который устанавливает триггер 18 в единичное состояние и разрешает работу элемента И 4. В момент нахождения полированного штока в крайнем нижнем положе—

20 нии, т.е. по окончании периода качания, с отметчика 11 крайних положе25 ний на вход блока 3 управления поступает импульс, в течение которого анализируется состояние первой схемы 5 сравнения. Этот импульс подает—

30 ся на вход элемента И 4 с задержкой большей времени срабатывания первой схемы 5 сравнения. Если S < S т, то на выходе первой схемы 5 ст сравнения появляется нулевой сигнал, сбрасывающий в "0" триггер 18. Уро.вень логического 0, проходя через элемент И 4, поступает на сбросный вход Ко счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса и разрешает подсчет

40 импульсов. Если S > S то на выходе первой схемы 5 сравнения сохраняется уровень логической "1", триггер 18 остается в единичном состоянии и разрешает прохождение единичного импуль45 са с выхода а, пары транзисторных ключей 15 через элемент И 4 на вход

Мо счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса. При этом счетчик (например, К155ИЕ7) сбрасывается в нулевое состояние и подсчет числа циклов незаполнений насоса начинается заново. В этом случае принимается решение о случайности возникновения ситуации незаполнения насоса жидкостью. Если в течение 15 циклов подряд подтверждается состояние неэаполнения насоса жидкостью, то сни7

Если Я - S<„, то это означает, жение коэффициента заполнения насоса до заданной величины считается достоверным. При этом на выходе перено- . са,6 счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса появляется сигнал логического "0", который устанавливает выходной триггер 7 в нулевое состояние, что обесточивает исполнительное реле 8 и выключает электродвигатель станка-качалки. Кроме того, при переходе в нулевое состояние выходного триггера 7, выход которого подключен к одному из входов элемента ИЗ, импульсы с частотой 25 Гц с выхода формирователя 2 напряжения сети через элемент ИЗ не проходят, и поэтому заполнение счетчика 9 времени работы глубиннонасосной установки прекраща— ется, т.е. заканчивается подсчет времени ее работы.

Начиная с этого момента устройство переходит к подсчету времени накопления жидкости t„. При этом нулевой сиг. нал с выхода и счетчика 4 числа цикГ Z лов незаполнения насоса поступает на вход блока 3 управления и устанавливает в нулевое состояние триггер 17, выходы которого подключены к входам элементов И1 и И2. При этом блок 3 управления запрещает прохождение импульсов с выхода датчика 1 усилий через элемент И1 и разрешает прохождение импульсов частотой 25 Гц с выхода формирователя 2 напряжения сети через открытый элемент И2 на счетный вход о последовательно соединенных через элемент ИЛИ2 реверсивного счетчика 12 площади динамограммы и счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса, образующих 24- разрядный счетчик. При этом счетчик 4 числа циклов незаполнения насоса может быть выполнен в виде последовательно соединенных двух микросхем К155ИЕ7, причем выход переноса первой микросхемы (15) является выходом Р переноса счетчика 4, который связан с входами выходного триггера 7 и блока 3 управления. При подсчете импульсов с выхода формирователя 2 напряжения сети счетчики 12 и 4 используются для подсчета времени накопления жидкости причем сигнал с выхода переноса Р реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, пройдя через элемент ИЛИ2, поступает на счетный вход o(счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса.

Информационные выходы Р счетчиков 12 и 4 подключены к входам второй схемы 5 сравнения. Таким образом, на

9 12 вторую схему 6 сравнения подается текущее значение времени накопления жидкости t . Заданное значение времеН ни накопления жидкости „„устанавливается во второй схеме 6 сравнения заранее. В процессе работы происходят сравнение t с заданной величиной

Н яа4

Если 1 с t> 4, то на, ВЫХОДе Второй

Н.заА схемы 6 сравнения сохраняется уровень

" 1", и поэтому подсчет времени накопления жидкости продолжается., Если

t > t»», то на выходе второй схемы 6 сравнения получается сигнал "0", который поступает на вход блока 3 управления, триггер 17 устанавливается в единичное состояние, что означает окончание времени накопления жидкости и начало очередного цикла измерения площади динамограммы. При этом по сигналу с блока 3 управления закрывается элемент И2 и открывается элемент И1, разрешая прохождение импульсов с выхода частотного датчика 1 усилий на счетный вход ю реверсивЭ ного счетчика 12 площади динамограммы. Кроме того, с выхода блока 3 управления на установочный вход выходного триггера 7 поступает сигнал

"0" который устанавливает выходной триггер 7 в единичное состояние, поэтому срабатывает исполнительное

29426 10 реле 8 и: включается электродвигатель станка-качалки. При этом сигнал "1" на выходе выходного триггера 7 разре шает прохождение импульсов частотой

25 Гц с выхода формирователя 2 на„t пряжения сети через элемент ИЗ на счетный вход М счетчика 9 времени работы глубиннонасосной установки.

Устройство переходит в состояние ожи1g дания сигнала с выхода отметчика 11 крайних положений о нахождении полированного штока в крайнем нижнем положении. При получении этого сигнала блок 3 управления обнуляет реверсив-. ный счетчик 12 площади динамограммы и счетчик 4 числа циклов незаполнения насоса, устанавливает реверсивный счетчик 12 в режим суммирования., и цикл контроля работы глубиннснасос.— ц ной установки возобновляется.

Таким образом,. счетчик 9 времени работы глубиннонасосной установки подсчитывает фактическое суммарное время работы глубиннонасосной уста25 новки, а блок 10 индикации показывает фактическое суммарное время работы глубиннонасосной установки. При э ом показания блока 10 индикации за определенный промежуток времени характериз;ют эффективность эксплуатации малод= битных скважин з: ежиме периодической откачки.

1229426

Составитель Э. Гинзбург

Редактор О.Юрковецкая Техред Г.Гербер Корректор Л.Патай

Заказ 2434/32 Тираж 586 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно †полиграфическ предприятие, r.ужгород, ул.Проектная, 4