Устройство для диагностирования состояния глубиннонасосного оборудования

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для диагностирования состояния глубиннонасосной установки, оборудованной штанговыми насосами. Цель изобретения - увеличение полноты контроля. Устройство содержит датчик 1 усилия, фиксатор 2 нулевого уровня положительной части информационного сигнала, фиксатор 3 нулевого уровня отрицательной части информационного сигнала, первый 4 и второй 5 счетчики, аналого-цифровой преобразователь 6, первый 7 и второй 8 накапливающие сумматоры, первый 9 и второй 10 блоки деления, блок 11 вычитания, первую 12 и вторую 17 схемы сравнения, блок 15 установок, элемент И 18, триггер 13, блок 14 индикации и блок 16 управления. Устройство позволяет фиксировать состояние обрыва в колонне штанг путем осуществления прямого контроля фактических нагрузок на штанги в точке их подвеса. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУЬЛИК (g1)g С Об Р 15/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ".: ..

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 43О5141/24-24 (2) 14.()9.87 (46) 15. )6.9О. Бюл. Р 22 (71) Специальное конструкторское бюро

"Кибернетика" с опытным производством

Института кибернетики АЧ АЗССР (72) A.13.Ôåäÿùèí и 1 1.l1.Османов (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 914753, кл. Г 21 В 43/О >, 1988.

Авторское свидетельство СССР

h» 11О8193, кл. F. 21 В 43/О ), 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

СОСТОЯНИЯ ГЛУБИННОНАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для диагностирования состояния глубиннонасосной установки, обоЪ

„.80„„1571617 A 1

2 рудованной штанговыми насосами. Цель изобретения — увеличение полноты контроля. Устройство содержит датчик 1 усилия, фиксатор 2 нулевого уровня положительной части информационного сигнала, фиксатор 3 нулевого уровня отрицательной части информационного сигнала, первый 4 и второй 5 счетчики, аналого-цифровой преобразователь

6, первый 7 и второй 8 накапливающие сумматоры, первыч 9 и второй 1О блоки деления, блок 11 вычитания, первую 12 и вторую 17 схемы сравнения, блок 15 уставок, элемент И 18, триггер 13, блок 14 индикации и блок 16 управления. Устрочство позволяет фиксировать состояние обрыва в колонне нтанг путем осуществления прямого контроля фактических нагрузок на итанги в точке их подвеса. 5 ил.

3, 1571817

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для диагностирования состояния глубиннонасосной установки, оборудованной штанговыми насосами в процессе их работы.

Цель изобретения — увеличение полноты контроля, На фиг. 1 представлена блок-схема .устройства для диагностирования состояния глубиннонасосного оборудования; на фиг.2 - - схема блока управления ,устройства; на фиг. 3 - временные зависимости сигнала усилия (© - времен- 15 ные зависимости сигнала усилия, полу чаемые на выходе датчика усилия, в координатах напряжение — время (U-t);, f — сигнал, получаемый на выходе фик; .сатора нулевого уровня положительной 20 ! ,:части сИгнала в координатах напряже,ние - время (U-t); в — сигнал, пчлу:чаемьй на выходе фиксатора нулевого уровня отрицательной части сигнала в

: координатах напряжение — время (U. t) 25 на фиг. 4 — динамограмма предавярийной ситуации при обрыве штанг;

HT цФ (- ----) — номинальное среднее знан 30

1 чение напряжения сигнала датчика усилия.,соответствующее полезному ходу плунжера, во время которого статическая нагрузка ня шток равна весу штанг д, 35

X. U. .ц и жидкости (--)я и (- --- -) ф

Nt " N1 номинальное и фактическое среднее зна,:чение напряжения сигнала датчика уси- 4О лия,. соответствующее нагрузке на шток, равной весу штянг; бН; и D g - номинальная и фактическая разность между средними значениями напряжений сигнала датчика усилийy соответствующая 45 весу жидкости; 1 — теоретическая динамограмма нормальной работы насоса;

2 — нулевая линия усилия; ня фиг. 5— алгоритм работы устройства.

Устрочство содержит датчик 1 уси - . .лия штанги насоса, фиксатор 2 нулево.го уровня положительной части информационного сигнала, фиксатор 3 нулевого уровня отрицательной части информационного сигнала, первый 4 и второй 5 счетчики, аналого-цифровой преобразо55 ватель 6, первый 7 и второй 8 накапливающие сумматоры, первый 9 и второй 10 блоки деления, блок 11 вычитания, первую схему 12 сравнения, триггер 13, блок 14 индикации, блок 15 уставок, блок 16 управления, вторую схему 17 сравнения, элемент И 18, Блок 1б управления (фиг. 2) содержит генератор 19 тактовой частоты, первый 20 и второй 21 усилители-ограничители, первьй, второй, третий и четвертый элементы И 22-25 соответственно, элемент ИЛИ 26, дешифратор

27, счетчик 28, таймер 29, первый, второй, третий и четвертый элементы 30-33 задержки соответственно.

Устройство для диагностирования состояния глубинно-насосного оборудования работает следующим образом.

Задается количество циклов нагнетания глубинного насоса (КЦ:=и) и время останова устройства (Т .=1 ч). Снгост нал. датчика 1 усилия (фнг. За) одновременно поступает на входы фиксаторов 2 и 3 нулевого уровня положительной и отрицательной части сигнала и

I аналого-цифрового преобразователя б

Э тем самым запускается устройство в работу. Фиксаторы 2 и 3 нулевого уровня фиксируют соответственно положнтельные и отрицательные части сигнала.в нулевом уровне (фиг. ЗЮ, g), что позволяет независимо от изменения нуля датчика 1 усилия получить положительные и отрицательные части сигнала на постоянном уровне. С выходов фиксаторов 2 и 3 нулевого уровня на первый а, и второй м нходы блока 16 управления поступают положительные и отрицательные части сигнала датчика 1 усилия соответственно.

Сигнал 1" с третьего выхода блока 16 управления поступает на обнуляющие входы накапливающих сумматоров 7 и 8, счетчиков 4 и 5, что прнвлдчтся в исходное состояние.

С первого выхода ь„ блока 16 управления сигнал "1" поступает ня информационные входы счетчика 4 и накапливающего 1 сумматора, разрешая суммирование содержимого сумматора 7 с текущим сигналом, поступающим на другой его информационный вход с аналогоцифрового преобразователя 6 (AlgI):

Таким образом, в накапливающем

Й сумматоре 7 находится сумма,7 У+

1 значений отсчетов положительной части сигнала датчика 1 усилия в течение и циклов нягнетяния глубинного насоса

15" 161! я, (См1:= $ U.; ), в счетчике 4 хранится

jw 1 число отсчетов N, (Гч1;=11„) . В накап-линяющем сумматоре 8 находится сумма г ,7 11„значений 11 отсчетов отрицатель!

4 нои части сигнала датчика 1 усилия в течение п циклов нагнетания глубинN2 ного насоса (См2:= gU. ), в счетчи - 10 =! 1 ке 5 хранится число отсчетов (Сч2:

:=Ы2) .

Содержимое накапливающего сумматора 7 поступает на информационный вход блока 9 деления в качестве делимого, на другой информационный вход которого поступает н качестве делителя значение числа отсчетов И „ ((У;, )

=См1:Сч1)1 Содержимое накапливающего 20 сумматора 8 поступает на информационный вход блока 10 деления в качестве делимого, на другой информационный вход которого поступает в качестве делителя значение числа отсчетов И2 с выхода счетлика 5 ((Ц;, )ф,=См2:Ся2).

Сигнал "1" с четвертого выхода 8 . блока управления поступает на разре шающие входы блоков 9 и 10 деления, разрешая проведение операции деления.

Результаты деления с выходов блоков 9 и 1:) деления поступают на первый н второй входы блока 11 вычитания, на разрешающий вход которого поступает

"1" с пятого выхода блока 16 уп35 равления, разрешая проведение операции вычитания, в результате чего поNI 0, 1=! лученное значение 4Ф =(--- -.- -) ф

X U=. и, 40

i-! (-- ---.-) поступает на вход первого

2 блока 12 сравнения, на другой вход которого с первого выхода блока 15 уставок поступает (ан — номинальное 45 значение средней величины разности сигнала датчика 1 усилия при ходе штанги вверх и вниз) значение уставки.

Если полученное на выходе первого блока 12 сравнения будет зафиксирова- 50 но значение 4ф(ан, то сигнал "1". На вход второго блока 17 сравнения поступает с выхода второго блока 10 деления значение средней величины сигна:ла датчика 1 усилия при ходе штаиг вниз

Н2

;ЕЮ; /М2, при этом на другой вход

1!

I второго блока 17 сравнения подается с второго выхода блока 15 устанок значение устанки, соответствующее 0,8

М2 1!! 2 (X U /N2) „, rate (:Е U; /N.,) „1! ™

t. среднее значение сигнала датчика 1 усилия при ходе штанг вниз. При вы1 2

Г Х, l4f полнении условий ((==1-) c0,8(g 1!. / и °

/N2)„, 4Фс 4:нсрабатывает второй блок

1 7 сравнения, сигнал " 1" с выхода последнего поступает на второй вход элемента И 18. На его выходе появляется !

1 !!

1, которая поступает на информационный вход триггера 13. Выполнение указанных условий одновременно свидетельствует об обрыве штанг (фиг.4) . С задержкой времени, необходимого для срабатывания первого 12 и второго 17 блока сравнения, а также элемента И

18, с шестого 1! выхода блока 16 управления на разрешающий вход триггера 13 поступает "1", разрешая переход триггера 13 в состояние, соответстнуюц!ее сигналу, присутствующему на его информационном входе. Появляется сигнал на ныходе триггера 13.

На фиг. 4 отражена ситуация, указываюц!ая на глубокий обрыв или отвород почти у самого плунжера, расположенного в непосредственной близости от теоретической линии веса штанг.

Чем выше обрыв, тем меньше нес остан шейся части колонны штанг и тем ниже располагается динамограмма. Значение ! 2 (0,5- 0,8) (.Е U- 7N )„соответствует динамограмме при обрыве штанг.

Блок 16 управления (фиг. 2) работает следующим образом. Сигналы, поступившие на входы первого 20 и второго 21 усилителей-ограничителей по первому <х, и второму о! входам блока 16 управления, усиливаются и ограничиваются до уровня "1". Таким образом, в течение положительной части сигнала датчика 1 усилия на выходе усилителя-ограничителя 20 присутствует "1", на выходе усилителя-ограни-чителя 21 присутствует "0", а в течение .отрицательной части сигнала датчика 1 усилия на выходе усилителяограничителя 20 присутствует "0", а на выходе усилителя-ограничителя 21 присутствует "1". Сигнал с выхода усилителя-ограничителя 20 одновременно поступает на входы второго 23 и четвертого 25 элементов И. Сигнал

7 15716 с выхода усилителя-ограничителя 21 поступает на вход третьего элемента

И 24. При наличии на выходе таймера 29 сигнал "1" поступает на информационный вход счетчика 28. Счетчик

28. и дешифратор 27 образуют распределитель импульсов, при этом выходы дешифратора 27 являются выходами распределителя импульсов, а информационный вход счетчика 28 является вхо10 дом распределителя импульсов. Сигнал с первого выхода дешифратора 27 (где количество циклов нагнетания и глубинного насоса определяется на этом элементе) через четвертый элемент 33 задержки подается на третий выход блока 16 управления. Входы элементов

ИЛИ 26 соответственно подключены к выходам дешифратора 27. Сигналы с второ20

ro и последующих выходов дешифратора

27 по (n-1) -й включительно поступают на входы элемента ИЛИ 26, при этом

11 11 на его выходе появляется "1, которая поступает на вход первого элемен - 25 .та И 22, разрешая прохождение сигна лов .генератора 19 тактовой частоты на входы второго 23 и третьего 24 элементов И.

Во время прохождения положительной

11 11 части сигнала датчика 1 усилия 1 с выхода усилителя -ограничителя 20 ра зрешает прохождение сигналов генер атор а 1 9 тактовой частоты через второй элемент И 23 и передается на первый выход, блока 1 6 управления .

Во время прохождения отрицательной части сигналь датчика 1 усилия

"1" с выхода усилителя-ограничителя 21 разрешает прохождение сигналов генера-40 тора 19 тактовой частоты через третий элемент И 24 и передается на второй выход ь блока управления.

После поступления n-ro сигнала с выхода усилителя-ограничителя 20 íà 4> и-м выходе дешифратора 27 (конец цикла нагнетания глубинного насоса) появляется " 1", на выходе элемента ИЛИ

26 сигнал "0" (так как на всех его входах. пРисУтствУет "0"), котоРый запрещает прохождение импульсов генератора 19 тактовой частоты через первый элемент И 22. "1" с и-го выхода дешифратора 27 включает таймер 29, на входе которого на определенное, заранее .заданное время (в предлагаемом

I 1 11 устройстве Т =1 ч), появляется 0 при этом устройство не работает. Кроме того, "1" с и-ro выхода дешифрато17 8 ра 27 обнуляет счетчик 28, через первый элемент 30 задержки поступает на четвертый выход Bq блока 16 управления. "1" с n-ro выхода дешифратора 27 через первый 30 и второй 31 элементы задержки подается на пятый выход в блока 16 управления. " 1" с n-ro выхода дешифратора 27 через первый 30, второй 31 и третий 32 элементы задержки подается на шестой выход в блока 16 управления. Обнулением счетчика 28 после выработки необходимых выходных сигналов блока 16 управления дешифратор приводится в нулевое состояние, на его первом выходе имеется сигнал "1", который передается на третий выход в блока 16 управления (т.е. и=-и+1=1). устройство подготовлено для последующей-обработки значения поступающего сигнала датчика 1 усилия в случае выдержки заданного времени останова (Тв =1 ч) . По истечении заданного времени (То =1 ч) на выходе 29.

Таким образом, устройство определяет средней значение положительной и отрицательной частей сигнала датчика усилия и по результатам сравнение с заранее заданными величинами.

В предлагаемом устройстве не рассматриваются вопросы, когда выявляется случай дф дн.. Превышение величины д ф (разность усилия на балансире при движении штанг вверх и вниз) над величиной дн (номинальное значение разности усилия на балансире при движе-нии штанг вверх и вниз — величина уставки) свидетельствует о наличии значительных отложений парафина и о необходимости очистки колонны насосных труб. Не рассматриваются случаи при удовлетворении условий д Ф с д 8, характеризующие различные предаварийные неполадки, такие как выход из строя нагнетательной или приемной части, наличие утечек жидкости в нагнетательной и приемной частях насоса. Определение наличия предаварий.ной неполадки прихвата плунжера, удовлетворяющего условиям дф>дн, не может решаться. Во время прихвата плунжер остается неподвижным по отношению к цилиндру при ходе штанг вверх и вниз. Прихват в нижнем положении вызывает растяжение штанг при ходе вверх на длину сальникового штока: при последующем ходе вниз они сокращаются до первоначальной длины. Иак157161 симальная нагрузка при ходе вверх значительно превосходит суммарный вес жидкости и штанг (т.е,de ) . Чем больше длина сальникового штока, тем . опаснее напряжение, возникающее в верхних штангах. В случае прихвата плунжера в верхней части при ходе вниз они сжимаются на величину хода сальникового штока и нагрузка на штан" 1О ги значительно ниже теоретической.

На основании указанных нагрузок предаварийная ситуация — прихват плунже ра, может удовлетвориться и в условиях, когда обеспечивается 84 )de, т,е. сам факт установления этого требования свидетельствует об аварийном состоянии. Конкретное определение состояния прихвата плунжера или наличие значительного количества отложений 20 парафина в колонне насосных труб требует дополнительного аНализа сигнала датчика усилия при движении штанг вверх. Поэтому случаи выявления аварийной ситуации указанных состояний 25 при удовлетворении условия Ьф>daне рассматриваются, так как прихват плунжера и наличие парафина определяются (U ), 1,5U ) в аналоге и (дфэан) в прототипе соответственно предложенного устройства, с учетом превышения фактического значения веса жидкости над или же дц, т.е. максимальная наl9 грузка при ходе штанг вверх превосходит суммарный вес жидкости и штанг, 35 а при ходе вниз располагается ниже теоретической. Однако факт, наличия в колонне насосных труб определяется превышением веса жидкости теоретической динамограммы, которая могла быть 4 и удовлетворена в интервале 0,5U ( (U (1,5U.

В этом случае эффектным способом являлось бы определение разности усилия на балансире при движении вверх и вниз, а далее путем сравнения среднего значения сигнала датчика усилия при ходе штанг вверх и вниз с соответствующими эталонными значениями.

Поэтому выполнение этих условий не может обеспечивать определения состояния обрыва штанг. Выполнение усло.вия Ьф(дн частично, где рассматриваются в аналоге предложенного устройства (например, когда Бь « 0,50, выход из строя нагнетательной или при-. емной части насоса). Но выполнение условия U4, Ы по месту расположения в теоретической динамограмме требует

1 10 дополнительной обработки сигнала датчика усилия для выявления случая обрыва штанг. Так как случай выхода из строя нагнетательной части располагается на расчетной линии теоретического веса штанг, случай выхода из строя приемной части насоса располагается на высоте суммарной нагрузки от фактического веса жидкости и веса штанг, а случай обрыва штанг располагается либо в непосредственной близости, либо ниже теоретической линии веса штанг.

Выполнение условия U 40,5U не мо» жет выявить случай обрыва штанг, так как определение амплитуды сигнала U, соответствующее фактическому весу жидкости, является недостаточным, в основном требуется обработка напряжения сигнала датчика усилия, соответствующего нагрузке на шток, равной весу штанг, что и решается в предлагаемом устройстве с учетом укаэанных особенностей, применительно взятое за прототип с добавлением второго блока 17 сравнения и элемента И 18, с использованием теми блоками и связями устройства, при котором позволяется выполнение поставленной цели. Ввиду усреднения за и циклов работы насоса значений усилия на балансире станка-качалки, выявления случая неиеправности подземного оборудования для обрыва штанг происходит с большой достоверностью.

При обрыве штанг извлекают верхнюю часть штанг до оборванного конца и в зависимости от того, где произошел обрыв (в теле, утолщенном месте или муфте) спускают соответствующий ло- вительный элемент.

Использование изобретения за счет определения момента предаварийной ситуации позволяет своевременно произвести ремонт и обеспечить безаварийную работу глубиннонасосной установки, что увеличивает добычу нефти.

Формула изобретения

Устройство для диагностирования состояния глубиннонасосного оборудования, содержащее датчик усилия штанги насоса, фиксатор нулевого уровня положительной части информационного сигнала, фиксатор нулевого уровня отрицательной части информационного сигнала, первый и второй счетчики, аналоI1 15716 го-цифровой преобразователь, первый и второй накапливающие сумматоры, первый и второй блоки деления, блок вычитания, первую схему сравнения, триггер, блок индикации, бпок уставок

5 усилий штанги и насоса и блок управления, выход датчика усилия подключен к входам аналого-цифрового преобразователя, фиксатор нулевого уровня положительной и отрицательной частей сигнала, выходы которЫХ подключены к первому и второму информационным входам блока управления соответствен Но перВый информационный ВыхОд кОтО рого подключен.к счетному входу первого счетчика и к входу первого слагаемого первого накапливающего сумматора, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с ВхОдОм Второго 2() слагаемого первого накапливающего сумматора и с информационным входом пер,вого слагаемого второго накапливающего сумматора, обнуляющий вход кото.рого и обнуляющие входы первого на- 2д, капливающего сумматора и первого и второго счетчиков подключены к выходу установки блока управления, второй информационнЫ11 Выход блока управления подключен к входу второго слагаемого второго накапливающего сумматора и к счетному входу второго счетчика, выход которого подключен к входу дели.теля второго блока деления, вход де-. лимого которого подключен к выходу второго накапливающего сумматора, выход первого накапливающего сумматоf7

12 ра и выход первого счетчика подключены к входам соответственно делимого и делителя первого блока деления, разрешающий вход которого и разрешающий вход второго блока деления подключены к первому разрешающему выходу блока управления, второй разрешающий выход которого подключен к разрешающему входу блока вычитания, входы уменьшаемого и вычитаемого которого подключены к выходам соответственно первого и второго блоков деления, выход блока вычитания подключен к первому.информационному входу первого блока сравнения, второй информационный вход которого подключен к первому выходу блока уставок, шестой выход блока управления подключен к разрешающему входу триггера, выход которого подключен к входу блока индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения полноты контроля, в .устройство введены-:втоная схема сравнения и элемент И, информационный вход триггера подключен к выходу элемента И, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первой и второй схем сравнения, второй выход блока уста.— вок подключен к первому информационному входу второго блока сравнения, второй информационный вход которого и вход вычитаемого блока вычитания подключен к выходу второго блока деления.

1511617

15 71617

Составитель И.Алексеев

Техред И.Дидьис Корректор С.йевкун

Редактор К.Копча

Заказ 1514 Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101