Устройство для диагностирования скважинных штанговых насосов

 

Изобретение относится к устройствам диагностирования штанговых насосов и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности. Цель изобретения - увеличение полноты контроля. Устройство для диагностирования скважинных штанговых насосов содержит датчик усилия 1, фиксаторы нулевого уровня положительной 2 и отрицательной 3 части сигнала, первый 4 и второй 5 счетчики, блок 6 уставок, первую 7 и вторую 10 схемы сравнения, первый 8 и второй 11 триггеры, блок индикации 9 и блок управления 12. Изобретение позволяет автоматически определять наиболее часто встречающуюся ненормальность в работе подземного оборудования, к которой относится частичное незаполнение цилиндра глубинного насоса, вызванное влиянием пластового газа на работу насоса и низким динамическим уровнем жидкостей в затрубном пространстве скважины, доходящим до приема насоса. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

„„80„„1571618

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (У1) С 06 F 15/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHSIM

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4319276/24-24 (22) 19.10.87 (46) 15.06.90. Вюл. Р 22 (71) Специальное конструкторское бюро

"Кибернетика" с опытным производством Института кибернетики AH АЗССР (72) А.В.Федяшин и Ш.M.ÎñìàíoB (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф .914753, кл. Е 21 В 43/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 1108193, кл. Е 2 1 В 43/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО,ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

СКВАЖИН!61Х 11ТАНГОВ11Х НАСОСОВ (57) Изобретение относится к устройствам диагностирования штанговых насосов и.может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности. Цель изобретения — увеличение полноты конт2 роля. Устройство для диагностирования скважинных штанговых насосов содержит датчик усилия 1, фиксаторы нулевого уровня положительной 2 и отрицательной 3 части сигнала, первый 4 и второй 5 счетчики, блок 6 уставок, первую 7 и вторую 10 схемы сравнения, первый 8 и второй 11 триггеры, блок индикации 9 и блок управления 12.

Изобретение позволяет автоматически определять наиболее часто встречающуюся ненормальность в работе подземного оборудования, к которой относится частичное незаполнение цилиндра глубинного насоса, вызванное влиянием пластового газа на работу насоса и низким динамическим уровнем. жидкостей в затрубном пространстве скважины,. доходящим до приема насоса. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. Ю

1571618

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах диагностирования штанговых насосов в нефтегазодобывающей промышленности.

Цель изобретения — увеличение полноты контроля.

На фиг. 1 представлена блок-схема ,предлагаемого устройства для диагнос- 1, тирования скважинных.штанговых насосов; на фиг. 2 - схема блока управления устройства; на фиг. 3 — временные зависимости сигнала усилия: м — временные зависимости сигнала усилия, ,получаемые на выходе датчика усилия, в координатах усилие - время (Р-t), .5 — 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 сигнала в координатах напряжение — время

- (U-t); на фиг . 4 — совмещаемые друг 25 с другом диаграммы работы скважинного штангового насоса при частичном незаполнении насоса жидкостью, вызванном влиянием пластового газа на работу насоса (4. 1 — замкнутая динамограмма, 3р

4.2 — временная развертка сигнала, получаемая на выходе- датчика усилия); на фиг. 5 — совмещенные друг с другом динамограммы работы скважинного штангового насоса при частичном незаполне, нии насоса жидкостью, вызванном снижением динамического уровня жидкости в затрубном пространстве скважины до приема насоса (5 ° 1 — замкнутая динамограмма, 5.2 — временная развертка сигнала, полученная на выходе датчика усилия); на фиг. 4.1 и 5.1 обозначены теоретическая динамограмма 4.1. 1, 5.1.1; динамограммы, снятые в первом и втором циклах нагнетания глубинно- 15 го насоса 4 . 1.2, 5 . 1. 2, 4. 1.3, 5 ° 1. 3; вес колонны штанг Р 1; вес столба жидкости P, статическая нагрузка (сумма веса жидкости и штанг) Р,; на фиг. 4.2 .и 5.2 обозначены нулевой цикл сигнала датчика усилия Р() — 00; временная развертка сигнала датчика усилия нормальной работы насоса 4.2.1, 5.2.1; временная развертка сигнала датчика УсилиЯ B 11e B H BTQPoM IJHK 55 лах работы насоса соответственно

4.2.2, 5.2.2 и 4.2.3, 5.2.3; номинальное значение длительности сигнала датчика усилия при нормальной работе насоса (при полном заполнении насоса жидкостью), t<, фактическое значение длительности сигнала датчика усилия в первом и втором циклах работы насоса t и ty, длительность одного

1 цикла (периода) работы глубинного насоса Т;.на фиг. 6 представлен алгоритм работы устройства.

Устройство для диагностирования скважинных штанговых насосов содержит датчик 1 усилия штанги насоса, фиксатор 2 нулевого уровня положительной части информационного сигнала,, фиксатор 3 нулевого уровня отрицательной части информационного сигнала, первый

4 и второй 5 счетчики, блок б уставок усилий штанги насоса, первую схему 7 сравнения, первый триггер 8, блок 9 индикации, вторую схему .10 сравнения, второй триггер 11, блок 12 управления.

Блок 12 управления содержит. генератор 13 тактовой частоты, первый 14 и второй 15 усилители-ограничители первый 16, второй 17 н третий 18 элементы И, элемент ИЛИ 19, дешифратор

20, счетчик 21, задатчик 22 времени, первый 23, второй 24 и третий 25 элементы задержки.

Устройство для диагностирования скважинных штанговых насосов работает следующим образом.

Задается количество рабочих циклов п нагнетания глубинного насоса

КЦ:=и и время останова устройства (например Т =1 ч). Время останова устройства (Т, =1 ч) обусловлено тем, чтобы обеспечить погружение скважинного штангового насоса в динамический уровень жидкости в скважине, после того, как цилиндр глубинного насоса наполнится жидкостью, подаваемой пластом в затрубном пространстве.

На время останова устройства выключается электродвигатель станка-качалки (не показано). Подсчет времени останова осуществляет задатчик 22 (фиг.2).

После выдержки времени останова включается электродвигатель станка-качалки, приводящий в действие скважинный насос (не показан). Прн этом сигнал датчика 1 усилия (фиг. За) одновременно поступает на входи фиксаторов 2 и 3 нулевого уровня положительной и отрицательной части .сигнала. Фиксаторы 2 и 3 нулевого уровня фиксируют соответственно положительные и отрицательные части сигнала в нулевом

5 15716 уровне (фиг.3.2 и 3.3), 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 вт рой а> входы блока 12 управления поступают положительные и отрицательные части сигнала . датчика 1 усилия соответственно. Сигнал."1" с третьего выхода h блока 12 управления поступает на обнуляющие входы счетчиков 4 и 5, что приводятея в исходное состояние. С первого выхода Ь блока 12 управления сиг 1 нал "1" поступает на информационный вход счетчика 4. В счетчике 4 происходит подсчет фактической длительности (где i=1,n) сигнала датчика 1 уси-70 лия, т;е. в счетчике- 4 хранится число» отсчетом N соответствующее длительности t . сигнала датчика 1 усилия. I

Счетчик заполняется сигналами генераI тора 13 тактовой частоты (hnr 2) бло-15 ка 12 управления. В конце определенного промежутка времени t, на втором выходе Ь блока 12 управления генери-, руется сигнал, который, подведен к разрешающему входу первой схемы 7 сравне-З0 ния, разрешая. проведение операции сравнения. На первый информационный вход первой схемы 7 сравнения с выхода блока 6 уставок поступает число отсчетов К (соответствующий номинальному значению длительности сигнала датчика 1 усилия при полном заполне нии насоса — „), значений уставки.

На второй информационный вход первой схемы 7 сравнения с выхода перво- 40

ro счетчика 4 поступает число отсчетов N (соответствующее значению t1,;).

Если в результате сравнения И )К (или

t y;)t„), то на выходе первой, схемы 7 сравнения вырабатывается сигнал, кото- 45 рый поступает на информационный вход второго счетчика 5, предназначенный для фиксации числа циклов незаполнения (n„), тем самым увеличивается содержимое на единицу. Если в результате сравнения И(К или (t<. ct ), то на выходе первой схемы 7 сравнения сигнал не вырабатывается и продолжается очередной цикл работы насоса, далее при полученном значении (отмеченное количество циклов незаполнения n„) с выхода второго счетчика 5 поступает на первый информационный вход второй схемы 10 сравнения. На второй инфор18 6 мационный вход второй схемы 10 сравнения с выхода Ь блока 12 управления поступает число отсчитываемых рабочих циклов работы насоса п (со счетчика

2 1. по фиг. 2, содержимое которого в каждом цикле работы насоса увеличивается на единицу) ° Сигнал "1" с пятого выхода Ь блока 12 управления поступает на разрешающий вход второй схемы 10 сравнения, где происходит сравнение содержимого второго счетчи-. ка 5 .(ng) с содержимым счетчика 2 1 и (фиг.2) . Если п„=п, то на первом вы" ходе второй схемы tO сравнения вырабатывается сигнал, который поступает на информационный вход первого триггера 8, свидетельствующего о том, что происходит снижение динамического уровня жидкости до приема насоса (фиг. 5а,б). Если п„ап, то на втором выходе второй схемы 10 сравнения вырабатывается сигнал "1, который поступает на информационный вход второго триrгера 11, .свидетельствующий о том, что происходит влияние пластового газа -на работу (фиг. 4а,6). С задержкой времени, необходимой для срабатывания первого 8 и второго 11 триггеров с шестого выхода b блока 12 управления на разрешающие входы этих . триггеров, одновременно поступает сигнал "1", разрешая переход каждого триггера в состояние, соответствующее сигналу, присутствующему на информационных входах. Появление сигналов на выходе триггеров 8 и t1 вызывает срабатывание блока 9 индикации..Степень заполнения насоса проверяется в каждом цикле откачки.

Работа блока 12 управления (фиг.2) осуществляется следующим образом.

Сигналы, поступившие на входы первого 14 и второго 15 усилителя-аграничителя по первому а и второму а

1 входам блока 12 управления, усиливаются и ограничиваются до уровня "1".

Таким образом, в течение положительной части сигнала датчика 1 усилия на выходе усилителя-ограничителя 14 присутствует "1", на.выходе усилителя-ограничителя 15 присутствует "0", а в течение отрицательной части сигнала датчика 1 усилия на выходе второго усилителя-ограничителя 15 присутствует "1", а на выходе первого усилителя-ограничителя 14 присутствует "0".

Сигнал с выхода первого усилителяограничителя 14 одновременно поступа1571618 ет на входы второго 17 и третьего 18 . элементов И. Сигнал с выхода второго усилителя-ограничителя 15 передается на второй выход b блока 12 управления. При наличии на выходе. таймера 22 5 сигнала "1" (после того, как он выдержал заданное время останова, например, Т 1 ч), который поступает на второй вход, третьего элемента И 18 разрешается. пропуск сигнала датчика 1

1О ( усилия .посредством первого усилителяограничителя 14.(так как диагностирование и цикл нагнетания глубинного насоса начинается с анализа положительной части. сигнала датчика 1 усилия). Полученнь»й сигнал с выхода третьего элемента И 18 поступает на информационный вход счетчика 21. Счетчик 2t и дешифратор 20 образуют рас20 пределитель импульсов, при этом выходы дешифратора 20 являются выходами ,. распределителя импульсов, а информационный вход счетчика 21 — входом распределителя импульсов. Счетчик 21 25 отрабатывает заданное (п) количество циклов работы насоса. Сигнал с первого выхода дешифратора 20 через третий элемент 25 задержки подается на третий выход b> блока 12 управления. Входы элемента ИЛИ 19 соответственно подключены к выходам дешифратора 20.

Сигнал с второго и последу»хцих выходов дешифратора 20 по (n-1)-й включительно. поступают на входы элемента

ИЛИ 19, при этом на его выходе появля-ется " 1", которая поступает на вход первого элемента И 16, разрешая прохождение сигналов генератора 13 тактовой частоты на первый вход втоРого 40 элемента И 17.

Во время прохождения положительной части сигнала датчика 1 усилия "1" с выхода первого. усилителя-ограничителя 14 разрешает прохождение сигнала 45 генератора 13 тактовой частоты через второй элемент И 17 и передается на первый выход Ь, блока 12 управления.

Во время прохождения отрицательной части сигнала датчика 1 усилия "1" с выхода второго усилителя-ограничи- ... теля 15 перадается на второй выход Ь» блока 12 управления ° После поступления п-го, сигнала с выхода первого усилителя-ограничителя 14 на г..-м выходе дешифратора 20 появляется " 1", на выходе элемента ИЛИ 19 сигнал "О" (так как на всех его входах присутствует

"О"), который запрещает прохождение импульсов генератора 13 тактовой частоты через первый элемент И 16.

"1" с n-ro выхода дешифратора 20 включает таймер 22, на выходе которого, на определенное, заранее заданное время (например, Т „, =1 ч) появляется

I! 11

0, отключается двигатель станкакачалки (не показан) при котором устройство приостанавливает свою работу.

Кроме того," 1" с n-ro выхода дешифратора 20 обнуляет счетчик 2 1, через первый элемент задержки 23 .поступает на пятый выход b блока 12 управления.

"1" с и-ro выхода дешифратора 20 через первый 24 и второй 25 элементы задержки подается на шестой выход b блока t2 управления. Обнулением счетчика 21 после выработки необходимых выходных сигналов (Ь „,...,Ь ) блока

t2 управления дешифратор 20 приводится в нулевое состояние, на его 1-м выходе имеется сигнал "1", который передается посредством третьего элемента 25 задержки на третий выход b блока 12 управления (т.е. первый 4 и второй 5 счетчики обнуляются и устройство подготовлено для последующей работы в случае выдержки заданного времени останова (Т, =. 1 ч) для заданного количества циклов работы (n) насоса.

После истечения заданного времени (Т ., =1 ч) на выходе задатчика 22 появляется "1", включается двигатель станка-качалки (не показан) и описанные процессы повторяются.

Таким образом, устройство определяЬт фактическое значение числа отсчетов N (заполняющее интервал длительности сигнала датчика 1 усилия с ф;) и по результату. сравнения с заранее заданной номинальной величиной К (интервал длительности при полном заполнении насоса, в котором сигнал датчика 1 усилия имеет длительность t „).

Это позволяет выявить частичное незаполнение цилиндра глубинного насоса и его причину.

Формула изобретения

1. Устройство для диагностирования скважинных штанговых насосов, содержащее датчик усилия штанги насоса, фиксатор нулевого уровня положительной части информационного сигнала, фиксатор нулевого уровня отрицательной

1571б18 чаСти информационного сигнала, первый

I и второй счетчики, первую схему сравнения, первый триггер, блок индикации, блок уставок усилий штанги насоса и блок управления, выход датчика усилия штанги насоса подключен к входам фиксаторов нулевого уровня положительной и отрицательной частей информационного сигнала, выходы которых подключены к первому и второму информационным входам блока управления соответственно, счетный выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, обнуляющий вход которого и обнуляющий 15 вход, второго счетчика подключены к обнуляющему выходу блока управления, первый информационный вход первой схемы сравнения подключен к выходу блока уставок усилий штанги насоса, выход первого счетчика подключен к второму информационному входу первой схемы сравнения, выход которой подключен к счетному входу второго счетчика, синхровыход блока управления подключен к синхровходу первого триггера, выход которого подключен к первому инфомационному входу блока индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения полноты контроля, 30 в него введены вторая схема сравнения и второй триггер, вход данных первого триггера подключен к первому выходу второй схемы сравнения, второй выход которой подключен к входу данных второго триггера, выход которого подключен к второму информационному входу блока индикации, синхровход второго триггера подключен к синхровыходу блока управления, первый выход разреше- 40 ния сравнения которого подключен к .разрешающему входу второй схемы сравнения, первый информационный вход которой подключен к выходу второго счетчика, второй, информационный вход вто- g5 рой схемы сравнения подключен к информационному выходу блока управления, второй выход разрешения сравнения которого подключен к разрешающему входу первой схемы сравнения. 50

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит генератор тактовой частоты, первый и второй усилители-ограничители, первый, второй и третий элементы И, элемент ИЛИ, дешифратор, счетчик, задатчик времени, первый, второй и третий элементы задержки, выход генератора тактовои -частоты подключен к первому входу первого элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого является счетным выходом блока управления, вход первого усилителя- ограничителя является первым информационным входом блока управления, вход второго усилителя-ограничителя — вторым информационным входом блока управления, выход первого усилителяограничителя подключен к второму входу второго элемента И и к первому входу третьего элемента И, выход за." датчика времени подключен к второму входу третьего элемента И, выход которого подключен к счетному входу счетчика, выходы которого подключены к входам дешифратора, первый выход которого подключен к входу третьего элемента задержки, выход которого является выходом обнуления блока упВ равления, и-й выход дешифратора (где и — количество выкодов дешифратора) подключен к обнуляющему входу счетчика, к входам задатчика времени и первого элемента задержки, выход которого является первым выходом разрешения сравнения блока управления и подключен к входу второго элемента задержки, выход которого является синхровыходом блока управления, с второго по (n-1)-й выходы дешифратора подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, выход второго усилителя-ограничителя является вторым выходом разрешения сравнения блока управления, выход счетчика является информационным выходом блока управления. ьпь в

1571618

1571618

Составитель И.Алексеев

Редактор E.Êîï÷à Техред M.Äèäûê Корректор Л.Бескид

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", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101