Устройство телединамометрирования глубинно-насосных установок

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Sl)s F 04 В 47/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР. 1-,ф((ОП И САН И Е И 3 О ВРЕТЕ гтй Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4843659/29 (22) 28,06.90 (46) 07,10,92, Бюл. ¹ 37 (71) Специальное конструкторское бюро "Кибернетика" с опытным производством Института кибернетики АЗССР (72) LU,M.Oñìàíîâ, А.B.eeäëøèí и

В.Ф.Эфендиев (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1116216, кл. F 04 В 47/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ТЕЛЕДИНАМОМЕТРИPOBAHMSI "flYBY!-IНО-НАСОСНЫХ YCTAHOBOV. (57) Исг .ользование; в насосостроении для контроля режима рабе-:ы скважинных штанговых насосов и колонн штанг. Сущность изобретения: устройство телединамометрирования содержит датчик хода, формирователь напряжения вертикальной развертки диаграммы, коммутатор, динамоскоп, датИзобретение относится к насосостроению и может быть использовано для контроля режима работы скважинных штанговых насосов и колонн штанг.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение достоверности за счет определения и распознавания действующих циклов напряжений и характера изменения напряжения во времени, возникающих в точке подвеса штанг в условиях нагруженности колон н ы шта н г.

На фиг,1 изображена блок-схема устройства телединамометрирования глубинно-насосных установок; на фиг.2 — схема блока вь1числения предлагаемого устройст» Я2 1767225 А1 чик усилия, формирователи импульса, электронный ключ, блок вычисления, блок индикации, блоки выделения максимального и минимального значений, блок памяти, схему сброса, блок сравнения, таймер, элемент

ИЛИ, регистр, триггеры, элемент задержки, блок умножения и реле 24, Блок включает триггеры, схемы деления, преобразователь код-напряжение, элементы И, элементы задержки, счетчик, элементы ИЛИ, схему определения разности, схему определения суммы, схему сравнения, регистр, квадратор, схему перемножения, сумматор, схему извлечения корня и преобразователь напряжение-код. Схема сброса имеет D-триггер, резисторы R1, Rz, кнопочный переключатель

Я1, Блок умножения включает генератор, ключ, делители частоты, триггер и счетчик результата. 1 з,п. ф-лы, 24 ил.

Ф ва; на фиг.3 — временная развертка сигнала, получаемого на выходе датчика хода; на (,Ь фиг,4 — временная развертка сигналов, получаемых на выходе датчика усилия и формирователя напряжения вертикальной развертки теоретической динамограммы; у на фиг.5 — картина совмещения теоретической динамограммы с телединамограммой на экране динамоскопа; на фиг.б — временная зависимость напряжения предела усталости для симметричного цикла нагрузки насосных штанг; на фиг,7 — временная зависимость напряжения предела усталости для пульсирующего цикла нагрузки насосных штан г; на фиг.8 — временная зависимость ° напряжения предела усталости для колеба1767225 тельного цикла нагрузки насосных штанг; на фиг.9 — временная зависимость напряжения предела усталости для постоянного цикла нагрузки насосных штанг, на фиг.10— временная зависимость напряжения преде- 5 ла усталости для асимметричного цикла нагрузки насосных штанг; на фиг.11 различнйе вйды циклов переменных напряжения и соответствующие им значения коэффицйентов асимметрии; на фиг.12 — 10 схема сброса предлагаемого устройства; на фиг.13 — схема элемента задержки; на фиг.14 — схема регистра блока вычисления; на фиг.15 — схема сравнения блока вычисления; на фиг.16 — схема определения разно- 15 сти блока вычисления; на фиг,17 — схема определения суммы блока вычисления; на фиг.18 — третья схема деления блока вычисления; на фиг.19 — схема квадратора блока вычисления; на фиг,20 — схема сумматора 20 блока вычисления; нг фиг.21 — схема извлечения квадратного корня блока вычисления; на фиг.22 — схема преобразователя код-напряжение блока вычисления; на фиг,23— схема преобразователя напряжение — код 25 блока вычисления; на фиг,24 — схема блока умножения предлагаемого устройства, На фиг,З вЂ” 5 приняты следующие обозначения:

Р -усилия; $- ход; - время; Т- период 30 работы глубинного насоса; Рф — фактическое значение нагрузки в момент t>, Pm— теоретическое значение нагрузки; Pmax— максимальное значение усилия; Pm — минимальное значение усилия; P(t) — сигнал, 35 получаемый на выходе датчика усилия;

P(t) — сигнал, получаемый на выходе формирователя напряжения вертикальной развертки теоретической динамограммы;

S(t) — сигнал, получаемый на выходе датчика 40 хода, 1 — теоретическая динамограмма нормальной работы насоса; !! — практическая телединамограмма.

УстроЖ=тво телединамометрирования 45 глубинно;насосных установок содержит (фиг,1) датчик 1 хода, формирователь 2 напряжения вертикальной развертки теоретической динамограммы, коммутатор 3, . динамоскоп 4, датчик 5 усилия, первый 6 и 50, второй 12 формирователи импульса, электронный ключ 7, блок 8 вычисления, блок 9 индикации, блоки 10 и 11 выделения максимального и минимального значений сигналов соответственно усилия, блок 13 памяти, 55 схему 14 сброса, блок 15 сравнения, таймер

16, первый элемент ИЛИ 17, первый регистр

18, первый 19, второй 20 и третий 21 триггеры, первый элемент 22 задержки, блок 23 умножения и реле 24.

Схема блока 8 вычисления (фиг,2) содержит четвертый 25, пятый 26, шестой 27, седьмой 28, восьмой 29 и девятый 30 триггеры, первую 31, вторую 32 и третью 33 схемы деления, преобразователь 34 код-напряжение, первый 35, второй 36, третий 37, четвертый 38, пятый 39 и шестой 40 элементы И, второй 41, третий 42 и четвертый 43 элементы задержки, счетчик 44, второй и третий элементы ИЛИ 45 и 46, схему 47 определения разности, схему 48 определения суммы, схему 49 сравнения, второй регистр 50, кадратор 51, схему 52 перемножения, сумматор 53, схему 54 извлечения квадратного корня и преобразователь напряжение - код 55.

Схема 14 сброса по фиг.12 содержит

D-триггер, резисторы R1, R2 и кнопочный переключатель $1.

Схема элементов 22, 41-43 задержки (фиг.13) содержит одноканальный ждущий мультивибратор — К155АГ1, резистор R u конденсатор С.

Схема регистра 50 (фиг.14) содержит четырехразрядный элемент памяти, выходы которого с тремя состояниями, а входы снабжены логическими элементами разрешения записи, Схема 49 сравнения {фиг.15) содержит два преобразователя аналог-код 1 и 2 и цифровой компаратор 3.

Схема 47 определения разности(фиг.16) содержит узел вычитания двух сигналов (на конденсаторах С1, С2, резисторах R1-R7, транзисторы ЧТ1, VT2), двухпороговый компаратор(на резисторах R8- R9 на ОУ(операционный усилитель) 0А1, ОА2 и на элементе

02,1) многопороговый преобразователь (на резисторах R10 — R25. на ОУ ДАЗ-ДА7, на элементе Д1).

Схема 48 определения суммы (фиг.17) содержит узел сложения двух сигналов (на конденсаторах С1,С2, резисторах R1-R7, транзисторы U Т1, U Т2), двухпороговый компаратор (на резисторах R8, R9, на ОУ

ДА1, ДА2 и на элементе Д2.1) многопороговый преобразователь {на резисторах R10—

R25, на ОУ ДАЗ вЂ” ДА7, на элементе Д1), Третья схема 33 деления (фиг.18) содержит делитель аналогового сигнала (на ОУ

ДА1, ДА2, на транзисторах VT1, НТ2, на таймере ДД1, на резисторах R1 — R7, на конденсаторах С1, С2), компаратор (на элементах

ДАЗ-ДА7 и Д1).

Квадратор 51 (фиг.19) содержит микросхему ДА1, ОУ вЂ” ДА2, резисторы R1 — R17, потенциометры R18, R19, R20.

Сумматор 53 (фиг.20) содержит ОУ вЂ” ДА1 и резисторы R1-R4, 1767225

Схема 54 извлечения квадратного корня (фиг,21) содержит ОУ вЂ” ДА1, ДА2, резисторы R1, R2., R4, R6 — R11, диод ЧД1, потенциометры R3 и R5.

Преобразователь код-напряжение (РКН) — 34 (фиг.22) содержит восемь ключей

Кл,1 — Кл.8, матрицу двоично-взвешенных резисторов R1-R8, источник опорного напряжения 0оп и ОУ с отрицательной обратной связью (R9).

Схема преобразователя напряжение— код (ПНК) 55 (фиг.23) содержит делитель напряжения (на резисторах R1 — R16), узел сравнения, регистр и кодовый преобразователь.

Блок 23 умножения (фиг.24) содержит генератор (Г), ключ (К), делители частоты

Д41, Д42 и Д43, триггер (Т) и счетчик результата (СР).

Выход датчика 1 хода одновременно подключен к входам первого 6 и второго 12 формирователя импульсов, входу формирователя 2 напряжения вертикальной развертки теоретической динамограммы и горизонтальному входу динамоскопа 4.

Вертикальный вход динамоскопа 4 подключен к выходу коммутатора 3, Первый вход коммутагора 3 одновременно подключен к шестому входу аб блока 8 вычисления, выходу датчика 5 усилия, входам блоков 10 и 11 выдеге-,ия макси:.„зльного и минимального значений сигналов усилия. Выход блока 10 выделения максимального значения сигнала усилия подключен к первому входу а1 блока 8 вычисления. Выход блока 11 выделения минимального значения сигнала усилия подключен к второму входу а2 блока 8 вычисления. Третий вход аз блока 8 вычисления подключен к выходу электронного ключа. Первый вход электронного ключа 7 одновременно подключен к выходу формирователя 2 напряжения вертикальной развертки теоретической динамограммы и второму входу коммутатора 3. Выход первого формирователя 6 импульсов одновременно подключен к второму входу электронного ключа 7 и четвертому входу а блока 8 вычисления. Пятый входа блока 8 вычисления подключен к выходу второго формирователя 12 импульса, Седьмой вход а7 блока 8 вычисления подключен к первому входу блока 13 памяти, Выход схемы 14 сброса одновременно подключен к установочному входу регистра 18, первому установочному входу триггера 20 и восьмому входу ав блока

8 вычисления, Второй выход блока 13 памяти подключен к первому входу блока 15 сравнения. Разрешающий вход последнего подключен к восьмому выходу Ьз блока 8 вычисления, Седьмой выход Ь7 блока 8 вычисления одновременно подключен к информационному входу регистра 18 и второму входу блока 15 сравнения, Первый выход блока 15 сравнения подключен к второму установочному входу триггера 19, Выход триггера 19 подключен к седьмому входу блока 9 индикации, Восьмой и девятый входы блока 9 индикации соответственно подключены к выходу триггера 20 и выходу блока 23 умножения. Вход блока 23 умножения подключен к выходу регистра 18. Синхронный вход регистра 18 одновременно подключен к второму установочному входу таймера 16, второму входу элемента ИЛИ

17, второму выходу блока 15 сравнения, второму установочному входу триггера 20 и входу элемента 22 задержки. Выход элемента 22 задержки подключен к разрешающему входу блока 23 умножения. Девятый выход

bg блока 8 вычисления одновременно подключен к первому установочному входу первого триггера 19, первому входу элемента

ИЛИ 17 и первому установочному входу таймера 16, Выход таймера 16 подключен к второму установочному входу триггера 21, Первый установочный вход триггера 21 подключен к выходу элемента ИЛИ 17. Выход триггера 21 подключен к входу реле 24. Первый b), второй Ь, третий b3, четвертый b, пятый bg и шестой bg выходы блока 8 вычисления соответственно подключены к первому., второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входам блока 9 индикации, Устройство работает следующим образом.

Задается количество рабочих циклов качаний глубинно-насосной скважины (КЦ = и) и время остансва устройства (например, Тост = 1 ч). Время останова необходимо, чтобы уровень жидкости, подаваемой пластом, восстановился в затрубном пространстве.

Подсчет выдержки времени останова осуществляет таймер 16, а подсчет циклов качаний происходит в счетчике 43, Нажатием на кнопочный переключатель в схеме 14 сброса (фиг.14) на выходе последнего появляется сигнал логической "1" (сигнал

"Сброс" ), который прступает на установочный вход регистра 18, первый установочный вход триггера 20 и восьмой вход а8 блока 8 вычисления, Сигнал лог. "1" с девятого bg выхода блока 8 вы ь-сления одновременно поступает на первый установочный вход первого триггера 19, первый вход элемента

ИЛИ 17 и первый установочный вход таймера 16, Триггеры 19 и 20 устанавливаются в нулевое состояние, содержимое регистра 18 обнуляется, сигнал лог. "0" с выхода таймера 16 и лог, "1" с выхода элемента ИЛИ 17 устанавливают триггер 21 в нулевое состоя1767225

0а

fшт

Р max Р min

Рамп =

2 ние и сигнал лог. "0" с его выхода подается на вход реле 24, контакты которого обесточиваются и выключает электродвигатель станка-качалки (не показан). В состоянии кнопочного переключателя в схеме

14 сброса (фиг,14) на его выходе появляется и постоянно держится сигнал лог. "0".

Устройство подготовлено к работе. Начинается выдержка времени останова длительностью 1 ч. После выдержки таймером

16 времени Тост 1 ч сигнал лог. "1" с его выхода подается на второй установочный вход триггера 21, на первом установочном входе которого имеется сигнал лог. "0" с выхода элемента ИЛИ 17. Триггер 21 переключается из нулевого состояния в единичное и сигнал лог. "1" с его выхода подается на вход реле 24 и он со своими контактами включает электродвигатель станка-качалки, приводящий в действие скважинный насос.

При этом сигнал S (t), получаемый на выходе датчика 1 хода (фиг,1), одновременно поступает на вход формирователя 2 напряжения вертикальной развертки теоретической динамограммы и на первый формирователь 6 импульса, Формирователь 6 импульса фиксирует момент времени т1 достижения сигнала хода максимальной величины (точка M на фиг.3). В момент времени

t< на выходе первого формирователя 6 импульса получается сигнал, который одновременно поступает на вход электронного ключа 7 и на четвертый вход а4 блока вычисления, При этом электронный ключ 7 открывается и значение Pm с выхода формирователя 2 напряжения вертикальной развертки теоретической динамограммы, пройдя через электронный ключ 7, поступает на третий вход аз блока 8 вычисления, На шестой вход а6 блока 8 вычисления в этот момент поступает значение Рф с, выхода датчика 5 усилия (фиг,4). В блоке 8 вычисления определяется расхождение теоретической (Р«) и фактической (Рф) нагрузок, которое указывает на разность столбов жидкости в трубах в затрубном пространстве, При этом чем больше расхождение между этими значениями, тем больше погружение насоса под уровень. Поскольку расхождение (Pm > Рф, Pm = Рф; Pm < Рф определяется в момент времени t>, т,е, в концах полированного штока вверх, когда вес жидкости в насосных трубах уменьшается на величину веса жидкости в затрубном пространстве, то значение расхождения соответствует фактической величине погружения насоса в жидкость. Значение расхождения (P«> Рф, P« = Рф, Pm < Рф) с первого выхода Ь1 блока 8 вычисления поступает на первый вход блока 9 индикации, который показывает фактическую величину погружения насоса в жидкость в данный момент.

Сигнал P (t), получаемый на выходе дат5 чика 5 усилия (фиг.1), одновременно поступает на вход блока 10 выделения максимального значения сигнала усилия и вход блока 11 выделения минимального значения сигнала усилия. В течение перио10 да Т работы глубинного насоса на выходе блока 10 получают максимальное значение сигнала усилия (Pmax), а на выходе блока 11 — минимальное значение сигнала усилия (Р«ы), которые соответственно подаются на

15 первый а1 и второй а2 входы блока 8 вычисления. В конце периода Т, т,е. в момент t2 достижения сигнала хода минимальной величины (точка N на фиг,3), на выходе второго формирователя 12 импульса получается сиг20 нал, который поступает на пятый вход as блока 8 вычисления. При этом в блоке 8 вычисления вычисляется значение приведенного напряжения в точке подвеса колонны штанг по формуле

25 .,- ЯТ,= (1) где (гпр — приведенное напряжение в точке подвеса штанг;

30 0 а — напряжение в сечение штанги от амплитуды изменения нагрузки за цикл насоса (амплитуда цикла — наибольшее значение переменной составляющей цикла напряжений);

35 (уср напряжение в сечении штанги от средней нагрузки за цикл насоса (среднее постоянное напряжение цикла).

Амплитуда напряжения за цикл определяется из

40 где AT — площадь поперечного сечения вер45 хней штанги Г бш 2

2 шт 4 = 0,785 "б шт, 50 дашт — диаметр штанги;

Рамп — нагрузка от амплитуды

Pmax u Pmin — максимальная и минимальная нагрузка соответственно в верхнем сечении штанговой колонны.

10 амп Р шах Р пйп т шт 2т шт при ходе вверх — максимальное напряжение

P max сгmax =, а при ходе вниз — минимальт шт

Р min ное напряжение <тmin = т шт

Среднее напряжение в штангах определяется из

0 max +0 min Р max + Р min, 2 2т шт

Подставляя известные соотношения, получаем

Значение fLaT и критическое значение приведенного напряжения (anp)x для каждой скважины запоминается в блоке 13 памяти, Значение дашт в первого выхода блока

13 памяти подается на седьмой вход а7 блока 8 вычисления.

Значение (о пр)к с второго выхода блока

13 памяти подае-.ся на первый вход блока 15 сравнения, вычисленное значение приведенного напряхкения 0 р по формуле (1) с седьмого выхода Ь7 блока 8 вычисления одновременно поступает на информационный вход регистра 18 и второй вход блока 15 сравнения. При наличии сигнала лог. "1", поступающего с восьмого выхода bs блока 8 вычисления на разрешающий вход блока 15 сравнения, в последнем происходит сравнивание значений приведенных напряжений между полученным на седьмом выходе

Ь7 блока 8 вычисления и поступающим с второго выхода блока 13 памяти, При фиксировании условия

= n) качаний блоком 15 сравнения фиксируется нормальное состояние работы колонны штанг, то на девятом выходе bg блока 8 вычисления появляется сигнал лог, "1", который переводит триггер 19 из единичного состояния в нулевое, переводит таймер 16 на выдержку времени останова Tecy =- 1 ч и переключает триггер 21 из единичного состояния в нулевое. Сигнал лог. "0" с выхода третьего триггера 21 поступает на вход реле

24 и выключается электродвигатель станкакачалки. После аыдержки таймером 16 времени останова Tock = 1 ч описанные действия работы устройства возобновятся заново, При фиксировании условия

crnp > (o np ) к на втором выходе блока 15 сравнения получается сигнал лог. "1", который одновременно поступает к второму входу триггера 20, входу элемента 22 задержки, синхронному входу регистра 18, второму входу элемента ИЛИ 17 и второму установочному входу таймера 16, Триггер 20 переключается в единичное состояние и сигнал лог. "1" гоступает на восьмой вход блока 9 индикации и информирует о том. что режим работы колонны штанг предаварийный. Вычисленное значение приведенного напряжения по формуле (1) записывается в регистр 18, далее подается на информационный вход блока 23 умножения, После появления информации на выходе регистра 18 с задержкой временного интервала сигнала на элементе 22 задержки сигнал лог, "1" с выхода последнего поступает на разрешающий вход блока 23 умножения, вычисляется приведенное напряжение в верхней штанге в третьей степени, т.е, 0 np, пропорциональной частоте обрывов штанг, и подается на девятый вход блока 9 индикации для исследования коррозионно-усталостной прочности материалов колонны насосных штанг, Сигнал лог. "1", поступивший на второй установочный вход таймера 16, переводит последний на выдержку времени останова, связанную с принятием соответствующих мер по предотвращению возможного предаварийного случая обрыва штанг (например, TpeM = 8 ч), На выходе таймера 16 появляется сигнал лог. "0", а на первом установочном входе триггера 21 имеется сигнал, лог. "1", поступивший посредством элемента ИЛИ 17, Триггер 21 переключается из единичного состояния в нулевое и сигнал лог. "0" с его выхода подается на вход реле 24, контакты которого обестойваются,. и выключает электродвигатель станка-качалки, После истечения времени останова (Тпам = 8 ч) на выходе таймера 16 появляется сигнал лог. "1" и все описанные процессы повторяются, В блоке 8 вычисления в течение заданного количества циклов качаний ГНУ для каждого цикла в отдельности помимо определения расхождения (Pm > Рф, Рш=Рф, Pm<

< Рф), также определяется типовой цикл

1767225

45 (симметричныл, пульсирующий, колебательный, постоянный, асимметричный) нагрузки (напряжения) и с второго Ь2, третьего

Ьз, четвертого Ь4, пятого Ь5 и шестого Ьв выходов блока 8 вычисления подается соответственно на второй, третий, четвертый, пятыл и шестой входы блока 9 индикации.

Как видно из фиг,1, сигнал S (t) с выхода датчика 1 хода поступает и на горизонтальный вход динамоскопа 4, Так как выход формирователя 2 напряжения вертикальной развертки теоретической динамограммы через коммутатор 3 подключен на вертикальный вход динамоскопа 4, то на экране динамсскопа 4 получают теоретическую динамограмму нормальной работы насоса

{фиг.5), Для совмещения теоретических и практических динамограмм выход датчика 5 усллия подключен на другой вход коммутатора 3. Коммутатор 3 с частотой 50 Гц подает сигнал Р(т) и Р (4) на вертикальный вход динамоскопа 4. Поэтому на экране динамоскопа 4 в течение заданного количества циклов качаний ГНУ получают теоретическую динамограмму1, совмещенную с практической теледлнамограммол I I (фиг.5).

Работа блока 8 вычисления напряжения штанг и распознавания действующих циклов напряжения (фиг.2) осуществляется следующим образом, При наличии сигнала лог. "1" (сигнал

"Сброс" ) на восьмом входе ав блока 8 вычисления триггеры 26 — 30, преобразователь напряжение- код(ПНК) 55, регистр 50, а также триггер 25 (посредством первого элемента

ИЛИ 45) и счетчик 44 циклов качания ГНУ (посредством второго элемента ИЛИ 46) устанавливаются в исходное положение. Сигнал лог, "1" с выхода второго элемента ИЛИ

46 подается на девятый выход b9 блока 8 вычисления, При снятии сигнала "Сброс" .блок 8 вычисления подготовки к работе. На первый и второй входы схемы 49 сравнения (фиг.15) поступает значение Pm и Рф соответственно с третьего à" и шестого ав входов блока 8 вычисления.

При наллчии разрешающего сигнала, поступающего с четвертого входа а4 блока 8 вычисления, запускается в работу схема 49 сравнения и зафиксированное значение расхождения (Pm > Рф, Pm = Рф, Pm < Рф) с ,задержкой временного интервала входного сигнала на элементе 42 (фиг.14) записывается в регистр 50 (фиг.10) и поступает на первый выход b> блока 8 вычисления, На первые входы первой 31 и второй 32 схемы деления в качестве делимого с первого а1 и второго а2 входов блока 8 вычисления поступают значения Pmax u Pmin соответственно.

На седьмой вход а7 блока 8 вычисления по5

35 ступает двоичный код значения тшт, На выходе преобразователя код-напряжение 34 (фиг.22) вырабатывается напряжение, пропорциональное входному двоичному числу значения fajT, и поступает на вторые входы схемы 31 и 32 деления в качестве делителя, При прохождении сигнала максимального значения датчика 1 хода, соответствующего началу хода вниз полированного штока (фиг,4) — точка М, импульс с четвертого входа а4 блока 8 вычисления подается на разрешающий вход первой схемы 31 деления и второй установочный вход триггера 25. Триггер

25 переключается из нулевого состояния в единичное и сигнал лог. "1" поступает на вход первого элемента И 35. На выходе первой схемы 31 деления получается значение

P max max = и одновременно поступает в шт качестве уменьшаемого на первый вход схемы 47 определения разности, в качестве первого слагаемого на первый вход схемы

48 определения суммы, в качестве делителя на первый вход схемы 33 деления. Установкой триггера 25 в единичное состояние обеспечиваеться работа устройства только с началом хода вверх полированного штока (фиг.4). Сигнал лог. "1" с выхода триггера 25 поступает на первый вход элемента И 35.

Далее при прохождении сигнала минимального значения датчика 1 хода, соответствующего началу хода вверх полированного штока (фиг.3, точка N), импульс с пятого входа а5 блока 8 вычисления подается на разрешающий вход схемы 32 деления и второй вход элемента И 35, На выходе схемы 32 деления получается значение 0 mrn

P min и одновременно поступает в качестве т шт вычитаемого на второй вход схемы 47 определения разности, в качестве второго слагаемого на второй вход схемы 48 onределения суммы, в качестве делимого на второй вход схемы 33 деления. На выходе элемента И 35 импульсы появляются каждый раз при прохождении сигналом датчика 1 хода сначала максимального, а затем минимального значения. Сигнал лог,"1" с выхода элемента И

35 одновременно поступает на вход элемента 41 задержки, вход счетчика 44 и второй вход элемента ИЛИ 45. Содержимое счетчика 44 количества циклов ГНУ увеличивается на единицу. Выходным сигналом лог. "1" элемента ИЛИ 45 триггер 25 переключается из единичного состояния в нулевое, тем самым запрещается прохождение импульсов с элемента И 35. Элемент 41 задержки служит для задержки временного интервала входного сигнала, поступающего с выхода

1767225

50 элемента И 35, и подачи его на разрешающие входы схем 47, 48, 33, 51 — 55, результатом действий которых является вычисленное значение приведенного напряжения по формуле (1), которое поступает на седьмой выход блока 8 вычисления и выдерживается в течение времени срабатывания блока 15 сравнения, регистра 18, таймера 16, элемента ИЛИ 7 и триггера 20.

Элемент 43 задержки служит для задержки временного интервала входного сигнала, поступающего с выхода элемента 41 задержки, и подачи его на восьмой выход be блока

8 вычисления, разрешающего работу блока

15 сравнения; результат операции которого сохраняется в течение времени срабатывания таймера 16, элемента ИЛИ 17, регистра

18 и триггера 20, Наличие сигнала лог. "1" на выходе элемента 41 задержки разрешает работу схем

47, 48, ЗЗ, 51 — 55. На первом выходе схемы

47 определения разности (фиг.12) получается значение амплитудного напряжения за

0 max 0 min цикл o a — 2, На первом выходе схемы 48 определения суммы (фиг.17) получается значение среднего напряжения в штангах 0 ср= . Схемой 33

2 деления (фиг,18) определяется коэффици0 min ент асп.. метричности цикла r =- . На

O max втором, третьем, четвертом, пятом и шестом выходах схемы 47 определения разности (фиг.12) соответственно фиксируются значения амплитудного напряжения за цикл, 1, ц. ° > а >> a > а - > а Р ах

На втором, третьем, четвертом, пятом и шестом выходах схемы 48 определения суммы (фиг.17) фиксируются значения среднего напряжения на штангах

G =0 G

1 1 ср > ct> ах >(ср g rnax > (ср = л>ах >

g n>ax °

На первом, втором, третьем, четвертом и пятом выходах схемы 33 деления (фиг,18) соответственно фиксируются значения коэффициента асимметричности цикла: r = -1; г = 0; 0 < r < 1; г = 1; -1 < r < О. При получении на схеме 47 определения разности значе0 max Ст >и> и ния Оа =

2 сигнал с первого выхода одновременно поступает на первый вход схемы 52 перемножения в качестве множимого и на вход квадратора 51.

При получении на схеме 48 определения

0 max + 0 min суммы значения стcp =

2 сигнал с первого выхода этой схемы поступает на второй вход схемы 52 перемножения в качестве множителя. В схеме 51 квадратора значение амплитудного напряжения возводится во вторую степень(o ) и далее посту2 пает на первый вход сумматора 53 в качестве первого слагаемого. ВычисленНОЕ ЗНаЧЕНИЕ ПРОИЗВЕДЕНИЯ (аа о,р) С выхода схемы 52 перемножения поступает на второй вход сумматора 53 в качестве второго слагаемого, Вычисленное значеНИЕ СУММЫ (O a + 0 а 0 cp ) С ВЫХОДа СУММа2 тора 53 поступает на вход схемы 54 извлечения квадратного корня в качестве подкоренного числа. Определенное значение приведенного напряжения

0np = Й0а +oa 0 ср С ВЫХОда СХЕМЫ 54 извлечения квадратного корня поступает на вход преобразователя 55 напряжениекод, Двоичный код эквивалентного значения приведенного напряжения с выхода схемы 55 преобразователя напряжение-код поступает на седьмой выход Ь7 блока 8 вычисления.

При наличии на схеме 33 деления (фиг.18) значения r = -1 сигнал лог. "1" с первого выхода этой схемы поступает на информационный вход триггера 26, При зафиксировании значения îа = (т>>>ах на втором выходе схемы 47 определения разности (фиг,16) и значения o cp = 0 на втором выходе схемы 48 определения суммы (фиг.17) на выходе элемента И 36 появляется сигнал лог. "1", который поступает на синхровход триггера 26. разрешая переход его в состояние, соответствующее сигналу, присутствующему на его информационном входе, Появление сигнала на выходе триггера 26 указывает на типовой симметричный цикл нагрузки (напряжения) насосных штанг (фиг,7) и поступает на второй выход Ь2 блока

8 вычисления.

При наличии на схеме 33 деления (фиг.18) значения r = 0 сигнал лог."1" с второго выхода этой схемы поступает на информационный вход триггера 27, При — 1 зафиксировании значения o а = — umax на

2 третьем выходе схемы 47 определения раз1

НОСТИ (фИГ,12) Л ЗНаЧЕНИЯ O cp = — 0 max На

2 третьем выходе схемы 48 определения суммы (фиг,13) на выходе элемента И 37 появляется сигнал лог. "1", который поступает на синхровход триггера 27, разрешая переход

его в состояние, соответствующее сигналу, присутствующему на его информационном

1767225

5

10 входе. Появление сигнала на выходе триггера 27 указывает на типовой пульсирующий цикл нагрузки (напряжения) насосных штанг(фиг,7) и поступает на третий выход Ьз блока 8 вычисления, При наличии на схеме 33 деления (фиг,18) значения 0 < г < 1 сигнал лог, "1" с третьего выхода этой схемы поступает на информационный вход триггера 28. При за1 фиксировании значения и, < — а на

2 четвертом выходе схемы 47 определения разности (фиг,16) и значения

0 ср > — omax на четвертом выходе схемы

48 определения суммы (фиг.17) на выходе элемента И 38 появляется сигнал логическая "1", который поступает на синхронный вход триггера 28, разрешая переход его в состояние, соответствующее сигналу, присутствующему на его информационном входе. Появление сигнала на выходе триггера

28 указывает на типовой колебательный цикл нагрузки (напряжения) насосных штанг (фиг.8) и поступает на четвертый выход b4 блока 8 вычисления.

При наличии на схеме 33 деления (фиг.18) значения r = 1 сигнал лог. "1" с четвертого выхода этой схемы поступает на информационный вход триггера 29. При зафиксировании значения o = 0 на пятом. выходе схемы 47 определения разности (фиг,16) и значения î cp = G тах на пятом выходе схемы 48 определения суммы (фиг.17) на выходе элемента И 39 появляется сигнал логическая "1", который поступает на

".и нхрон ный триггер 29, разрешая переход е. о в состояние, соответствующее сигналу, присутствующему íà его информационном входе. Появление сигнала на выходе триггера 29 указывает на типовой — постоянный ,цикл нагрузки (напряжения) насосных штанг (фиг.9) и поступает на пятый выход Ь блока 8 вычисления.

При наличии на схеме 33 деления (фиг,18) значения -1 < г < 0 сигнал лог. "1" с пятого выхода этой схемы поступает на информационный вход триггера 30. При зафиксировании значения стa > — ст „на

2 шестом выходе схемь 47 определения раз1 ности (фиг,16) и значения 0 ср < — стах на

2 шестом выходе схемы 48 определения суммы (фиг.17) на выходе элемента И 40 появляется сигнал логическая "1", который поступает на синхронный вход триггера 30, разрешая переход его в состояние, соответствующее сигналу, присутствующему на его информационном входе. Появление сигна15

55 ла на выходе триггера 30 указывает на типовой — асимметричный цикл нагрузки (напряжения) насосных штанг (фиг,10) и поступает на шестой выход bg блока 8 вычисления.

Каждый раз при прохождении сигнала максимального значения датчика 1 хода, соответствующего началу хода вниз полированного штока (точка М, фиг,3), импульс с четвертого входа а4 блока 8 вычисления устанавливает в единичное состояние триггер

25. По прохождении сигнала минимального значения датчика 1 хода, соответствующего началу хода вверх полированного штока (точка N, фиг.3), т,е. в конце периода времени Т (фиг.4), импульс с выхода первого элемента И 35 посредством элемента ИЛИ 45 переключает триггер 25 в нулевое состояние, а счетчиком 44 осуществляется подсчет числа циклов качаний ГНУ, Как только в счетчике 44 число импульсов станет равным заданному (КЦ:=и) количеству циклов качаний ГНУ, сигнал лог. "1" с выхода счетчика

44 поступает на второй вход второго элемента ИЛИ 46, Сигнал лог, "1" с выхода элемента ИЛИ 46 поступает на девятый выход блока 8 вычисления и на вход сброса счетчика 44. Счетчик 44 обнуляется и на девятом выходе bg блока 8 вычисления появляется сигнал лог, "0". После истечения заданного времени То т = 1 ч на выходе таймера 16 появляется сигнал лог, "1" и все описанные процессы, связанные с работой блока 8 вычисления, повторяются.

Схема 14 сброса (фиг.14) работает следующим образом.

При каждом нажатии на кнопочный переключатель S> на прямом выходе D-триггера формируются сигнал nor. "1" (сиг, "Сброс" ) и подается на выход схемы 14 сброса, В отжатом состоянии кнопочного переключателя S1 на выходе схемы 14 сброса присутствует сигнал лог. "0".

Работа элемента задержки (22, 41 — 43) по фиг.13 заключается в следующем. Момент окончания импульса формируется с помощью RC звена и подсчитывается по формуле т к = CR 42 = 0,7 С R, Регистр 50 (на элементе К155ИР15) по фиг.14 работает следующим образом, Разрешение на прием параллельных данных от входов D1 — 04 дается по входам управления

Е21, Е22, Загрузка происходит синхронно с положительным перепадом тактового импульса, если на обоих входах Е21, Е21 присутствуют напряжения низого уровня.

Напряжения на входах Е21, Е22, Д1 — Д4 ко времени прихода положительного перепада тактового импульса должны быть зафиксированы, 21

1767225

30

55 насоса, диаметра штанги, длины хода плунжера, подбор прочной конструкции, ступенчатой штанговой колонны и т,п) по предотвращению возможного случая обрыва штанг, т.е. аварий в работе. Своевременное выявление вида действующих циклов напряжений и характера изменения напряжения во времени, а также определения кубической зависимости частоты обрывов от приведенного напряжения и проведение соответствующих мер позволяет снизить нагрузку на штанги, которая способствует уменьшению частоты их отказов (обрывов) и увеличению срока эксплуатации нефтяных скважин, оборудованных штанговыми насосами.

Формула изобретения

1, Устройство телединамометрирования глубинно-насосных установок, содержащее формирователь напряжения вертикальной развертки теоретической динамограммы, коммутатор, динамоскоп, датчик усилия, первый и второй формирователи импульса, электронный ключ, блок индикации, блоки выделения максимального и минимального значений сигналов усилия., блок памяти и датчик хода, выход которого одновременно подключен к входам первого и второго формиров:"--ел;:;й импульсов, к входу фпрмирсеателя напряжения вертикальной развер ки теоретической динамограммы и к горизонтальному входу динамоскопа, вертикальный вход которого подключен к Elblxoду коммутатора, первый вход которого одновременно подключен к выходу датчика усилия и к входам блоков выделения максимального и минимального значений сигналов усилия, а второй вход — к выходу формирователя напряжения вертикальной развертки теоретической динамограммы и к первому входу электрон н oro кл юча, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя импульса, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что,;ью расширения функциональных возможностей и повышения достоверности за счет определения и распознавания действующих циклов напряжений и характера изменения напряжения во времени, возникающих в точке подвеса штанг в условиях нагруженности колонны штанг, оно снабжено блоком вычисления напряжения штанг и распознавания действующих циклов напряжений, схемой сброса, блоком сравнения, таймером, первым элементом ИЛИ, первым регистром, первым, вторым и третьим триггерами, первым элементом задержки, реле и блоком умножения, причем выходы блоков выделения максимального и минимального значений сигналов усилия соответственно подключены к первому и второму входам блока вычисления, подключенного третьим ВхОдОм к Bblходу электронного ключа, второй вход которого подключен к четвертому входу блока вычисления, соединенного пятым входом с выходом второго формирователя импульса, выход датчика усилия подключен к шестому входу блока вычисления, седьмой вход которого подключен к первому выходу блока памяти, выход схемы сброса одновременНо подключен к установочному входу первого регистра, к первому установочному входу второго триггера и к восьмому входу блока вычисления, второй выход блока памяти подключен к первому входу блока сравнения, разрешающий вход которого подключен к восьмому выходу блока вычисления, седьмой выход которого одновременно подключен к информационному входу первого регистра и к второму входу блока сравнения, подключенного первым выходом к второму установочному входу первого триггера, выход которого подключен к седьмому входу блока индикации, восьмой и девятый входы последнего соответствечно подключены к выходам второго триггера и блока умножения, подключенного входом к выходу первого регистра, синхpokHblA вход которого одновременна подключен к второму установочному входу таймера, к второму входу первого элемента

ИЛИ, к второму выходу блока сравнения, к второму установочному входу второго триггера и к входу первого элемента задержки, выход которого подключен к разрешающему входу блока умножения. девятый выход блока вычисления одновременно подключен к первому установочному входу первого триггера, к первому входу первого элемента

ИЛИ и к первому установочному входу таймера, выход которого подключен к второму установочному входу третьего триггера, первый установочный вход последнего подключен к выходу первого элемента ИЛИ, а выход — к входу реле, при этом с первого по шестой выходы блока вычисления подключены к одноименным входам блока индикации.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок вычисления напряжения штанг и распознавания действующих циклов напряжений выполнен в виде четвертого — девятого триггеров, первой — третьей схем деления, преобразователя код-напряжение, первого — шестого элементов И, второго-четвертого элементов задержки, счетчика, второго и третьего элементов

ИЛИ, схемы определения разности, схемы определения суммы, схемы сравнения второго регистра, квадратора, схемы перемножения, сумматора, схемы извлечения квадратного корня и преобразователя напряжение-код, причем первые вхоцы первой и второй схем деления соединены с первым и вторым входами блока Вычисления, разрешающий вход первой схемы деления одновременно подключен к второму установочному входу четвертого триггера, к разрешающему входу схемы сравнения, к входу третьего элемента задержки и соединен с четвертым входом блока вычисления, разрешающий вход второй схемы деления подключен к второму входу первого элемента И и соединен с пятым входом блока вычисления, подключенного седьмым Входом к входу преобразователя код-напряжение, выход которого одновременно подключен к вторым входам первой и второй схем деления, первыЙ и Biopovi ВМОды схемы сраВнения соединены соответственно с третьим и шестым Входами блока Bblчисления, восьмой вход которого одновременно подключен к первым входам второго и третьего элементов ИЛИ, к установочным входам пятого — девятого триггеров., преобразователя напряжение-код и второго регистра, синхронный вход которого подключен к выходу третьего элемента задержки, выход схемы сравнения подключен к информационному входу второго регистра, выход которого подключен к первому выходу блока Вычисления, выход второго элемента ИЛИ вЂ” к первому установочному входу четвертого триггера, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, подключенного выходом к входу второго элемента задержки, к второму входу второго элемента ИЛИ и к входу счетчика, выход которого подключен к второму входу третьего элемента ИЛИ, соединенного выходом с входом сброса счетчика и с девятым выходом блока вычисления, Bh!xone, второго элемента. задержки одновременно подключен к разрешающим входам схемы определения разности, схемы определения суммы, третьей схемы деления, квадратора, схемы пере5 множения, сумматора, схемы извлечения квадратного корня, преобразователя напряжение -код и к входу четвертого элемента задержки, выход которого подключен к восьмому выходу блока вычисления, выход

10 первой схемы деления одновременно подключен к первым выходам схемы определения разности, схемы определения суммы, третьей схемы деления, выход второй схемы деления одновременно подключен к вторым

"5 входам схемы определения разности, третьей схемы деления и схемы определения суммы, первый выход последней подключен к второму вхоу схемы перемножения, первый вход которой под20 ключен к первому выходу схемы определения разности и к входу квадратора, выход которого подключен к первому входу сумматора, подключенного вторым входом к выходу схемы перемножения, а выходом — к

25 входу схемы извлечения квадратного корня, выход которой подключен к входу преобразователя напряжения — код, выход последнего подключен к седьмому выходу блока вычисления, второй — шестой выходы схемы

30 определения разности соответственно подключены к первым входам второго — шестого элементов И, к вторым входам которых подключены второй — шестой выходы схемы определения суммы соответственно, 35 а K BbtXO+BM — CNHXpOHHblB BXO+bl пятого— девятого триггеров, при этом первый — пятый выходы третьей схемы деления соответственно подключены к информационным входам пятого — девятого тригге4С ров, выходы которых подключены к соответствующим выходам блока вычисления.

6-)

2т

З,р

Юсlг. Я КГ 10

1767225

1767225

К Выход мкелм У3 срг&ел м

Уиг 15 р (д iхo s) кВь

Рс г Q

z /1В oaqz с g Юыхо8яз з Кв y к уоа gz ктЗ г е

P-! — k --/5 1 П!»

oz- к лмт

ЯыХоЗ ахами 97 апре еле и 3 à/ЮЦ

1767225

)! л

) е<) Ю ) л)

) л

-) л

) 1I)Г

X ц :0

) 1

E )и jv л jl )) . ) и

=Т

) !

1!!

OQ (Г1

) -б

К

4 х л

)! л l !

1767225 (1 !

55

1767225

in 1

17б7225

4ЪГ Р4

Составитель С,Рождественский

Техред М,Моргентал, Корректор М.Петрова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, yn,Гагарина, 101

Заказ 3535 Тира>к Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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