Устройство для телединамометрирования глубинно-насосных скважин

 

Использование: в нефтедобыче для контроля режима работы насосов и колонны штанг. Сущность изобретения: устройство содержит датчик хода (1), формирователь (2), коммутатор (3). динамоскоп (4), датчик усилия (5), формирователи импульса (6, 12), ключ (7). блок вычисления напряжения штанг (8), блок индикации (9), блок выделения максимума (10), блок выделения мини- . мума (11), блок памяти (13), схему сброса

СОК)3 CU8f;1СКИХ

СОЦИАЛИС ГИ 1f:СКИХ

РЕСПУБЛИК (з1)з G 06 F 15/46

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

49иг.1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4879140/24 (22) 31.10,90 (46) 23.02.93. Бюл. ¹ 7 (71) Специальное конструкторское бюро

"Кибернетика" с опытным производством

Института кибернетики АН АЗССР (72) А.В.Федяшин, Ш.M.Oñìàíoâ и

В.Ф.Эфендиев (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 969968, кл. F 04 В 47/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1116216, кл. F 04 В 47/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕЛЕДИНАМОМЕТРИРОВАНИЯ ГЛУБИННОНАСОСНЫХ

СКВАЖИН

„„Я ) „„1797131 À1 (57) Использование: в нефтедобыче для контроля режима работы насосов и колонны штанг. Сущность изобретения: устройство содержит датчик хода (1). формирователь (2), коммутатор (3), динамоскоп (4), датчик усилия (5), формирователи импульса (6. 12), ключ (7), блок вычисления напряжения штанг (8). блок индикации (Q), блок выделения максимума (10), блок выделения мини.мума (11), блок памяти (13), схему сброса (14), блок сравнения (15), таймер (16), элемент ИЛИ (17), регистр (18), триггеры (1923), элемент задержки (24), блок умножения (25), реле (26). 1-2-3-4, 5 — 10(11) — 8-15 — 19-9, 1-2-7-8, 1-6-7, 6-8, 1-12-8, 13-8, 13-1516(17) — 23-26, 8 — 18 — 25 — 9, 15 — 19 — 9, 15 — 20 — 9, 1797131

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах контроля работы агрегатов нефтедобычи.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет контроля приведенного напряжения в насосных штангах.

Введенный в предлагаемое устройство блок вычисления напряжения штанг служит для вычисления приведенного напряжения (сопротивления усталости) по формуле

И,A,oäèíãà, определения степени асимметричности различных типовых циклов сопротивления усталости, а также значения расхождения, соответствующего фактической величине погружения насоса в жидкость..

Введенная в предлагаемое устройство схема сброса служит для установки, устройства в начальное состояние.

Введенный в предлагаемое устройство блок сравнения служит для сравнения полученного значения приведенного напряжения с его критическим значением.

Введенный в предлагаемое устройство таймер служит для выдержки заданного интервала времени останова глубиннонасосной установки (ГНУ), Введенный в предлагаемое устройство элемент ИЛИ служит для организации логической связи, устанавливающий пятый триггер в нулевое состояние.

Введенный в предлагаемое устройство регистр служит для хранения и выдачи фактического значения приведенного напряжения, Введенные в предлагаемое устройство четыре триггера служат для запоминания и выдачи сигнала соответственно на четыре входа блока индикации по полученным сигналам с второго и третьего выходов блока вычисления и с первого, второго, третьего и четвертого выходов блока сравнения.

Введенный в предлагаемое устройство пятый триггер служит для выработки команд включения и отключения реле.

Введенное в предлагаемое устройство реле служит для управления электродвигателем станка-качалки ГНУ.

Введенный в предлагаемое устройство элемент задержки служит для задержки временного интервала входного сигнала на время подачи информации с выхода блока умножения.

Введенный в предлагаемое устройство e. блок умножения служит для возведения в . третью степень значения приведенного напряжения, пропорционального частоте обрывов штанг..Введение в предлагаемое устройство блока вычисления напряжения штанг, схемы сброса, блока сравнения, элемент

ИЛИ, регистра, пяти триггеров, элемента задержки, блока умножения и реле, а также использование новых связей между блоками и элементами позволяют за счет контроля приведенного напряжения в насосных штангах в диапазоне критического его зна10 чения (при минимальном весе штанговой колонны) и по фактической величине погружения насоса в жидкость фиксировать правильный подбор наиболее прочной конструкции ступенчатой штанговой колонны, 15 определять частоту обрывов штанг пропорционально приведенному напряжению в . верхней штанге в третьей степени и коэффициент асимметрии цикла нагружения (изменение напряжения по времени).

20 На фиг.1 представлена блок-схема устройства телединамометрирования глубиннонасосных скважин; на фиг.2 — схема блока вычисления; на фиг,3 — временная развертка сигнала, получаемого на выходе датчика

25 хода; на фиг.4 — временная развертка сигналов, получаемых на выходе датчика усилия и формирователя напряжения вертикальной развертки теоретической динамограм-. мы; на фиг.5 — картина совмещения

30 теоретической динамограммы с телединамограммой на экране динамоскопа; на фиг,6 — различные виды циклов переменных напряжений и соответствующие им значения . коэффициентов асимметрии; на фиг.7 — схе35 ма сброса; на фиг.8 — схема элемента задержки; на фиг.9 — схема регистра .блока вычисления; на фиг.10 — схема сравнения блока вычисления; на фиг,11 — схема определения разности блока вычисления; на

40 фиг.12 — схема извлечения квадратного корня блока вычисления; на фиг.13 — третья схема деления блока вычисления; на фиг,14 — схема преобразователя код-напряжение блока вычисления; на фиг.15 — схема преоб45 .разователя напряжение-код блока вычисления; на фиг.16 — схема блока умножения; на фиг.17 — схема работы формирователя 6, На фиг,3 — 5 приняты следующие обозначения: Р— усилие; S —; t —; Т—

50 период работы глубинного насоса; Рф — фактическое значение нагрузки в момент t1; Pm — теоретическое значение нагрузки; Pmax— максимальное значение усилия; Pmi> — минимальное значение усилия; P(t) — сигнал, 55 получаемый на выходе датчика 5 усилия;

Р (t) — сигнал, получаемый на выходе форми, рователя 2 напряжения вертикальной развертки теоретической динамограммы; S(t)— сигнал, получаемый на выходе датчика 1 хода;

1797131

l — теоретическая динамограмма нормальной.работы насоса;

1(— практическая телединамограмма.

Устройство для телединамометрирования глубиннонасосных скважин (фиг.1) содержит датчик 1 хода, формирователь 2 напряжения вертикальной развертки теоретической динамограммы, коммутатор 3, динамоскоп 4, датчик 5 усилия, первый 6 и второй 12 формирователи импульса, электронный ключ 7, блок 8 вычисления, блок 9

10 индикации, блоки выделения максимального 10 и минимального 11 значений сигналов усилия, блок 13 памяти, схему 14 сброса, блок 15 сравнения, таймер 16, элемент ИЛИ 15

17, регистр 18, первый 19, второй 20, третий

21, четвертый.22 и пятый 23 триггеры, элемент 24 задержки, блок 25 умножения и реле 26.

Схема блока 8 вычисления напряжения

20 штан г (фиг.2) содержит триггер 27, преобразователь код-напряжение 28, элемент И 29, первый 30 и второй 31 элементы ИЛИ, первый 32, второй 33 и третий 34 элементы задержки, счетчик 35, первую 36, вторую.37 и третью 38 схемы деления, схему 39 определения разности, схему 40 перемножения, схему 41 извлечения квадратного корня, преобразователь 42 напряжение-код, схему

43 сравнения и регистр 44.

Схема 14 сброса (фиг.7) содержит 0триггер, резисторы А1,R2 и кнопочный переключатель Sl.

Элемент 24(32 — 34) задержки (фиг.8) со35 держит одноканальный мультивибратор

К155АГ1, резистор R и конденсатор С.

Регистр 44 (фиг.9) содержит четырехразрядный элемент памяти, выходы которого имеют три состояния, а входы снабжены логическими элементами разрешения записи.

Схема 43 сравнения (фиг.10) содержит два преобразователя аналог-код 1 и 2, цифровой компаратор 3 и элемент ИЛИ D1.

Схема 39 определения разности 45 (фиг.11) содержит узел вычитания двух сигналов (на конденсаторах С1 и С2, резисторах R1-R7, транзисторах VT1 и VT2), 50.Схема 41 извлечения квадратного корня (фиг,12) содержит операционные усилители (ОУ) 0А1, DA2, резисторы

R1,R2,R4,R6-R11, потенциометры КЗ,R5 и

DA1, 0А2, транзисторах VT1, VT2, таймере

001, резисторах R1-R7, конденсаторах С1, С2), компаратор (на элементах 0A3 — 0А7 и

01). диод VD1.

Третья схема 38 деления {фиг.13) содер- 55 жит двигатель аналогового сигнала {на ОУ

Преобразователь код-напряжение (ПКН) 28 {фиг.14) содержит восемь ключей

Кл.1 — Кл.8, матрицу двоична-взвешенных резисторов R1 R8, источник опорного напряжение Uon и ОУ с отрицательно обратной связью R9.

Схема преобразователя напряжениекод (ПНК) 42 (фиг.15) содержит делитель напряжения (на резисторах 81 Rá), узел сравнения, регистр и кодовый преобразователь, Блок 25 умножения (фиг,16) содержит генератор Г, ключ К, делитель частоты 041, 042, 043, триггер Т и счетчик результата CP.

Схема формирователя б импульса (фи.17) содержит источник опорного напряжения (А1, R1, Ч01, С1, А2, R2), компаратор (АЗ), элементы задержки {D3 и 04), генератор (01.1; D1.2, 01.3, 01.4, С2, R3), элемент

И-Н Е (02.1); счетчик (05,06), регистр (07,08), элемент сравнения (09,010).

Устройство работает следующим образом.

Задается количество рабочих циклов качаний глубиннонасосной скважины (КЦ: =. и) и время останова устройства (например, Тост. = 1 ч}. Время останова {To T,) необходимо, чтобы уровень жидкости, подаваемой пластом, восстановился в затрубном пространстве. Подсчет выдержки времени останова осуществляет таймер 16, а подсчет циклов качаний ГНС происходит в счетчике

35. При нажатии на кнопочный переключатель в схеме 14 сброса (фиг.7) на выходе последнего появляется сигнал логической

"1" (сигнал сброса), который поступает на устаночный вход регистра 18, на установочный вход четвертого триггера 22 и на восьмой вход аз блока 8 вычисления. Сигнал лог."1 с первого выхода b> блока 8 вычисления одновременно поступает на установочный вход первого 19, второго 20 и третьего

21 триггеров, на первый вход элемента ИЛИ

17 и на первый установочный вход таймера

16. Первый 19, второй 20, третий 21 и четвертый 22 триггеры устанавливаются в нулевое состояние, содержимое регистра 18 обнуляется, сигнал лог."0" с выхода таймера

16 и лог."1" с выхода элемента ИЛИ 17 устанавливают пятый триггер 23 в нулевое состояние, и сигнал лог."0" с его выхода подается на вход реле 26, контакты которого обесточиваются, и выключает электродвигатель станка-качалки (не показан), В отжатбм состоянии кнопочного переключателя в схеме 14 сброса (фиг,7) íà его выходе появляется и постоянно держится сигнал лог,"0".

Устройство подготовлено к работе, Начинается выдержка времени останова длительностью 1 ч. После выдержки таймером 16

179713.1

rr. ч

%пах Гта

25

35

50 времени TQQ7 1 ч сигнал лог."1" с его выхода подается на второй установочный вход пятого триггера 23, на первом установочном входе которого имеется сигнал лог,"0", с выхода элемента ИЛИ 17, Пятый триггер 23 переключается из нулевого состояния в единичное, ион 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 t> достижения сигнала хода максимальной величины (точка М на фиг,3), В момент времени t1 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 че рез электронный ключ 7, поступает на тре.тий вход аз блока 8 вычисления. На шестой вход аб блока 8 вычисления в этот момент поступает значение Рф с выхода датчика 5 усилия (фиг,1). В блоке 8 вычисления определяется расхождение теоретической Рп и фактической Рф нагрузок, которое указывает на разность столбов жидкости в затрубном пространстве. При этом, чем больше расхождечие между этими значениями, тем больше погружение насоса подуровень. Поскольку расхождение Рп Рф, Р < Рф определявтся в момент времени t>, т.е. в конце хода полированного штока вверх, когда вес жидкости в насосных трубах уменьшается на величину веса жидкости в затрубном пространстве, то значение расхождения будет соответствовать фактической величине погружения насоса в жидкость. Значение расхождениЯ Рп «Рф с втоРого выхода Ь2 блока

8 вычисления одновременно поступает на информационный вход первого 19, второго

20 и третьего 21 триггера. Значение расхождения Рпт<Рф с третьего выхода Ьз блока 8 вычисления поступает на информационный вход четвертого триггера 22. Значение расхождений Рш Рф и Pm< Рф показывает фактическую величину погружения насоса в жидкость в данный момент

Сигнал P(t), получаемый на выходе датчика 5 усилия (фиг,1), одновременно поступает на вход блока 10 выделения максимального значения сигнала усилия и на вход блока 11 выделения минимального значения сигнала усилия. В течение периода Т работы глубинного насоса на выходе блока 10 получают максимальное значение сигнала усилия Рпах, а на выходе блока 11— минимальное значение сигнала усилия Рmin, которые соответственно подаются на 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 сигнал, который поступает на пятый вход а5 блока 8 вычисления, При этом в блоке 8 вычисления вычисляется значение приведенного напряжения в точке подвеса колонны штанг по формуле где Опр — приведенное напряжение в точке подвеса штаны.;

Ф,ах — максимальное напряжение за цикл;

0 — напряжение в сечении штанги от амплитуды изменения нагрузки за цикл насоса, .

Амплитуда напряжения за цикл опреде-. ляется из амп

1шт где fe — площадь поперечного сечения вер- . хней штанги: дш 2, 2 дашт = — = 0,785 с1ш, 4

dnj — ди а метр штанги;

Рамп, — нагрузка от амплитуды,определяемая как

Pmsx Pmin

Рамп =

1

Рп,ах g Р,п1п соответственно максимальная и минимальная нагрузки, в верхнем сечении штанговой колонны.

Тогда о,—

Рамп Pmax — Pmln тшт 2 тшт

%пах Omin

Зная нагрузки, находят npvi ходе вверх

Ртах максимальное напряжение о,ах =, а тшт при ходе вниз — минимальное напряжение

Pmin

%Пап с шт

Следовательно, штанги за один цикл работы насоса подвергаются действию растягивающей нагрузки. Подставляя известные соотношения, получают

1797131

10 шт

1 5

Pmax Pmln шт Ртах

Значение дашт и критическое значение приведенного напряжения (one)<, для каждой скважины запоминается в блоке 13 па- 10 мяти. Значение fojT с первого выхода блока

13 памяти подается на седьмой вход ат блока 8 вычисления, Значение r = коэффициента асимOmln

omax метрии цикла нагружения с шестого выхода

bl; блока 8 вычисления подается на шестой вход блока 9 индикации, информируемого о законе изменения напряжения во времени (или о виде цикла напряжений). 20

Значение (от р)» с второго выхода блока

13 памяти подается на первый вход блока 15 сравнения, В ычисленное значение приведенного напряжения г7пр по формуле (1) с четверто- 25 го выхода Ь4 блока 8 вычисления одновременно поступает на информационный вход регистра 18 и на второй вход блока 15 сравнения. При наличии сигнала "1", поступающего с пятого выхода Ь5 блока 8 вычисления 30 на разрешающий вход блока 15 сравнения, в последнем происходит сравнивание значений приведенных напряжений междуполученным на четвертом выходе Ь4 блока 8 вычисления и поступающим с второго выхо- 35 да блока 13 памяти, При фиксировании условия опр 0,75(Одр)х на первом выходе блока 15 сравнения получается сигнал логической "1", который поступает на синхронный вход первого 40 триггера 19, При этом первый триггер 19 переключается в состояние, соответствующее сигналу, присутствующему на его информационном входе(Рпт Рф), и сигнал "1" с его выхода подается на первый вход блока 45

9 индикации и вызывает его срабатывание, Такая ситуация информирует о приемлемости одноступенчатой колонны штанг, При фиксировании условия 0,75 (onð)„пт р 0,9(с р)» на втором выходе 50 блока 15 сравнения получается сигнал лог."1", который поступает на синхронный вход второго триггера 20. При этом второй триггер 20 переключается в состояние, соответствующее сигналу, присутствующему 55 на его информационном входе (РП Рф), и сигнал "1" с его выхода подается на второй вход блока 9 индикации и вызывает его срабатывание, Такая ситуация информирует о приемлемости двухступенчатой колонны штанг.

При фиксировании условия 0 р> 0,9(a+< на третьем выходе блока 15 сравнения получается сигнал лог."1", который поступает на синхронный вход третьего триггера 21, При этом третий триггер 21 переключается в состояние, соответствующее сигналу, присутствующему на его информационном входе (Рп >Рф). и сигнал "1" с его выхода подается на третий вход блока 9 индикации и вызывает его срабатывание. Такая ситуация информирует о приемлемости трехступенчатой колонны штанг.

В том случае, когда в блоке 8 вычисления в течение выдержки заданного количества циклов (КЦ: = и) качаний блоком 15 сравнения будут задействованы его первый. второй, третий выходы (состояние: одноступенчатое, двухступенчатое, трехступенчтое}, то на первом выходе b> блока 8 вычисления появляется сигнал "1", который переведет первый t9, второй 20 и третий 21 триггеры в исходное нулевое состояние, переведет таймер 16 на выдержку времени останова Тост = 1 ч и переключит пятый триггер 23 из единичного состояния в нулевое.

Сигнал лог."0" с выхода пятого триггера 23 поступит на вход реле 26, и выключит электродвигатель станка-качалки. После выдержки таймером 16 времени останова Тт т = 1 ч вышеописанные действия возобновятся, При фиксировании условия ц-,р> { one)< на четвертом выходе блока 15 сравнения получается сигнал лог."1", который одновременно поступает на синхронный вход четвертого триггера 22,к входу элемента 24 задержки, синхровходу регистра 18, второму входу элемента ИЛИ 17 и второму установочному входу таймера 16. Четвертый триггер 22 переключается в состояние. соответствующее сигналу, присутствующему на его информационном входе (Р <Рф). Сигнал

"1" на выходе четвертого триггера 22 поступает на четвертый вход блока 9 индикации и вызывает его срабатывание. Такая ситуация информирует о подборе другого типоразмера станка-качалки, т.е, режим работы колонны штанг предаварийный (предварительно выбранный материал штанг не обеспечивает достаточной жесткости нижней части колонны штанг при ее работе), Вычисленное значение приведенного напряжения по формуле (1) запишется в регистр 18, далее подается на информационный вход блока 25 умножения, После появления информации на выходе регистра 18 с задержкой временного интервала сигнала на элементе 24 задержки сигнал лог,"1" с выхода

1797131

Как видно из фиг,1, сигнал S{t) с выхода 30

40

45. последнего поступает на разрешающий вход блока 25 умножения (фиг.16), и вычисляется приведенное напряжение в верхней штанге в третьей степени, т.е, l7np, пропорз циональной частоте обрывов штанг, и подается на пятый вход блока 9 индикации для исследования коррозион но-усталостной прочности материалов колонны насосных штанг. Сигнал лог,"1", поступивший на второй установочный вход таймера 16,переведет последний на выдержку времени останова, связанную с принятием соответствующих мер по предотвращению возможного предаварийного случая обрыва штанг

{нап РимеР, TpeM = 8 ч), На выхоДе таймеРа 16 появляется сигнал лог."О", а на первом установочном входе пятого триггера 23 имеется сигнал лог."1",. поступивший посредством элемента ИЛИ 17, Пятый триггер 23 переключается из единичного состояния в нулевое, и сигнал лог."О" с его выхода подается на вход реле 26, контакты которого обесточиваются и выключают электродвигатель станка-качалки, После истечения времени останова для принятия решения ремонтновосстановительных работ (TpaM = 8 ч) íà выходе таймера 16 появляется сигнал "1", и все вышеописанные процессы повторяются. датчика 1 хода поступает и на горизонтальный входдинамоскопа 4. Так как выходформирователя 2 напряжения вертикальной развертки теоретической динамограммы через коммутатор 3 подключен на вертикальный вход динамоскопа 4, то на экране динамоскопа 4 получают теоретическую динамограмму 1 нормальной работы насоса (фиг,5), Для совмещения теоретических и практических динамограмм выход датчика 5 усилия подключен на другой вход коммутатора 3, Коммутатор 3 с частотой 500 Гц подает сигнал P(t) и P {t) на вертикальный вход динамоскопа 4, Поэтому на экране динамоскопа 4 в течение заданного количества циклов качаний ГНУ получают теоретическую динамограмму 1, совмещенную с практической телединамограммой Н {фиг.5).

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

"Сброс" ) на восьмом входе а8 блока 8 вычисления регистр 44, преобразователь напряжение-код (П Н К) 42, триггер 27 (посредством первого элемента ИЛИ 30) и счетчик 35 циклов качания ГНУ (посредством второго элемента ИЛИ 31) устанавливаются в исходное состояние. Сигнал "1" с выхода второго элемента 31 ИЛИ подается на первый выход Ь1 блока 8 вычисления. При

15 снятии сигнала "Сброс" блок 8 вычисления подготовлен к работе. На первый и второй входы схемы 43 сравнения (фиг.10) поступают значения Рп. и Рф соответственно с третьего аз и шестого ае входов блока 8 вычисления. При наличии разрешающего сигнала, поступающего с четвертого входа а4 блока 8 вычисления, запускается в работу схема 43 сравнения и зафиксированное значение расхождения (Р>Рф, Р <Рф) с задержкой временного интервала входного сигнала на элементе 34 задержки (фиг,8) записывается в регистр 44 (фиг.9). Сигналы с первого и второго выходов регистра 44 соответственно поступают на второй Ьг и третий Ьз выходы блока 8 вычисления. На первые входы первой 36 и второй 37 схемы деления в качестве делимого с первого а>. и второго az входов блока 8 вычисления поступают значения Pmax u Pmln соответственно.

На седьмой вход ат блока 8 вычисления поступает двоичный код значения fUjT. На выходе преобразователя код-напряжение 28 (фиг.14) вырабатывается напряжение, пропорциональное входному двоичному числу значения fU >, и поступает на вторые входы первой 36 и второй 37 схем деления в качестве делителя, При прохождении сигнала максимального значения датчика 1 хода, соответствующего началу хода вниз полированного штока (фиг.3, точка М), импульс с четвертого входа а4 блока 8 вычисления подается на разрешающий вход первой схемы.

36 и на второй установочный вход триггера

27, Триггер 27 переключается из нулевого состояния в единичное, и сигнал "1" поступает на первый вход элемента И 29, На выходе первой схемы 36 деления получается

max

P значение о „, „= и одновременно по шт ступает в качестве делителя на первый вход третьей схемы 38 деления, в качестве множимого на первый вход схемы 40 перемножения и в качестве уменьшаемого на первый вход схемы 39 определения разности. Установкой триггера 27 в единичное состояние обеспечивается работа устройст. ва только с началом хода вверх полированного штока (фиг.4). Сигнал "1" с выхода триггера 27 поступает на первый вход элемента И 29. Далее при прохождении сигнала минимального значения датчика 1 хода, соответствующего началу хода вверх полированного штока (фиг.3, точка N), импульс с пятого входа аь блока 8 вычисления подается на разрешающий вход второй схемы 37 деления и на второй вход элемента И 29, На выходе второй схемы 37 деления получается

1797131

Pmin значение omin = - и одновременно по шт ступает в качестве делимого на второй вход третьей схемы 38 деления, в качестве вычитаемого на второй вход схемы 39 определения разности. На выходе элемента И 29 импульсы появляются каждый раз при прохождении сигналом датчика хода 1 сначала максимального, а затем минимального значения. Сигнал лог."1" с выхода элемента И

29 одновременно поступает на вход первого элемента 32 задержки, на информационный вход счетчика 35 и на второй вход nepeoro элемента ИЛИ 30. Содержимое счетчика 35 количества циклов ГНУ увеличивается на единицу, Выходным сигналом- лог,"1" первого элемента ИЛИ 30 триггер 27 переключается из единичного состояния в нулевое, и тем самым запрещается прохождение импульсов с элемента И 29. Первый элемент 32 задержки служит для задержки временного интервала входного сигнала, поступающего с выхода элемента И 29, и подачи его на разрешающие входы схем 38 — 42, результатом действий которых является вычисленное значение приведенного напряжения по формуле (1), которое поступает на четвертый выход Ь4 блока 8 вычисления и выдерживается в течение времени срабатывания блока 15 сравнения, регистра 18, таймера

16, элемента ИЛИ 17 и четвертого триггера

22. Второй элемент 33 задержки служит для задержки временного интервала входного сигнала, поступающего с выхода. первого элемента 32 задержки, и подачи. его на пятый выход Ь5 блока вычисления, разрешающего работу блока 15 сравнения, результат операции которого сохраняется в течение времени срабатывания таймера 16, элемента ИЛИ 17, регистра 18 и четвертого триггера 22, Наличие сигнала "1" на выходе первого элемента 32 задержки разрешит работу схем 38 — 42, На третьей схеме 38 деления (фиг.13) определяется коэффициент асим0min метричности цикла; r = (r=-1 — симметЯпах ричный цикл нагрузки; r = Π— пульсирующий цикл нагрузки; 0

-1(г(0 — асимметричный цикл нагрузки насосных штанг) и передается на шестой выход bs блока 8 вычисления. На выходе схемы 39 определения разности (фиг.11) получается значение амплитудного напряОптах dmin жения за цикл: та — и поступает на второй вход схемы 40 перемножения в качестве множителя. Вычисленное значе50

55 (сигнал сброса) и подается на выход схемы

14 сброса. В отжатом состоянии кнопочного переключателя S1 на выходе схемы 14 сброса присутствует сигнал лог."О". . Работа элементов задержки 24,32 —.34 (фиг.8) заключается е следующем. Момент окончания импульса формируется с помощью RC-звена и подсчитывается по формуле тах = С R !п2 =0,7 С R.

Регистр 44 на элементе К155 ИР15 (фиг.9) работает следующим образом, Разрешение на прием параллельных данных от входов 01 — D4 дается по входам управления

Е21, Е22. Загрузка произойдет синхронно с ние {(гатах 0a) с выхода схемы 40 перемножения поступает на вход схемы 41 извлечения квадратного корня (фиг,12) в качестве подкоренного числа. Одновременное значе5 ние и уведенного .напряжения сдпр = om» с выхода схемы 41 извлечения квадратного корня поступает на вход преобразователя 42 напряжение-код (фиг,15), Двоичный код эквивалентного зна1Î чения напряжения с выхода схемы 42 преобразователя напряжение-код поступает на четвертый выход Ь4 блока 8 вычисления.

Каждый раз при прохождении сигнала максимального значения датчика 1 хода, со15 ответствующего началу хода вниз полированного штока (точка М, фиг.3), импульс с четвертого входа а4 блока 8 вычисления будет устанавливать в единичное состояние триггер 27, а при прохождении сигнала ми20 нимального значения датчика 1 хода, соответствующего началу хода вверх полированного штока (точка N, фиг.3), т.e, s конце периода времени Т (фиг.4). импульс с выхода элемента И 29 посредством первого

25 элемента 30 ИЛИ переключит триггер 27 в нулевое состояние, а счетчиком 35 осуществляется подсчет числа циклов качания ГНУ.

Как только в счетчике 35 число импульсое станет равным заданном (КЦ: = ri) количест30 еу циклов качаний ГНУ, сигнал лог."1" с выхода счетчика 35 поступит на второй вход второго элемента ИЛИ 31, Сигнал лог."1" с выхода элемента ИЛИ 31 поступает на пер- . вый выход b> блока 8 вычисления и на вход

35 сброса счетчика 35, Счетчик 35 обнуляется, и на первом выходе b> блока 8 вычисления . появляется сигнал лог."О". После истечения .заданного времени Трет = 1 ч на выходе таймера 16 появляется сигнал лог."1", и все

40 вышеописанные процессы, связанные с работой блока 8 вычисления, повторяются, Схема 14 сброса (фиг.7) работает следующим образом. При каждом нажатии на кнопочный переключатель S1 на прямом еы45 ходе D-триггера формируется сигнал лог,"1"

1797131

15 следующим образом. Параллельные ряды

ОУ преобразователей 1 и 2содержат восемь 10 датчика 5 усилия питается напряжением 15

36В, промышленной частоты 50 Гц, величина минимального и максимального выходного напряжения датчика усилия меняется

25 увеличении входного сигнала поочередно 30

40 положительным перепадом тактового импульса, если на обоих входах Е21, Е22 присутствуют напряжения низкого уровня, Напряжения на входах Е21, Е22, 01-04 ко времени прихода положительного перепада тактового импульса должны быть зафиксированы.

Схема 43 сравнения (фиг.10) работает резистивных делителей (дискретность значения выбрана 2В, 5В, 108, 15В, 20В, 25В, 28В и может быть увеличена при необходимости повышения точности, так как сигнал в диапазоне от 2 — ЗВ до 25-30B), Все ОУ преобразователей 1 и 2 простробировайы одновременно разрешающим сигналом, поступающим с четвертого а4 входа блока 8 вычисления, При наличии разрешающего сигнала и при нулевом входном сигнале на первом и втором входах схемы 43 сравнения, на выходах преобразователей 1 и 2 будут установлены напряжения лог."0". Когда входное напряжение достигнет 2В, переключаются OY А8, При дальнейшем включаются ОУ А7-А1 соответственно, и на выходе преобразователя 1 и 2 будет установлено напряжение лог."1", отражающее информацию о мгновенном значении входного сигнала Р и Рф соответственно. Далее эти кодовые значения подаются на входы цифрового компаратора 3. Так как задействованы входы A>B, A=8, AВ", "А=В" и "А<В", на выходе компаратора 3. Сигнал лаг."1", полученный на выходе кампаратора

3, фиксирует значение (Prg>Py), (Рщ=Рф) и (Р<Рф). соответственно. В качестве преобразователей 1 и 2 использованы компараторы общего применения 521СА2, 521СА5, в качестве цифрового компаратора 3-микросхемы К564ИП2, в качестве элемента ИЛИ

01-микросхема К564ЛЕ5.

Схема 39 определения разности (фиг.11) работает следующим образом. На оба входа подаются сигналы одинаковой частоты. Для настройки схемы необходимо подать на оба входа один и тот же сигнал, тогда на коллекторе транзистора VT2 должен быть нулевой сигнал, В противном случае следует изменить сопротивление резистора R6, Схема 41 извлечения квадратного корня (фиг.12) работает следующим образом. Извлечение корня иэ входного сигнала осуще45

55 ствляется за счет сравнения двух сигналов; входного сигнала и сигнала выхода ОУ 0А1.

На выходе ОА1 формируется квадратичный сигнал. Квадрат напряжения на выходе DA1 образуется за счет нелинейности обратной связи, напряжение которой снимается с диода VD1. Вольт-амперная характеристика диода не является идеально квадратичной, Регулировка формы характеристики схемы на ОУ DA1 под "квадратичность" осуществляется потенциометрами R3 и R5.

Работа третьей схемы 38 деления (фиг.13) осуществляется следующим обраэом. Входное напряжение (вход 2) поступает на ОУ 0А1, который управляет проводимостью полевого транзистора VT1.

От проводимости зависит частота колебаний выходного сигнала генератора на таймере 001. Входное напряжение таймера

D01 изменяется от 5 до 10 B. Когда это выходное напряжение будет высокого уровня, транзистор VT2 открывается и соединяет с общим проводом неинвертирующий вход ОУ DA2, На выходе появляется напря-, жение, равное напряжению деления, но с отрицательным знаком. При низком уровне выходного напряжения деления таймера транзистор VT2 закрыт и выходное напряжение равно напряжению деления с положительным знаком. Далее к входу компаратара )ЗАЗ вЂ” FA7 прикладывается аналоговый сигнал с выхода ОУ 0А2, а на выходе формируется сигнал дискретного вида, который падается на логические элементы

D1.

Схема преобразователя код-напряжение (ПКН) 28 (фиг.14) работает следующим образом. Двоичный код N=Co.„Ñ7 значения тшт подается на вход ПКН 28 с седьмого входа а7 блока 8 вычисления. Каждый разряд управляет ключом Кл, который подключается к источнику опорного напряжения

0оп, когда С=1, или к общей шине, кода С=О, Сопротивление резисторов R1...RB, соединенных с ключами таковы, что обеспечивается пропорциональность протекающего в них тока двоичному весу соответствующего разряда входного кода, Сопротивление резистора в старшем разряде равно R1=2 R, сопротивление следующего разряда Rz - 2 R и т,д. до сопротивления резистора младшего разряда значения Йэ = 2 R, С помощью

7 .

ОУ суммируются токи, протекающие через двоична-взвешенные сопротивления

Ri.. Rs, для получения аналогового выходного сигнала, пропорционального цифровому коду.

Схема преобразователя напряжениекод (ПНК) 42 (фиг,15) работает следующим образом, При поступлении входного сигна18

1797131

15

25

35

50 ла осуществляется выбор дискретного значения на всем интервале изменения преобразуемого напряжения. При наличии разрешающего сигнала. поступающего на узел сравнения, срабатывает тот элемент (их восемь), на которые подаются U», 0эz,...,Î â, так как всегда Оээ> Оэ7>...>0э1.

Выходные сигналы узла сравнения устанавливают в единичное состояние соответствующие элементы регистра (предварительно все элементы регистра устанавливаются в

"0" в момент подачи синала "Сброс" ). В регистре образуется число, пропорциональное эталонному (номинальному) напряжению. в виде единичного позиционного кода. Кодовым преобразователем выполняется операция преобразования единичного позиционного кода в параллельный двоичный код. и подаваемый на четвертый выход b4 блока 8 вычисления.

Работа блока 25 умножения (фиг.16) осуществляется следующим образом. Возводимое в куб число А подается в двоичном коде на вход блока 25 (Вх.А), а команда на выполнение возведения в степень подается íà его разрешающий вход (Вх.У). В исходном состоянии триггер Т находится в единичном состоянии и ключом К не пропускает импульсы с выхода генератора Г на входы Д41, Д42 и Д43. Коэффициенты деления Д41 Д42 и Д43 равны соответственно А, А и А, поскольку именно такие числа заданы на Вх.А, Подача импульса íà Вх.У. приводит к переключению триггера Т в нулевое состояние, поэтому импульсы с выхода генератора Г одновременно поступают на входы Д41, Д42 и Д43; Импульс с выхода Д43 переключает триггер Т в исходное состояние, и процесс умножения прекращается. Счетчик СР регистрирует результат возведения в куб и подается на выход блока 25 умножения.

Работа пеового 6 и второго 12 формирователей заключается в. следующем. Сигнал датчика 1 хода представляет собой постоянное напряжение положительной полярности, изменяющееся от максимума до нуля в зависимости от угла поворота ротора датчика и соответственно QT балансира станка-качалки, с которым он кинематически связан.

В верхнем (нижнем) положении балансира входной сигнал датчика 1 хода максимален (минимален). Задачей схем формирователей

6 и 12 импульсов является формирование потенциального сигнала уровня лог."1" в

Формула изобретения

1.Устройство для телединамометрирования глубинно-насосных скважин, содержамомент достижения сигнала хода максимальной и минимальной величины соответственно (фиг.З), т.е, определения середины максимального и минимального значений сигнала хода. На фиг,17 представлена схема формирователя 6. а схема формирователя 12 отличается от схемы формирователя 6 по величине источника опорного напряжения. Схема формирователя 6 по фиг.17 содержит источник опорного напряжения (А1, R1, V01, С1, А2, Р2), компаратор (АЗ), элементы задержки (03 и 04), генератор (01.1, 01.2, 01.3, 01.4, С2, RÇ), элемент И-HE (02.1), счетчик (05,06) ° регистр (07,08). элемент сравнения (9, 010). Измеряемое напряжение 0х датчика 1 хода подается на вход компаратора А3. При превышении входным напряжением некоторого напряжения, устанавливаемого при помощи. регулйруемого потенциометра R2 источника опорного напряжения,на выходе компаратора АЗ устанавливается напряжение высокого уровня, которое сохраняется до тех пор, пока входное напряжение остается больше заданного входного уровня, а затем вновь переключается на низкий уровень.

Таким образом, на выходе компаратора АЗ в каждом периоде измеряемого напряжения появляется импульс высокого уровня напряжения такой длительности, в течение которой измеряемое напряжение превышает заданное напряжение. Этот импульс поступает на вход элемента 03 задержки и на вход элемента И-НЕ 021, на другой вход которого поступают импульсы образцовой частоты генератора. которые подсчитываются счетчиками 06 и 07, далее записываются в регисты 07 и 08 по синхросигналу, поступающему с выхода элемента задержки

03. В регистрах 07 и 08 находится значение количества отсчитываемых импульсов, делимых на два, т.е. значение момента середины максимального значения сигнала хода. Как только элементами сравнения 09 и 010 будет зафиксировано равенство, то это означает момент прохождения хода станка-качалки вниз и перехода входного сигнала через максимум. В этом случае через определенное-время, задаваемое элементом 04, происходит сброс показания счетчика импульсов 05, 06, анулируется содержимое регистра 07, 08, Схема вновь готова к следующему циклу работы, щее блок индикации, датчик хода, выход которого соединен с входами первого и второго формирователей импульса, с входом

1797131

20 формирователя напряжения вертикальной развертки, теоретической динамограммы и с горизонтальным входом динамоскопа, датчик усилия, выход которого соединен с входами блока выделения максимума и блока выделения минимума, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым информационными входами блока вычисления напряжения штанг, выход формирователя напряжения вертикальной развертки теоретической динамограммы со единен с первым входом коммутатбра и через ключ с третьим информационным входом блока вычисления напряжения штанг, выход первого формирователя импульса синхронизирующим входом блока вычисления напряжения штанг, второй синхронизирующий вход которого соединен с выходом второго формирователя импульса. выход датчика усилия соединен с вторым входом коммутатора и с четвертым информационным входом блока вычисления напряжения штанг, выход коммутатора соединен с вертикальным входом динамоскопа, пятый информационный вход блока вычисления напряжения штанг подключен к первому выходу блока памяти, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет контроля приведенного напряжения в насосных штангах, в него введены блок сравнения, таймер, элемент ИЛИ, регистр, пять триггеров, элемент задержки, блок умножения и реле, при этом первый информационный выход блока вычисления напряжения штанг соединен с первым установочным входом таймера, нулевыми входами первого, второго и третьего триггера и первым входом элемента ИЛИ, второй информационный выход соединен с единичными входами первого, второго и третьего триггеров, третий информационный выход соединен с единичным входом четвертого триггера, четвертый информационный выход с первым информационным входом блока сравнения и с информационным входом регистра, пятый информационный выход с первым информационным входом блока индикации, а синхронизирующий выход блока вычисления напряжения штанг с разрешающим входом блока сравнения, второй информационный вход которого соединен с вторым выходом блока памяти, шина установки в исходное состояние соединена с обнуляющим входом блока вычисления напряжения штанг, с нулевым входом четвертого триггера и с обнуляющим входом регистра, первый, второй, третий выходы блока сравнения соединены с синхронизирующими входами соответственно первого, второго, третьего триггеров, четвертый выход блока сравнения соединен с синхронизирующими входами четвертого триггера и регистра, с вторым входом элемента ИЛИ, с вторым установочным входом таймера и через элемент задержки с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом регистра. а выход — с вторым входом блока индикации, выходы таймера и элемента ИЛИ соединены соответственно с единичным и нулевым входами пятого триггера, выход которого соединен с входом реле, выходы первого, второго, третьего и четвертого реле соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым и шестым входами блока индикации.

2, Устройство поп.1, отли ч а ю ще ес я тем, что блок вычисления-напряжения штанг содержит триггер, преобразователь код-напряжение, элемент И, первый и второй элементы ИЛИ, первый, второй и третий элементы задержки, счетчик, первый, второй и третий блоки деления, блок определения разности, блок умножения, блок извлечения квадратного корня, преобразователь напряжение-код, блок сравнения и регистр, причем первый вход первого блока деления является первым информационным входом блока вычисления, первый вход второго блока деления является вторым информационным входом блока вычисления, разрешающий вход первого блока деления, соединенный с единичным входом триггера, . с разрешающим входом блока сравнения, с входом третьего элемента задержки, является первым синхронизирующим входом блока вычисления, разрешающий вход второго блока деления, соединенный с первым . входом элемента И, является вторым синхронизирующим входом блока вычисления, пятый информационный вход которого подключен к информационному входу преобразователя код-напряжение, выход которого подключен к вторым входам первого и второго блоков деления, первый и второй входы блока сравнения являются соответственно третьим и четвертым информационными входами блока вычисления, вход обнуления которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, к первому входу второго элемента ИЛИ, к установочному входу преобразователя напряжение-код, к установочному входу регистра, синхронизирующий вход которого подключен к выходу третьего элемента задержки, выход блока сравнения подключен к информационному входу регистра, первый и второй выход которого соответственно подключены к второму и к третьему информационным выходам блока вычисления, выход первого элемента ИЛИ

1,797131

22 подключен к нулевому входу триггера, вы: ход которого подключен к второму входу элемента И, выход которого подключен к входу первого элемента задержки, к второму входу первого элемента ИЛИ и к информационному входу счетчика, выход которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ; выход которого подключен к входу сброса счетчика и является первым информационным выходом блока вычисления, вы-, ход первого элемента задержки подключен к разрешающим входам третьего блока деления, блока определения разности, блока умножения, блока извлечения квадратного корня, преобразователя напряжение-код и к входу второго элемента задержки, выход которого является синхронизирующим выходом блока вычисления, выход первого . блока деления подключен к первым информационным входам третьего блока деления блока определения разности, блока умножения, выход второго блока деления подключен к вторым информационным входам третьего блока деления и блока определения разности, выход которого подключен к второму информационному входу блока умножения, выход которого подключен к входу блока извлечения квадратного корня, выход которого подключен к входу преобразователя напряжение-код, выход которого является четвертым информационным выходом блока вычисления, выход третьего блока деления является пятым информационным выходом блока вычисления, 1797131

37" 755АГ7

1797131 л9ти

УХА 1

/797.131

Ъ (Фиг. 17

И (a

uziO

)797)>1

ФигЮ

1797131

Составитель А. Фвдятин

Техред Ы.Моргентал Корректор М.Демчик

Редактор Т.Шагова,Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 655 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5