Устройство для автоматического управления глубинно-насосной установкой малодебитных нефтяных скважин

 

Использование: для добычи нефти из малодебитных нефтяных скважин. Сущность изобретения: устройство содержит датчик усилия привода насоса, формирователь импульсов реверса привода насоса, управляемый инвертор, интегратор, блок памяти, регулятор скорости движения привода насоса. Датчик усилия выполнен частотным или аналоговым, формирователь импульсов реверса привода насоса выполнен в виде, например, микропереключателей, расположенных в верхней и нижней точках перемещения штанги привода насоса. Интегратор выполнен, например, в виде операционного усилителя или счетчика импульсов. Регулятор скорости движения привода может быть выполнен в виде частотного регулятора с возможностью определения скорости, соответствующей величине затраченной работы. 3 ил.

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для повышения эффективности добычи нефти из малодебитных нефтяных скважин.

Уровень техники заключается в следующем. Известно устройство для автоматического управления глубинно-насосной установкой малодебитных нефтяных скважин, содержащее датчик усилий привода насоса, формирователь импульсов реверса привода насоса, блок памяти, блок для измерения полупериодов рабочего цикла насоса и блок для отключения привода насоса при превышении отношения указанных полупериодов относительно заданной величины [1] Известно также устройство для автоматического управления глубинно-насосной установкой малодебитных нефтяных скважин, являющееся наиболее близким к заявляемому [2] Известное устройство (прототип) содержит датчик усилий привода насоса, формирователь импульсов реверса привода насоса, блок памяти, блок для измерения полупериодов рабочего цикла насоса, блок для проверки достоверности снижения возможного уровня нефти в затрубном пространстве, а также блок для включения и отключения привода насоса.

Причина, препятствующая получению в прототипе требуемого технического результата, заключается в том, что для регулирования уровня нефти в затрубном пространстве об указанном уровне судят по отношению длительностей импульсов датчика усилий привода, что дает, как известно, значительную погрешность. С целью снижения этой погрешности в прототипе используют упомянутый блок для проверки достоверности. Это, однако, усложняет конструкцию, а достоверность повышается незначительно.

Изобретение направлено на повышение точности регулирования уровня нефти в затрубном пространстве.

Технический результат заключается в том, что уровень нефти в затрубном пространстве регулируют путем автоматического поддержания величины работы насоса на заданном уровне.

Данный технический результат достигается тем, что устройство для автоматического управления глубинно-насосной установкой малодебетных нефтяных скважин, содержащее датчик усилий привода насоса, формирователь импульсов реверса привода насоса и систему регулирования уровня нефти в затрубном пространстве, включающую управляемый блок памяти, согласно изобретению система регулирования уровня нефти в затрубном пространстве выполнена в виде системы стабилизации работы, затрачиваемой приводом за цикл, и снабжена управляемым инвертором, управляемым интегратором и регулятором скорости привода, выполненным с возможностью определения скорости, соответствующей величине затраченной работы, причем вход регулятора скорости соединен с выходом блока памяти, информационный вход которого соединен с выходом интегратора, информационный вход интегратора соединен с выходом инвертора, а информационный вход последнего подключен к выходу датчика усилия привода насоса, при этом управляющие входы инвертора, интегратора и блока памяти соединены с выходами формирователя импульсов реверса привода насоса.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - сигнал на выходе датчика усилий; на фиг. 3 сигнал на выходе интегратора.

Устройство содержит датчик 1 усилия привода насоса, формирователь 2 импульсов реверса привода насоса, управляемый инвертор 3, интегратор 4, блок 5 памяти, регулятор 6 скорости движения привода насоса. Кроме того, на фиг 1 буквами "D" и "C" обозначены соответственно информационные и управляющие входы соответствующих блоков, на фиг. 2 обозначено: Up(t) сигнал датчика усилия, T длительность одного периода работы глубинного насоса, A работа насоса (A Up(t) dt).

Датчик 1 выполнен частотным или аналоговым (тензометрическим). Формирователь 2 импульсов реверса привода насоса выполнен в виде, например, микропереключателей, расположенных в верхней и нижней точках перемещения штанги привода насоса, и вырабатывает два импульса, первый при нахождении канатной подвески штанги в крайнем нижнем положении, второй при нахождении канатной подвески в крайнем верхнем положении, сигналы с выхода формирователя 2 поступают на второй вход инвертора 3, предназначенного для изменения полярность сигналов. Интегратор 4 выполнен, например, в виде или операционного усилителя или счетчика импульсов, в последнем случае датчик 1 усилия должен быть частотным или содержать преобразователь напряжение-частота. Регулятор 6 скорости движения привода может быть выполнен в виде частотного регулятора асинхронного короткозамкнутого двигателя. Привод насоса состоит из двигателя с редуктором, преобразователя вращательного движения в возвратно-поступательное и штанги, соединенной одним концом с данным преобразователем посредством канатной подвески; другим с поршнем насоса (насос и его привод не показаны на прилагаемых фиг.).

Действие устройства заключается в следующем. В исходном состоянии привода (первое крайнее положение штанги) в момент времени to начинается прямой ход штанги привода насоса. При этом сигнал Up(t), пропорциональный усилию привода (фиг. 2), поступает с выхода датчика 1 на информационный вход D инвертора 3. В этот же момент времени to с одного выхода формирователя 2 поступает импульс на управляющие входы C4 и C5 интегратора 4 и блока памяти 5. Данный импульс сначала (по входу C5) обеспечивает запись в блок 5 памяти выходного сигнала интегратора 4, а затем (по входу C4) обнуляет интегратор 4. Сигнал с другого выхода формирователя 2 по входу C3 устанавливает инвертор 3 в неинвертируемое состояние. По этой причине сигнал с выхода датчика 1 проходит на вход D4 интегратора 4 без изменения знака, в результате чего осуществляется его прямое интегрирование в течение полупериода t0 t1 (фиг. 3). В момент времени t1, когда штанга привода достигает другого крайнего положения, формирователь 2 вырабатывает соответствующий импульс, который по входу C3 переключает инвертор 3 в противоположное (инверсное) состояние, в котором проходящий с выхода датчика 1 сигнал инвертируется и в таком инверсном виде подается на вход интегратора 4. В результате этого в течение полупериода t1 t2, т.е. в полупериод обратного движения штанги, интегратор 4 работает в противоположном направлении. По этой причине сигнал A2 на выходе интегратора 4, накапливаемый в течение второго полупериода t1 t2, вычитается из того сигнала A1, который был накоплен интегратором в течение первого полупериода t0 t1. В конце периода T, т.е. в момент времени t2, на выходе интегратора 4 будет сигнал A1 - A2, отражающий проделанную насосом за период T работу по выкачиванию жидкости. В этот же момент времени t2 формирователь 2 вновь вырабатывает импульс, который по входу C5 обеспечивает запись в блок 5 памяти результирующего сигнала с выхода интегратора 4, затем по входу C4 обнуляет интегратор 4, переключает инвертор 3 в прежнее, т. е. неинвертируемое состояние. И цикл далее повторяется. В течение следующего цикла хода штанги насоса запомненный в блоке 5 памяти сигнал не изменяется и с выхода блока 5 памяти поступает на вход регулятора 6 в качестве информационного сигнала, определяющего скорость работы насоса.

Таким образом, скорость работы глубинного насоса регулируется так, что величина этой работы в течение цикла поддерживается постоянной, что с достаточной точностью и надежностью обеспечивает постоянство уровня нефти в затрубном пространстве глубинно-насосной установки, так как заполнение насоса определяется этим уровнем.

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления глубинно-насосной установкой малодебитных нефтяных скважин, содержащее датчик усилия привода насоса, формирователь импульсов реверса привода насоса и систему регулирования уровня нефти в затрубном пространстве, включающую управляемый блок памяти, отличающееся тем, что система регулирования уровня нефти в затрубном пространстве выполнена в виде системы стабилизации работы, затрачиваемой приводом за цикл, и снабжена управляемым инвертором, управляемым интегратором и регулятором скорости привода, выполненным с возможностью определения скорости, соответствующей величине затраченной работы, причем вход регулятора скорости соединен с выходом блока памяти, информационный вход которого соединен с выходом интегратора, информационный вход интегратора соединен с выходом инвертора, а информационный вход последнего подключен к выходу датчика усилия привода насоса, при этом управляющие входы инвертора, интегратора и блока памяти соединены с выходами формирователя импульсов реверса привода насоса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3