Устройство для контроля технического состояния штанговых глубинных насосов

 

Назначение: изобретение предназначено для контроля технического состояния штанговых глубинных насосов, а также может быть использовано для изменения уровня жидкости в скважинах методом акустической локации. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно включенные пьезокерамический преобразователь, выполняющий роль чувствительного элемента, подавитель сетевых наводок, фильтр с регулируемой полосой пропускания по верхним и нижним частотам, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, индикаторное устройство и блок управления. Выход последнего подключен ко вторым входам блока памяти и индикаторного устройства, а вход блока управления подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя. Применение аналого-цифрового преобразователя, блока памяти, блока управления и индикаторного устройства, а также фильтра с регулируемой полосой пропускания по верхним и нижним частотам позволяет расширить функциональные возможности и повысить качество контроля штанговых глубинных насосов. 1 ил.

Изобретение относится к области контроля штанговых глубинных насосов (ШГН), а также может быть использовано для измерения уровня жидкости в скважине акустическим методом.

Известны устройства контроля технического состояния ШГН, например, индикатор контроля глубинных насосов [1] основанный на регистрации динамических механических нагрузок в процессе работы скважинной штанговой глубинно-насосной установки (УСШГН), содержащий датчик тензометрического типа и регистрирующий механический прибор.

Недостатками этого устройства являются низкая оперативность контроля, связанная с необходимостью проведения подготовительных работ, и низкое качество контроля, обусловленное ограниченной разрешающей способностью при регистрации динамической нагрузки на фоне существенно превышающей ее статической нагрузки в подвижной части УСШГН.

В результате в ряде случаев динамограммы соответствуют нормальному режиму работы ШГН, а его производительность при этом существенно ниже расчетного значения. Недостоверные результаты контроля в указанных случаях обусловлены тем обстоятельством, что в известном устройстве с применением датчиков тензометрического типа производится регистрация процесса изменения механических нагрузок при работе УСШГН, а не контроль работы гидравлической системы насос пласт, определяющий процесс нефтедобычи.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для измерения уровня жидкости в скважине [2] которое также может быть использовано и для диагностики скважинного оборудования, содержащее генератор акустических сигналов, пьезокерамический преобразователь, лентопротяжный механизм, калибратор времени и последовательно соединенные фильтр нижних частот, усилитель и регистрирующий узел, ко второму входу которого подключен лентопротяжный механизм, причем выход калибратора подключен к входу усилителя.

Недостатком известного устройства является ограниченная функциональная возможность, в частности отсутствие выхода для компьютерной обработки информации, которую оно регистрирует в виде эхограмм на термочувствительной бумаге.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей устройства и повышение качества контроля.

Достигается это тем, что регистрирующий узел выполнен в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и блока памяти, выход которого подключен к входу индикаторного устройства, причем выход АЦП дополнительно подключен к входу блока управления, выход которого подключен к входам блока памяти и индикаторного устройства, а фильтр выполнен с регулируемой полосой пропускания по верхним и нижним частотам.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает следующее. АЦП, блок памяти, индикаторное устройство, блок управления м фильтр с регулируемой полосой пропускания частот являются известными элементами схемотехнических устройств.

Однако применение указанных устройств в соответствии с приведенными функциональными связями, а также с учетом регулируемой полосы пропускания частот в приемном тракте акустических сигналов, позволяет повысить возможности контроля технического состояния ШГН.

В частности, применение АЦП и блока памяти позволяет осуществить компьютерную обработку записанной в блоке памяти информации о техническом состоянии определенного количества ШГН, например, 50.

Применение фильтра с регулируемой полосой пропускания по верхним и нижним частотам позволяет повысить разрешающую способность контроля за счет локализации контролируемых параметров УСШГН в выбранном частотном диапазоне, так как локализация контроля приводит к существенному снижению взаимного влияния сигналов, создаваемых работой различных узлов и механизмов УСШГН.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является прямой контроль работы гидравлической системы насос-пласт, что повышает достоверность контроля и позволяет определить причины снижения производительности ШГН.

Совокупность указанных факторов позволяет расширить функциональные возможности и повысить качество контроля технического состояния ШГН.

Изложенное свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

На чертеже приведена структурная схема устройства для контроля технического состояния ШГН.

На схеме последовательно соединенные пьезокерамический преобразователь 1, подавитель сетевых наводок 2, фильтр 3 с регулируемой полосой пропускания по верхним и нижним частотам, аналого-цифровой преобразователь 5, блок памяти 6, индикаторное устройство 7, а также блок управления 8.

Выход АЦП 5 дополнительно подключен к входу блока управления 8, выход которого подключен ко вторым входам блока памяти 6 и индикаторного устройства 7.

Конструктивно пьезокерамический преобразователь 1 выполнен в виде отдельного узла, в котором имеется резьбовое соединение для подключения к патрубку на устье скважины. Кроме того, узел снабжен электрическим разъемом для подключения кабеля, при помощи которого пьезокерамический преобразователь 1 соединяют с входом вторичного регистрирующего прибора, содержащего последовательно соединенные подавитель сетевых наводок 2, фильтр с регулируемой полосой пропускания частот 3, усилитель 4, АЦП 5, блок памяти 6, индикаторное устройство 7, а также блок управления 8.

Вторичный прибор снабжен также дополнительным разъемом для подключения выхода блока памяти 6 к компьютеру. Кроме того, во вторичном приборе устанавливают автономный внутренний источник питания, подключенный к блоку памяти 6.

Устройство работает следующим образом.

Для проведения контроля технического состояния ШГН узел преобразователя 1 соединяют с патрубком для эхолотирования на устье скважины, а выход преобразователя 1 подключают через соединительный кабель ко входу вторичного прибора. УСШГН при этом не останавливают.

Вторичный прибор работает в трех режимах: режиме контроля, режиме регистрации и в режиме вывода информации. Режим работы устанавливают в блоке управления, например, с помощью переключателя.

В режиме контроля технического состояния ШГН перепады давления, вызванные работой насоса, через столб жидкости и газовый столб в затрубном пространстве скважины воздействуют на обкладки преобразователя 1, сообщающегося через патрубок для эхолотирования с затрубным пространством скважины.

При этом на выходе преобразователя 1 образуются переменные электрические сигналы, которые через подавитель сетевых наводок 2, выполненный, например, в виде двойного T-образного моста, поступают на вход фильтра 3. С выхода фильтра 3 электрические сигналы поступают на вход усилителя 4, который усиливает их до уровня, необходимого для нормальной работы АЦП 5. Усиленные сигналы с выхода усилителя 4 поступают на вход АЦП 5, который преобразует их в кодовую последовательность, соответствующую мгновенным значениям амплитуды сигнала на выходе усилителя 4. С выхода АЦП 5 кодовая последовательность поступает на вход блока памяти 6 и блока управления 8.

В режиме контроля кодовая последовательность в блок памяти 6 не записывается, а поступает с выхода блока управления 8 на вход индикаторного устройства 7, которое преобразует ее, например, в последовательность точек на дисплее, положение которых отражает огибающую электрического сигнала на выходе усилителя 4, соответствующую перепадам давления в газовом столбе затрубного пространства скважины.

В режиме регистрации предварительно производят маркировку информационного массива блока памяти 6 путем записи в него номера скважины, куста, даты проведения исследования, а также контрольных сигналов, например, с помощью кнопочного набора.

Запись информации о техническом состоянии ШГН производят в течение одного или кратного количества рабочих циклов УСШГН, например, с помощью кнопки. Рабочий цикл определяют по интервалу времени между двумя мертвыми точками положения балансира УСШГН, например, верхними, в течение которого балансир совершит путь от верхнего положения до нижнего и обратно. Преобразователь 1, подавитель сетевых наводок 2, фильтр 3, усилитель 4 и АЦП 5 работают при этом аналогично режиму контроля, а индикаторное устройство 7 отражает огибающую электрического сигнала на выходе усилителя 4.

Как в режиме контроля, так и в режиме регистрации локализацию контролируемых параметров УСШГН осуществляют путем регулирования полосы пропускания фильтра 3, например, с помощью переключателя в четырех фиксированных диапазонах: обзорном с использованием полной полосы пропускания частот, низкочастотном, среднечастотном и высокочастотном.

В режиме вывода информация, записанная в блоке памяти 6, поступает с его выхода на вход индикаторного устройства 7.

Блок управления 8 при этом циклически считывает записанную в блоке памяти 6 кодовую последовательность, которая поступает с выхода блока памяти 6 на вход индикаторного узла 7, образуя на его дисплее неподвижное изображение огибающей сигнала в пределах записанного в блоке памяти 6 рабочего цикла УСШГН.

Режим вывода используют для оперативного контроля технического состояния ШГН непосредственно на нефтепромысле, а также при анализе результатов в стационарных условиях. В последнем случае вторичный регистрирующий прибор подключают через дополнительный разъем к компьютеру. Информация, записанная в блоке памяти, при отключении вторичного прибора не разрушается, что обеспечивается автономным источником питания блока памяти 6.

Для экспериментальных исследований предлагаемого устройства были использованы пьезокерамический преобразователь ЦТНС B1, подавитель сетевых наводок в виде двойного T-образного моста с частотой режекции 50 Гц и глубиной подавления основной гармоники промышленной сети не менее 40 дБ, четырехзвенный активный фильтр 8-го порядка на микросхемах серии 544УД1А, а также АЦП, блок памяти, индикаторное устройство и блок управления фирмы HELLIGE (Германия).

В результате экспериментальных исследований устройства на нефтепромыслах Самотлорского месторождения были установлены следующие закономерности.

Нормальная работа приемного и нагнетательного клапана ШГН сопровождается колебаниями в низкочастотном диапазоне, период которых зависит от установленного числа качаний подвижной части УСШГН, а форма колебаний близка к синусоидальной с наличием третьей и пятой гармоник основной частоты. Снижение производительности насоса, связанное с появлением негерметичности приемного и нагнетательного клапана, приводит к заметному искажению формы колебаний и уменьшению амплитуды вплоть до появления практически прямой линии с незначительными пульсациями, когда ШГН работает вхолостую.

При износе деталей подвижной части УСШГН или при недостаточно тщательной ее сборке снижение производительности, связанное с появлением вибраций в подвижной части установки, сопровождается характерными колебаниями в среднечастотном диапазоне, форма которых близка к синусоидальным сигналам. При нормальной работе УСШГН эти колебания не наблюдаются.

При неправильном положении плунжера ШГН устройство регистрирует кратковременные затухающие колебания в среднечастотном диапазоне, вызванные ударами металлических частей внутри насоса, которые приводят к быстрому износу оборудования.

При трении и ударах штанг о муфты, что также приводит к потере производительности насоса и преждевременному износу оборудования, устройство регистрирует специфические колебания в высокочастотном диапазоне, повторяющиеся четное количество раз в течение рабочего цикла УСШГН, а огибающая сигнала на дисплее индикаторного устройства имеет характерные размытые участки.

Устройство может быть также использовано для контроля монтажа и установки электрических центробежных насосов (ЭЦН). При некачественном монтаже или при неправильной установке ЭЦН возникают вибрации в процессе его работы, приводящие к быстрому износу оборудования и последующему обрыву насоса, которые регистрируются устройством в виде периодических стационарных колебаний.

Устройство может быть использовано и для измерения уровня жидкости как в скважинах механизированного фонда, так и в газлифтных скважинах.

Для этого вторичный регистрирующий прибор устанавливают в режим регистрации и производят запись в блок памяти кодовой последовательности, отражающей процесс распространения акустической волны в затрубном пространстве скважины. Запись производят в интервале времени от начала зондирующего сигнала до появления отраженного от границы раздела сред газ-жидкость обратного сигнала, а в режиме вывода измеряют длину этого интервала, делят его пополам и умножают на скорость звука в затрубном пространстве скважины.

Зондирующий сигнал создают, например, путем кратковременного стравливания газа из затрубного пространства скважины.

В результате применение предлагаемого устройства позволяет расширить функциональные возможности и повысить качество контроля технического состояния штанговых глубинных насосов.

Формула изобретения

Устройство для контроля технического состояния штанговых глубинных насосов, содержащее последовательно соединенные пьезокерамический преобразователь, подавитель сетевых наводок, фильтр, усилитель и регистрирующий узел, отличающееся тем, что регистрирующий узел выполнен в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя и блока памяти, выход которого подключен к входу индикаторного устройства, причем выход аналого-цифрового преобразователя дополнительно подключен к входу блока управления, выход которого подключен к вторым входам блока памяти и индикаторного устройства, а фильтр выполнен с регулируемой полосой пропускания по верхним и нижним частотам.

РИСУНКИ

Рисунок 1