Способ защиты штанговых глубинных насосных установок

(71) Специальное проекторское бюро ВсесоюзнСоюзнефтеавтоматика"Ьи,1Р,1 п.1+ф епричем Р =Р,де ь.Ф " абсолютное зти между энерребляемой пр ачен гней нос де вве тельения нос" е,С, щнос- змекретных изме за половину 1 номер опе". а начала откле. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСНОМУ ОВИДЕТЕГЬС(54)(57) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ШТАНГОВЫХГЛУБИННЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК (ШГНУ),основанный на измерении мощности,потребляемой электродвигателем, согласно которому измерение мощностипроизводят в течение измерительногоцикла, равного по длительности циклу качания насоса, определении значения энергии, потребляемой электро"двигателем ШГНУ за половину измерительного цикла, однозначно соответствующего ходу плунжера насосавверх, и за половину измерительногоцикла, однозначно соответствующегоходу плунжера насоса вниз, сравненииих между собой, по величине разностисудят о состоянии и режще работыШГНУ и в случйе, если указанная разность превышает заданное значение,формируют сигнал на отключение ШГНУ,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью упрощения способа и повышенияего надежности, в каждом измерительном цикле производят дискретно, содинаковым шагом дискретизации повремени, четное количество (2 и)измерений мгновенных значений мощ 801111221 А Збо Н 02 Н 7/08 Р 04 В 23 0 ности, определяют последовательнои раз абсолютное значение разностисумм измеренных значений мощностиза одну и вторую половину измерителного цикла, однозначно не соответствующих ходу плунжера насоса вверхили вниз, при этом каждьМ раз внутризмерительного цикла сдвигают циклически начало отсчета на величинушага дискретизации, по найденнымзначениям определяют укаэанную величину разности между энергией, потребляемой электродвигателем приходе плунжера насоса вверх, и энергией, потребляемой при его ходе внив соответствии с выражением иэнергией, потребляемпри ходе вниз, в измерном цикле, кВт-ч,,А - шаг дискретызации измемгновенных значений мотй в измерительном цикР - измеренное значение моти при ъ-и дискретномрении в измерительном дле, кВт,- количество дисрений мощностицикла,0,1,2 иврации циклического сдвигсчета в измерительном циИзобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано при создании систем контроля, управления и защиты штанговых глубинных насосных установок (ШГНУ).Известен способ защиты, основанный на измерении мощности, потребляемой электродвигателем ШГНУ, при этом из- мерение мощности осуществляют в течение целого числа периодов, причем 1 О каждый период измерений разбивают на четное число равных интервалов и осуществляют измерение суммарного значения мощности за четные и нечет" ные интервалы отдельно, сравнивают 15 полученные результаты между собой,и в случае отличия результата сравнения от нуля формируют сигнал на отключение 11.Известный способ основан на ис пользовании критерия стационарности случайных процессов, который являет ся недостаточным для однозначной оценки состояния и режима работы ШГНУ и ее защиты при том или ином 25 значении критерия.Наиболее близким к предлагаемому является способ защиты, основанный на измерении мощности (или тока), потребляемой электродвигателем ШГНУ, З 0 и контроле положения балансира ШГНУ, при этом определяют значения энергии (или величин, ей пропорциональных), потребляемой электродвигателем ШГНУ за время хода плунжера насоса вверх и за время его хода вниз, сравнивают их между собой и по результату сравнения судят о состоянии и режиме работы ШГНУ вслучае превышения результатом сравнения величины заданного значения формируют сигнал на отключение электродвигателя 12 1.Однако согласно этому способу, кроме измерения мощности необходимо дополнительно контролировать доло жение балансира ЮГНУ, а это снижает эффективность пралтической реализации способа, поскольку требуется установка на технологическом оборудовании датчиков, контролирующих положение балансира, что усложняет систему защиты, снижает ее надежность. Цель изобретения - упрощение способа и повышение его надежности,Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты ШГНУ, основанному на измерении мощности, потребляемой электродвнгате= лем, измерение мощности производят в течение измерительного цикла, равного по длительности циклу качания насоса, определении значения энергии, потребляемой электродвигателем ШГНУ за половйну измерительного цикла, однозначно соответствующего ходу плунжера насоса вверх, и за половину измерительного цикла, однозначно соответствующего ходу плунжера насоса вниз, сравнении их между собой, по величине разности судят о состоянии и режиме работы ШГНУ и в случае, если укаэанная разность превышает заданное значение, формируют сигнал на отк почение ШГНУ, в каждом измерительном цикле производят дискретно, с одинаковым шагом дискретизации по времени, четное количество (2 и) измерений мгновенных значений мощности, определяют последовательнораз абсолютное значение разности сумм измеренных значений мощности за одну и вторую половину измерительного цикла, однозначно не соответствующих ходу плунжера насоса вверх или вниз, при этом каждый раз внутри измерительного цикла сдвигают циклически начало отсчета на величину шага дискретизации, по найденным значениям определяют указанную величину разности между энергией, потребляемой при ходе плунжера насоса вверх, и энергией, потребляемой при его ходе вниз, в соответствии с выражением+Э " +Юд тькЖ -хРо Й+ чфпЧ 1Причем Р Ргде аЪ - абсолютное значение разнос-,ти между энергией, потребляемой при ходе плунжеранасоса вверх, и энергией,потребляемой при его ходевниз, в измерительном цикле, кВт-ч;И - шаг дискретизации измерения мгновенных значениймощности в измерительномцикле, с;Р; - измеренное значение мощности при ъ-м дискретном измерении в,измерительномцикле, кВт,40 количество дискретных измерений мощности за половину измерительного цикла;0,1,2, , и -1 - номер операции циклического сдвига 5начала отсчета в измерительном цикле,На фиг. 1 приведен график,поясняющий данный способ, на фиг. 2пример реализации способа. 1 ОНа фиг. 1 показаны кривые изменения мощности, потребляемой электродвигателем ШГНУ, где сплошная криваясоответствует нормальному режиму работы ШГНУ, пУнктирная - нарушению в 15режиме работы, Т - длительность одного цикла качания насоса (ход плунжера вверх и вниз); Т - время ходаплунжера насоса вверх; Х - времяхода плунжера насоса вниз, Т - длительность измерительного цикла, равная длительности цикла качания насоса Т, а"- - шаг дискретизации измерения мгновенных значений мощностив измерительном цикле аС = Т,/2); 5Р -Р , - значение мощности, измеренное в дискретные моменты времени втечение одного измерительного цикла,Сущность данного способа заключается в следующем. 30Если задать длительность измерительного цикла Т равной длительности цикла качания насоса Тц и в каждом измерительном цикле, которыеначинаются в произвольные моментывремени вне зависимости от положения балансира ШГНУ, производить дискретно с шагом = Т /2 и четное количество измерений мгновенных значений мощности Р Р , Р .Р,(фиг. 1) и по результатам измеренийопределять максимальное абсолютноезначение разности энергии за однуи вторую половину измерительного цикла в соответствии с выражением (1),то оно будет представлять собой, сдостаточной для практических задачточностью, абсолютное значение разности между энергией, потребляемойпри ходе плунжера насоса вверх, иэнергией, потребляемой при его ходевниз, а это является хорошим критерием для оценки режима работы ШГНУ.Если ШГНУ уравновешена и работаетв нормальном режиме, потребление1 энергии при ходе плуижера насосавверх равно (или незначительно отли1чается) потреблению энергии при его ходе вниз. При этом, как это виднонз кривой изменения мощности (сплошная кривая на фиг. 1), абсолютныезначения разности суммарных эначенирмощности за одну.и вторую половинуизмерительного цикла, определенныепри различных началах отсчета в измерительном цикле, равны между собой(или различие между ними незначительно) и практически любое из них можетбыть принято как абсолютное значениеразности между энергией, потребляемой при ходе плунжера насоса вверх,и энергией, потребляемой при его ходе вниз.При нарушении режима работы ШГНУбаланс энергии при ходе плунжера на-.соса вверх и вниз нарушается (пунктирная кривая на фиг, 1). В этом случае наибольшее абсолютное значениеимеют те разности суммарных значений мощности за одну и вторую половину измерительного цикла, при определении которых начало отсчета визмерительном цикле попадает в точки, когда все приращения (их абсолютное значение), вызванные нарушениемрежима работы ШГНУ, входят в зонуиз сравниваемых сумм (на фиг. 1 точки 6- и -1 и отстоящие от,них на Иинтервалов на оси времени),Так как разности, при определениикоторых начало отсчета совпадает сукаэанными точками, равны или незначительно отличаются друг от друга ив состав этих точек входят точки,соответствующие началу хада плунже. -ра насоса вверх (или вниз), то и вданном случае разность ьЮ представляет собой абсолютное значение разности между энергией, потребляемойэлектродвигателем при ходе плунжеравверх и вниз,Ра фиг, 2 показана функциональнаясхема устройства, реализующего данный способ на базе использования вычислительной техники.Устройство содержит измерительныйпреобразователь 1 мощности с цифровым выходом, электронные ключи 2 -2,блоки (ячейки) 3-3 памяти, блок 4выполнения арифметико-логическихопераций, блок 5 управления.Устройство работает следующим образом.В течение измерительного цикла Т 1,блок 5 управления открывает послевательно через равные промежутки111 времени дО =Т/2 и ключи 2 -2, при этом измеренные значения мощности за носятся в ячейки памяти 3 -3 соотл З ветственно. Затем блок 4 выполнения арифметико-логических операций вы" числяет абсолютное значение разности дФ между энергией, потребляемой электродвигателем при ходе плунжера вверх, и энергией, потребляемой при его ходе вниз, в соответствии с выражением (1), при этом сравнивают полученное значение с заданным дФуа. Если дФдФ, ячейки памяти обнуляются и измерительный цикл повторяется, Если дФд%Ад, блок 5 управления выдает сигнал на отключение электродвигателя ШГНУ, Кроме того, найденное значение аЮ выводится по запросу на индикацию или передается по кана 1221 блам связи на верхний уровень управления с целью текущего контролясостояния ШГНУ,Таким образом, изобретение позволяет исключить операции по контролю положения балансира ШГНУ и синхронизации цикла измерения мощностис циклом:.ачания йасоса, в то же.1 О время обеспечивает контроль и защитуШГНУ но тому же критерию, что и впрототипе, чем достигается упрощениеспособа. В свою очередь, исключениеоперации по контролю положения балан сира ШГНУ и синхронизации цикла измерения мощности с циклом качания насоса упрощает схему реализации, чемдостигается повышение надежности1111221Составитель В. ЗимаковРедактор Л. Алексеенко Техред Л.Коцюбняк Корректор О. ЛуговаЗаказ 6322/4Тираж 613 ПодписиВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,