Магнитоупругий динамометр для глубинных штанговых насосов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл з с присоединением заявим М -Государствеиный комитет СССР ио дедам изобретеиий и открытийУфимский авиационный институт им. Орджоникидзеи Башкирский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности(54) МАГНИТОУПРУГИЙ ДИНАМОМЕТР ДЛЯ ГЛУБИННЫХШТАНГОВЫХ НАСОСОВ Изобретение относится к области контроля и нефтедобывающей промышленности и предназначено для динамометрирования глубинных штанговых насосов в нефтедобывающих скважинах. 5Известен динамометр, который содержит плоский упругий чувствительный элемент с множеством отверстий, в каждом из которых размещены резистивные датчики. По изменению сопротивле-ния датчиков судят о величине нагрузки 11 .Известно также устройство для динамометрирования, которое содержит чувствительный элемент в виде нагрузоч ного кольца с наклеенными на его внутренней и наружной поверхностях тензоэлементами 2.Недостатком этих устройств является наличие контактных соединений между 20 резистивными датчиками, клеевых соединений между тенэорезисторами и чувствительным элементом, что обуславливает недостаточно высокую для нефтепромысловых условий надежность. 25Известен также наиболее близкий по технической сущности магнитоупругий преобразователь механических усилий, содержащий магнитопровод с четырьмя пазами, в которые уложены две взаим но-перпендикулярные обмотки. Глоскости первичной и вторичной обмоток расположены под углом 45 к направлению усилия. Для концентрации механических напряжений в области обмоток предназначены выступы, расположенные на оси симметриии магнитопроводаЯ.Недостаток известного устройства заключается в сложности изготовления обмоток. Обмотки преобразователя наматываются вручную, причем число вит" ков обмоток ограничено по технологическим причинам.Наименее надежным элементом конструкции известного магнитоупругого преобразователя являются обмотки. Тяжелые условия эксплуатации контролируе" мого объекта приводят к отказам обмоток. Кроме того, разрушение обмоток может возникнуть при частых ремонтах скважинного оборудования.Динамометрирование глубиннонасосных установок осуществляется периодически через большие интервалы времени. В то же время длительность процесса динамометрирования не превышает 10- 30 мин.Таким образом, стационарная установка известных магнитоупругих преобразователе на каждом станке-качалкеприводит к нерациональному их использованию, уменьшению срока службы и,следовательно, понижению надежности,Однако кратковременная установкадинамометра на контролируемый объектнежелательна, поскольку непосредственно после включения станка-качалки в1скважине возникает переходный процеес.Длительность переходного процессаможет быть от нескольких часов досуток,При этом показатели работыскважины будут существенно отличаться от показателей, соответствующихрабочему режиму.Цель изобретения - повышениенадежности динамометрирования.Поставленная цель достигается тем,что первичные и вторичные обмоткивыполнены в виде плоских прямоугольных рамок, установлены на съемнойпланке и размещены в пазах в плоскостях, параллельных линии действия нагрузки, причем выступы,цля концентрации нагрузки расположены соосно спазами, число которых в два раза больше числа выступов.На фиг,1 представлено расположение аппаратуры;, на фиг.2 показана 35установка магнитопровода в канатнойподвеске полированного штока; нафиг.З - сечение А-А на фиг.2; нафиг,4 - сечение Б-Б на фиг.З; нафиг,5 показано магнитное поле, возни- укающее в магнитопроводе,На фиг.1 изображена скважина, имеющая обсадную колонну 1, проходящуюот поверхности земли к глубине. Внутри обсадной колонны расположена ко Ялонна насосно-компрессорных труб 2с глубинным насосом в нижнем концескважины. Глубинный насос состоитиз цилиндра 3, поршня (плунжера) 4и двух шаровых клапанов 5 и 6 верхнего нагнетательного и нижнего всасывающего соответственно. Плунжер 4крепится к нижнему концу колонны насосных штанг 7, верхний конец которых прикреплен к полированному штоку8, подвешенному с помощью нижней 45траверсы 9 и верхней траверсы10 и троса 11 к головке балансира 12 станка-качалки. Назначениестанка-качалки состоит в преобразовании вращательного движения вала элек- Отродвигателя в колебательное движение балансира и возвратно-поступательное перемещение цепи полированный шток - штанги - плунжер.Между траверсами 9 и 10 стационарно устанавливается магнитопровод 13,Первичные и вторичные обмотки, вкладывающиеся при измерении в магнитопровод 13, связаны с блоком 14 питания и регистрирующим блоком 15 60посредством кабеля 16. Пазы магнитопровода 13 (см, фиг,2 выполненыоввиде удлиненных пазов, параллельныхлинии действия измеряемой нагрузки.Выступы 18 располагаются на оси двух у центральных пазов 17 и обеспечиваютконцентрацию нагрузки на участкахмагнитопровода, прилегающих к этимпазам. Дополнительная концентрациянагрузки в этой области достигаетсяза счет отверстия 19,В магнитопроводе 13 предусмотреФно также сквозное отверстие 20, через которое проходит полированныйшток 8 (см. фиг.4). В пазы 17 магнитопровода 13 см. фиг, 3 и 4 ) вложеныобмотки 21 выполненные в виде плоскихпрямоугольных рамок.Обмотки прикреплены к переноснойпланке 22. К этой планке прикрепленытакже упор 23 и постоянные магниты 24,предназначенные для фиксации переносной части прибора на контролируемомобъекте.Обмотки 21 подсоединены к кабелю16 через патрон 25, Для удобства эксплуатации предусмотрены рукоятки 26.На фиг,4 показано расположение обмоток 21 в пазах магнитопровода 13.Первичные обмотки предназначены индексом 21 , вторичные - 21. Обмотки, расположенные в центральных нагруженных зонах магнитопровода подвыступами, имеют в обозначении такжеиндекс р (21, 212 р ) . Обмотки периферийных ненагруженных зон магнитопровода обозначены 21, 21,Все первичные обмотки 21 и 21соединены последовательно и подключены к источнику переменного тока,Вторичные обмотки нагруженных зон21 р включены последовательно-согласно. Вторичные обмотки ненагруженныхзон 21 также включены последовательно-согласно.Между собой эти две группы вторичных обмоток выключены последовательно-встречно.Первичная и вторичная обмотки,расположенные в одном пазу, наматываются на прямоугольную оправку одновременно. После заливки компаундомобмотки приобретают вид гибких пластин.Обмотки могут быть также включены по мостовой схеме.Выполнение отверстий магнитопровода в виде удлиненных пазов обеспечивает возможность выполнения обмоток в виде плоских прямоугольныхрамок, вкладывающихся в отверстиямагнитопровода в момент динамометрирования, Закрепление обмоток напереносной планке позволяет вынестиобмотки в переносную часть прибораи увеличить таким образом срок ихслужбы.Этим достигается повышение надежности и обеспечивается возможностьдинамометрирования без остановкистанка-качалки.Повышение технологичности такжеобусловлено выполнением обмоток ввиде плоских прямоугольн 1 х рамок, 792086Такие обмотки легко изготовляютсяна прямоугольных оправках, причемчисло витков технологически не ограничено,Размещение выступов для концентрации нагрузки на оси пазов и располоение выступов только над половинойпазов обеспечивает работоспособностьустройства и дифференционированиенагрузки по участкам магнитопровода.Устройство работает следующим образом.Магнитопровод 13, стационарно установленный в канатной подвеске полированного штока, испытывает циклически изменяющееся усилие сжатия, равное по величине усилию растяжения полированного штока.Переносная часть прибора, содержащая обмотки 21, устанавливается наконтролируемом объекте беэ остановкистанка-качалки в крайнем нижнем по Оложении канатной подвески полированного штока.Приподняв эа рукоятки 26 цереносную часть динамометра над поверхностьюнижней траверсы 9, оператор вставляетобмотки 21,.имеющие вид гибких пластин, в пазы 17.После того, как упор 23 коснетсяповерхности магнитопровода 13, рукоятки 26 опускаются, и положениепереносной части устройства фиксируется с помощью постоянных магнитов24.В первичные обмотки 211 , включенные последовательно-согласно, подается переменный ток, возбуждающий магнитное поле см. фиг.5) .Силовые линии поля имеют вид эллипсов, большая ось которых параллельналинии действия нагрузки.Следовательно, решающую роль будет 40играть продольный магнитоупругий эффект, т.е. изменение магнитной проницаемости в направлении, параллельномлинии действия нагрузки. Если нагрузка на магнитопровод 13 равна нулю, 4во вторичных обмотках 21 наводятсяэлектродвижущие силы равной величины,и выходной сигнал устройства, равный разности ЭДС обмоток 211 ки 21,отсутствует. 50При работе станка качалки магнитная проницаемость центральных нагруженных зон магнитопровода 13 циклически изменяется и модулирует величину ЭДС, нндуктированных во вторичных обмотках 21 . На выходе устрой-. ства появляется сигнал, равный раз" ности ЭДС обмоток 21 с и 212 и пропорциональный нагрузке полированного штока.Предложенное устройство позволяет повысить технологичность и сократить затраты времени на изготовление обмоток в 8-10 раэ.Особое выполнение отверстий обеспечивает воэможность выполнения обмоток в виде вкладывающихся пластин и вынесение их в переносную часть, что повышает надежность и долговечность устройства.Сокращение себестоимости динаметрирования достигается и эа счет использования одного переносного комп лента на большой группе контролируемых объектоа.формула изобретенияМагнитоупругий динамометр для глубинных,штанговых насосов, содержащий установленный между траверсами канатной подвески полированного штока магнитопровод с выступами для концентрации нагрузки и четырьмя пазами, в которые уложены первичные и вторичные обмотки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности динамометрирования, первичные и вторичные обмотки выполнены в виде плоских прямоугольных рамок, установлены на съемной планке и размещены в. пазах в плоскостях, параллельных линии действия нагрузки, причем выступы для концентрации нагрузки расположены соосно с пазами, число которых в два раза больше числа выступов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3024650,кл . 73-141, опублик. 1968.2. Патент США М 3457781,сл. 73-151, опублик. 1969.3. Гуманюк М.Н. Магнитоупругиедатчики в автоматике, Киев "Техника"1972,. с.132,(прототип )./5 илиал ППП "Патентф, г,ужгород, ул.Проектная,4 19/40 ВНИИПИ Государственн по делам изобрете 113035, Москва, Ж