Устройство диагностирования скважинных штанговых насосов

(19 04 В 47/02, Е 2 4/00 НИЕ ИЗОБРЕТ ЛЬСТВУ М г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ А ВТОРСНОМУ СВИД(71) Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова(54) (57) УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ НАСОСОВ, содержащее датчик усилия, подключенный выходом к входу преобразователя напряжения, блок управления, три выхода которого подключены соответственно к входам первого, второго и третьего счетчиков импульсов, блок памяти, выход которого подключен к входу первой схемы сравнения, а вход - к выходу первого счетчика импульсов, второй выход которого через вторую схему сравнения подключен к одному из входов блока управления, причем выход преобразователя напряжения подключен к одному из входов первого счетчика импульсов, а также блок индикации, отличающееся тем,что, с целью повышения точности, оно снабжено дополнительным счетчиком импульсов, генератором тактовых импульсов, блоком приращения и делителем, входы которого связаны с четвертым выходом блока управления и выходами второго и третьего счетчиков импульсов, а выхо., через первую схему сравнения подключен к второму входу блока управления, выход первого счетчика импульсов соединен с одним из входов блока приращения, два других входа блока приращения подключены к второму выходу блока памяти и пятому выходу блока управления, а три соответствующих входа блока памяти и три соответствующих выхода блока управления связаны соответственно с тремя выходами блоков управления и блоков приращения, причем третий выход блока памяти связан с другим входом второй схемы сравнения, генератор тактовых импульсов подключен соответственно к третьему входу блока управления и входам двух основных и дополнительного счетчиков импульсов, а другой вход и выход последнего связаны соответственно с шестым выходом блока управления и входом блока индикации.1Изобрстс;ие относится к устройствам лисГНО" иронания скважиых штянГОВых насосов и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности,Цель изобретенияповышение точ.ности.На (1)г. 1 предсталена блок-схема предлагаемого устройства; ця фиг. 2временная зависимость сигнала усилия ца выходедатчика усилия; на фиг. 3 - функциональая схемы блока упрявл(шя; на фиг. 4 -- 10функциоцальцая схема блока приращения.Устройство диагностирования скважицных штацговых насосов содержит датчик 1,усилия, подкл;оченный своим выходом к входу преобразователя 2 напряжения, блок 3упрзвлец;я. три входа которого подключены 15соответственно к входам первого 4, второго 5:)д :,от)Ог, е:,ез Вторую схему 9 сравцеци 5 )Д(.Че: ( Одному из ВходОВ церВОГО.наби(с 5; до;Г)лгите;ь)ым счетчиком 11 имц, льсов, Гене) 2 гором 12 тактовых импульсов.блоком 3 при )Я.пения и делителем 14, входык(тсн)( с;яза,лч.тВертым ВыхОЛОм блока 3;2;-;,ения и Выходами второго 5 итр(".)г о с(тч иков имцульсОВ, а Вьход через ц. рв,ю (х(хх 8 сравнения подключен к 30Втог;м, Входх блока 3 управлеия. Выходерог счетчика 4 имцульсон соединен с од 5 М цз ВХОДОВ бЛОКа 13 ПрИращЕНИя, Прнэтом два других входа блока 13 приращения.юдклочены к Второму Выходу блока 7 цамяи ч ц 5 тому Выходу блока 3 упраВлсция. Три З 5(о:.х нтствуоц(х Входа блока 7 памяти и Выходя блока 3 управления связаны соответств(нк с тремя ьыходами блоков управления 3 ц црирацсция 13, причем третийВьход блОка г памяти связан с ДруГим ВхоО,; ц)орпй ,МК СОЯВЕНИ, "ЕНЕратОр 12так: О. ых им Гул;",В одк, очек соответственно к третьем, В:ду б-ока 3 управления иВходам второго ч третьего 6 и дополнительного 11 ( ег иков импульсов, а другой входи Выход последнего связаны соответственно 45с шестым Выходом блока 3 управления ивходом бло а О индикации (фиг. 1),На фиг. 2 приняты следую цие обозначения: Ц -- напряжение, пропорциональное си ,2) ули я ня Выходе датчик 2 1 усилия;Врсм 5, причем 1 и 1; --- длительности участков Воснриягия и снятия нагрузки; Л шаг квантования при измерении сигналов усилия; ; напряжение, пропорциональное усилию, изле 1 енцое В -й момент времени;1;напряжение, пропорциональное уси 55 лио, измеренное в +1-й момент времени;(.)х и Ц; -. напряжения, соответствующие усилию соответственно в начале участка восприятия и в конце участка снятия нагрузки; Л -- приращение нагрузки на +1-м интервале квантования над 1-м моментом времени; Л; - пороговое значение приращения нагрузки на интервале квантования.Блок 3 управления может быть реализован на базе элементов И, ИЛИ, И - НЕ, элементов задержки и триггеров (К 155 ТМ 2), а его функциональная схема (фиг, 3) содержит делитель 15 частоты, вход которого связан с выходом генератора 12 тактовых импульсов, а выход - с входом первого счетчика 4 импульсов, формирователь 16 короткого импульса (микросхема К 155 ЛАЗ и конденсатор соответствующего номинала), вход которого связан с выходом делителя 15 частоты, а выход - с входом блока 13 приращения., элемент 17 задержки, вход которого подключен к выходу формирователя 16 короткого импульса, а выход - к второму входу блока 7 памяти, три триггера 18 - 20, причем два входа триггера 18 подключены соответственно к первому и третьему выходу блока 13 приращения, а два выхода его - к первому входу блока 7 памяти и входу дополнительного счетчика 11 импульсов. Первый вход триггера 19 связан с вторым выходом блока 13 приращения, а второй выход связан с выходом схемы ИЛИ 21, два входа которой связаны соответственно с первым выходом блока 13 приращения и выходом второй 9 схемы сравнения, который через элемент 22 задержки связан также с первым входом триггера 20, второй вход которого подключен к выходу первой схемы 8 сравнения. Выход триггера 19 связан с входом третьего счетчика 6 импульсов, а выход триггера 20 подключен к входам делителя 14, дополнительного счетчика 11 импульсов и к первому входу схемы И 23, второй вход которой подключен к выходу генератора 12 тактовых импульсов, а выход - к третьему входу блока 7 памяти.Блок 13 приращения (фиг. 4), включающий схему вычитания и схему сравнения восьми разрядных чисел (не показаны, может быть реализован на базе сумматоров типа К 155 ИМЗ и элементов ИЛИ, НЕ, И - НЕ, а его функциональная схема содержит четыре сумматора 24 - 27 (микросхемы К 155 ИМЗ), блок элементов НЕ 28, элементы НЕ 29 и 30, блок элементов И - НЕ 31, блок элементов ИЛИ 32, элементы И - НЕ 33 - 35, при этом восемь первых входов сумматоров 24 и 25 соединены с выходами первого счетчика 4 импульсов, а восемь других входов сумматоров 24 и 25 подключены к выходам блока элементов НЕ 28, входы которого подключены к выходам блока 7 памяти, причем на вход переноса сумматора 24 подан уровень логической единицы, а выход переноса соединен с входом переноса сумматора 25, выход переноса которого связан с входом элемента НЕ 29 и с одним из вхо1245753 дов элемента И - НЕ 33. Выходы сумматоров 24 и 25 подключены соответственно к входам блока элементов И - НЕ 31 и блока элементов ИЛИ 32, другие входы которого связаны с выходами блока элементов И - НЕ 31, а выходы - с входами сумматоров 26 и 27, на другие входы которых подается дополнительный восьмиразрядный код уставки Л,. При этом выход элемента НЕ 29 подключен к входам блока элементов И - НЕ 31, к входу переноса сумматора 26 и входу элемента И - НЕ 34. Выход переноса сумматора 26 связан с входом переноса сумматора 27, выход переноса которого подключен к входам элементов ЗЗ и 34 и входу элемента И - НЕ 35 через элемент НЕ 30, причем третьи входы элементов И - НЕ 33 в 15 35 соединены с выходом, а выходы ихс входами блока 3 управления.Устройство работает следующим образом.Сигнал с выхода датчика 1 усилия поступает на вход преобразователя 2 напряжения в частоту, и затем пропорциональная сиг 20 налу усилия частота поступает на первый вход первого счетчика 4 импульсов, на второй вход которого поступают стробирующие импульсы разрешения счета, сформированные в блоке 3 управления из тактовой по 25 следовательности импульсов генератора 12 тактовых импульсов, Длительность стробирующих импульсов составляет М л 2 27,30 где , - частота следования импульсов на выходе генератора тактовых импульсов 12;п - коэффициент деления частоты, заданной блоком 3 управления. При этом в первом счетчике 4 импульсов записывается число, пропорциональное текущему значению сигнала усилия 1 А. Это число подается на первый вход блока 13 приращения, на второй вход которого подает ся код предыдущего значения сигнала усилия 11; 1 из блока 7 памяти, которое записано в первый параллельный регистр блока памяти в предыдущем шаге квантования сигнала усилия Л 1;+ . Затем с выхода блока 3 управления на вход блока 13 прираще 45 ния поступает короткий импульс, в течение которого этот блок определяет величину и знак приращения сигнала усилия Л;= = 1 А - 11;+1 и сравнивает модуль этого приращения /Л;/ с величиной уставки Лу При 50 этом сначала происходит сложение байта, соответствующего текущему значению сигнала усилия Ц, поступившего с выхода первого счетчика 4 импульсов, с дополнительным восьмиразрядным кодом соответствующим значению 1 А+ с выхода блока 7 памя ти. В дальнейшем полученное значение приращения Л; сравнивается с величиной уставки Лу- путем сложения с дополнительным восьмиразрядным кодом этой уставки, причем, если Л; ( О, найденное значение приращения предварительно инвертируется, а к результату сложения с дополнительным кодом уставки добавляется единица. В зависимости от результата сравнения модуля приращения сигнала усилия с величиной уставки и от знака приращения на одном из трех выходов блока 13 приращения появляется сигнал, поступающий на соответствующий вход блока 3 управления. В случае, если д,1)Ьс и дс О, на первом выходе блока 13 приращения появляется сигнал, свидетельствующий о начале участка восприятия нагрузки. По этому сигналу блок управления записывает содержимое первого параллельного регистра блока 7 памяти, соответствующее сигналу усилия в точке А (фиг. 2), во второй параллельный регистр блока 7 памяти, при этом код, пропорциональный сигналу усилия в точке А, поступает на вход первой схемы 8 сравнения, на второй вход которой с выхода первого 4 счетчика импульсов поступает код, пропорциональный текущему значению сигнала усилия Ц. Одновременно блок 3 управления разрешает второму счетчику 5 импульсов счет длительности участка восприятия нагрузки, на счетный вход которого поступают импульсы с выхода генератора 12 тактовых импульсов, На каждом шаге квантования д 1 сигнала усилия по окончании работы блока 13 приращения с задержкой Г, равной времени срабатывания блока 7 памяти, блок 3 управления записывает содержимое первого 4 счетчика импульсов в первый параллельный регистр блока 7 памяти, подготавливая информацию на входе блока 13 приращения к следующему шагу квантования. Дальнейшие измерения сигнала усилия на участке восприятия нагрузки подтверждают состояние разрешения счетчика для второго счетчика 5 импульсов,При изменении сигнала усилия на участке неизменной нагрузки состояние блока 13 приращения определяется неравенством 1 д;( дс. При этом сигнал с третьего выхода блока 13 приращения поступает на вход блока 3 управления, который запрещает счет импульсов вторым счетчиком 5 импульсов, код на выходе которого соответствует длительности участка восприятия нагрузки 1.При измерении сигнала усилия на участке снятия нагрузки состояние блока 13 приращения определяется неравенствами Л; ) ) Л,с,и Л; ( О. При этом сигнал с второго выхода блока 13 приращения поступает на вход блока 3 управления, который разрешает третьему счетчику 6 импульсов счет импульсов длительности участка снятия нагрузки, на счетный вход которого поступают импульсы с генератора 12 тактовых импульсов.В момент окончания участка снятия нагрузки очередное текущее значение сигнала усилия 3, поступающее с выхода первого счетчика 4 импульсов на вход второй схемы 9 сравнения, сравнивается с значением сигнала усилия в точке А (11 д), которое предварительно записано во втором параллельном регистре блока 7 памяти, При этом с выхода второй схемы 9 сравнения на вход блока 3 управления поступает сигнал окончания импульса сигнала усилия. Так как 10 сигнал начала участка снятия нагрузки получен блоком 3 управления с задержкой, равной шагу квантования Ы, при получении сигнала с выхода второй схемы 9 сравнения блоком 3 управления вырабатывается управляющии сигнал с задержкой т = Л 1,н 15 который запрещает счет импульсов третьим счетчиком 6 импульсов. При этом содержимое третьего счетчика 6 импульсов соответствует длительности участка снятия нагрузки 1. Значения величин 1 и 1 поступают с выходов второго 5 и третьего 6 счетчиков импульсов на входы делителя 14, который по сигналу с блока 3 управления определяет отношение 14/1 г, характеризующее одно из шести классов состояния скважин- ного штангового насоса; нормальная работа, 2 утечка в приемном или нагнетательном клапане, высокая или низкая посадка плунжера и незаполнение насоса, Значение величины 1/1 поступает на вход первой схемы 8 сравнения, на второй вход которой с выхода блока 7 памяти последовательно поступают граничные значения М, величины 1,/1 для каждого класса состояния скважинного штангового насоса. Синхронно с импульсами, управляющими работой блока 7 памяти, на вход дополнительного счетчика 11 импульсов, характеризующего номера класса состояния скважинного штангового насоса, поступают импульсы с генератора 12 тактовых импульсов, В случае, если 1/1 ( 1 Чр, с первой схемы 8 сравнения на блок 3 управления поступает сигнал о попадании найденного значения величины 1/1 внутрь диапазона возможных значений этой величины для данного класса состояний, При этом блок 3 управления запрещает счет дополнительным счетчиком 11 импульсов, с выхода которого код номера класса состояния скважинного штангового насоса поступает на вход блока 10 индикации, сигнализирующего о соответствующем состоянии штангового глубинного насоса.Предлагаемое устройство позволяет идентифицировать шесть классов состояний штангового глубинного насоса на скважине глубиной до 2000 м и числом качаний до 1 О в мин.1245753 Выход генерато - ра 12 тактооых импуль сод Выход/ дл ВыходЗдл Выходг Ь Выход опор 9 схемы сра нения ыход ра 5 ненСоставитель;.). Гинзбз нТе,.рсл И. Всрес (оррскторИрнгк 585 ПодписноеГ 1 И Государственного комитета СССРделам изобретений и открытийМосква, Ж - 35, Раушскан наб., д. 4/5П Патент, г. Ужгород, ул. Проектная