Устройство для автоматического управления глубинно-насосной установки и малодебитных нефтяных скважин

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) (1) 47/00//Е 2 43 00 ЕНИЯ тельство СССР В 7/00, 1984. го нахо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ НИЕ ИЗО А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬ(71) Институт кибернетики АН АЗССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГОУПРАВЛЕНИЯ ГЛУБИННО-НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ КАЛОДЕБИТНЫХ НЕФТЯНЫХ СКВАЖ 1".-(57) Изобретение относится к нефтедобыче и позволяет повысить точноступравления устр-ва путем определения момента незаполнения насоса принепрерывной коррекции уровня фиксацисигнала датчика усилия, Входы блока(Б) 25 определения уровня Фиксацииподключены к входам датчиков 24 и 1 хода и усилий, причем выход Б 25 связан с вторым входом фиксатора 20 нулевого уровня. Б 25 выполнен в видесхемы для определения момента максимума, демодулятора, аналого-цифрового преобразователя, вычислителя,двух регистров памяти и сумматора.Сигнал с выхода датчикапоступаетна Б 25 и при достижении им значениямаксимума запускается аналого-цифровой преобразователь, на выходе котсрого появляется цифровой код напряжения. В вычитателе происходит определение уровня изменения сигнала датчика 1 текущего и предыдущих значений сигнала, в результате чедится новое значение уровня фиксациидля сохранения длительности полупериодов, без нарушения заложенногов устр-ве алгоритма его работы.1 з п Ф-лы 4 илИзобретение относится к нефтедобыче и предназначено для автоматического управления глубинно-насосной установки малодебитных нефтяных сква жин, эксплуатирующихся в режиме периодической откачки жидкости.Цель изобретения - повьппение точности управления путем определения момента незаполнения насоса при не прерывной коррекции уровня фиксации сигнала датчика усилий.На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для автоматического управления глубинно-насос ной установки малогабаритных нефтяных скважин; на фиг, 2 - блок определения уровня фиксации; на фиг. 3 временные зависимости сигналов, получаемых на выходах датчиков усилий и 20 хода и второго формирователя напряжения при имеющейся нестабильности сигнала датчика усилий; на фиг. 4 - то же, при отсутствии нестабильности сигнала датчика усилий. , 25На фиг. 3 и 4 приняты следующие обозначения: 11 - сигнал с датчикаусилий; 11 - сигнал с датчика хода;в, Т - длительность одного периода рабо- ты глубинного насоса; 1, и С , 1, и 309 45- длительность полупериодов им 2пульсов датчика усилий;- сигнал датчика усилий с выхода второго формирователя. Кривые А,В,С и А,В ,С соответствуют случаю полного заполнения насоса жидкостью. Кривые АВС, и АВ ,С, соответствуют случаю снижения уровня жидкости в затрубном пространстве скважины до приема насоса. Линии ВЕ и Е , В Е и 40ВЕ соответствуют фиксированию сигнала Б (1 ) на нулевом уровне снизуР(стабильного сигнала датчика усилийи нестабильного), а линии РК и У,К,и Р К и Е, К, соответствуют фиксированию сигнала на нулевом уровне сверху (стабильного сигнала датчика усилий и нестабильного).Устройство для автоматического управления глубинно-насосной установ 50 ки малодебитных нефтяных скважии содержит (фиг. 1) датчикусилий, блок 2 отключения двигателя станка- качалки, блок 3 управления, выходы которого подключены к входам счетчика 4 длительности импульса датчика усилий, счетчика 5 числа циклов рабо-, ты насоса и счетчика 6 числа циклов наполнения насоса, схему 7 совпадения и схемы 8 и 9 сравнения, В устройстве имеется делитель 10 и блок 1 памяти, входы которого подключены соответственно к выходу блока 5 управления и к счетчику 4 длительности импульса датчика усилий, при этом выход блока 11 памяти подключен к одному из входов делителя 10, второй вход которого подключен к выходу блока 3 управления, а третий вход делителя 10 соединен с выходом счетчика 4 длительности импульса датчика усилия, причем выход делителя 10 подключен через схему 8 сравнения к входу блока 3 управления. Устройство также снабжено двумя инверторами 12 и 13, двумя конъюнкторами 14 и 15, дизъюнктором 16, элементом 17 индикации и дополнительными формирователем 18 напряжения и схемой 19 сравнения, входы которой соединены с соответствующими выходами блока 11 памяти и делителя 1 О, а ее выход одновременно связан с входами первого инвертора 12, элемента 17 индикации и одним из входов второго конъюнктора 15, второй вход последнего подключен к выходу второго инвертора 13, вход которого совместно с одним из входов первого конъюнктора 14 связан с выходом дополнительного формирователя 18 напряжения, входом соединенного с выходом фиксатора 20 нулевого уровня, Второй вход и выход первого коньюнктора 14 подключены соответственно к выходу первого инвертора 12 и к одному из входов дизъюнктора 16, другой вход которого связан с выходом второго конъюнктора 15. В свою очередь выход дизъюнктора 16 соединен с вторым входом блока 3 управления, а второй выход делителя 10 подключен к третьему входу блока 1памяти.Выходы основного формирователя 21 напряжения и датчика 1 усилий связаны соответственно с третьим входом блока 3 управления и входом фиксатора 20,нулевого уровня, а выходы последовательно соединенных счетчика 4 длительности импульсов датчика усилий, счетчика 5 числа циклов работы насоса и счетчика 6 числа циклов незаполнения насоса связаны с входами схемы 9 сравнения, выход которой одновременно с одним из выходов схемы 7 совпадения подключены к входам триггера 22 блока 2 отключения двигателя станка-качалки, выходом связанного с входом реле 23 блока 2,Вторые выходы счетчиков 5 и 6 соответственно числа циклов работы насоса и числа циклов неэаполнения насо 5са подключены на входы схемы 7 сравнения, второй выход которой связан счетвертым входом блока 3 управления,четвертым выходом подключенного ктретьему входу делителя 10, а одним 0из входов счетчика 5 числа циклов работы насоса подключен к выходу схемы8 сравнения.Устройство дополнительно снабженодатчиком 24 хода и блоком 25 опреде ления уровня Фиксации, входы которогоподключены соответственно к входамдатчиков 24 и 1 хода и усилий, причемвыход блока 25 определения уровняФиксации связан с вторым входом фиксатора 20 нулевого уровня,При этом блок 25 определенияуровня Фиксации выполнен (фиг. 2)в виде схемы 26 для определения момента максимума, демодулятора 27, 25аналого-цифрового преобразователя вычислителя 29, двух регистров 30 и 31памяти и сумматора 32, входы которого подключены к выходам второго регистра 31 памяти и третьему входу , 30фиксатора 20 нулевого уровня. Первыйвход вычитателя 29 связан с входомпервого регистра 30 памяти и выходоманалого-цифрового преобразователя 28,а второй вход - с выходом первогорегистра 30 памяти, управляющии входн 35которого подключен к выходу схемы 26для определения момента максимума иуправляющему входу аналого-цифровогопреобразователя 28, связанного своим40входом с выходом демодулятора 27.Входы демодулятора 27 и схемы 26 дляопределения момента максимума подключены соответственно к выходам датчиков 1 и 24 усилий и хода.Устройство работает следующим образом. Сигнал Б (1 ) с выхода датчика 1усилий поступает на вход фиксатора20 нулевого уровня и в блок 25 определения уровня фиксации. В начальныймомент времени уровень фиксации нулядатчика усилий равен Б, , установленного во втором регистре 31 памяти блока 25 определения уровня фик-сации (нулевые уровни сверху и снизу - пунктирные линии ВЕ, РК и РЕ,Г, К на фиг. 3,С нарастанием сигнала У (1 ) датчика 1 усилий он будет фиксироватьсяв фиксаторе 20 нулевого уровня точками А,В и С, которые определяют длительности полупериодов импульса датчика 1 усилий 1 и СПри достижении сигналом датчика24 хода ,(1) своего максимума, момент появления которого определяетсясхемой 26 для определения моментамаксимума, запускается аналого-цифровой преобразователь 28, на вход которого .поступает через демодулятор 27сигнал 27 с датчика 1 усилий Р(;),На выходе аналого-цифрового преобразователя 28 появляется цифровойкод напряжения П . В момент Бээтот код поступает на вход первогорегистра 30 памяти, где записываетсяпри помощи сигнала, определяющегомомента появления максимума Пэ ма,и на вход вычитателя 29, на другойвход которого поступают содержимоепервого регистра 30 памяти.На выходе вычитателя 29 появляет-,ся код, соответствующий11,; + -.1; =в 1;,где П; - текущее значение сигналадатчикаусилий в момент5 макспредыдущее значение в мо-мент ПсмакеЬд; - уровень изменения сигналадатчика усилий текущегои предыдущих значений сиг-.нала Н (1).В сумматоре 32 происходит сложение содержимого второго регистра 31памяти (эначение 1 Р, ) и цифровогокода йБР тем самым находится новоезначение уровня Фиксации 0 рикс длясохранения длительности полупериодови 1 , не нарушая заложенный в устройство алгоритм его работыЦрс +Пр - Пркс, (2)Новое значение П , переписывается во второй регистр 31 памяти и пос-.тупает на вход фиксатора 20 нулевогоуровня, где происходит фиксация сигнала 0 (1) с выхода датчика 1 усилийна нулевом уровне сверху и снизу(пунктирные линии Р Е , У К и Р,ЕР К) (фиг. 4).Уровень фиксации сохраняется допоявления следующего максимума сигнала с выхода датчика 24 хода,Если же уровень не изменился, тона выходе вычитателя 29 будет нулевой1384826код, который в сумме с содержимым второго регистра 3 памяти даст предыдущее значение У , т.е. на кафмс,кую величину иэменйлся сигнал с дат 5 чика 1 усилий, на такую же величину изменился и уровень фиксации.Далее сигнал О (С) с выхода фиксаРтора 20 нулевого уровня поступает на вход второго дополнительного фор мирователя 18 напряжения для формирования импульсов с крутизной переднего и заднего фронтов, необходимых для дальнейшего прохождения через цифровые элементы. 15Счетчиком длительности импульса датчика усилий в каждом цикле работы глубинного насоса производится измерение полупериодов импульса датчика усилий С, и С , т.е. этот счетчик 20 в течение времени С и Сг заполняется импульсами 50 Гц с выхода первого формирователя 21 напряжения, поступающими через блок 3 управления.После подсчета счетчиком 4 длительности импульса датчика усилий длительности С, ее величина записывается в блок 11 памяти, а после подсчета длительности С ее величина подается в делитель 10. 30Делителем 10 определяется величина - и запоминается в блоке 11 памяти.Если при незаполнении насоса третьей схемой 19 сравнения устанавливается, что полученное делителемС10 текущее значение - увеличивается по сравнению с его значением в 40 предыдущем цикле, хранившемся в блоке 11 памяти то в этом случае импульсы Б поступают со второго дополнитель 1ного формирователя 18 напряжения через первый конъюнктор 14 и дизъюнк тор 16 в блок управления.Если сравнение текущего и предыдущих значений отношения третьей схемой 19 сравнения опказывает, что его величина убывает, то этот факт отражается элементом 17 индикации, а сигнал в блок 3 управления с второго дополнительного формирователя 18 напряжения поступает через второй инвертор 13, второй.конъюнктор 5 и дизъюнктор 16 инвертированным.55 Второй схемой 8 сравнения производится сравнение полученного значения - с постоянной величиной, равСгной 1,.Если в - 1,1, то это означает,гчто насос работает с полным заполнением и уровень жидкости в затрубном пространстве еще не снизился до приема насоса. Поэтому в следующем цикле работы глубинного насоса продолжаются аналогичные измерения Си СС,определение - и сравнение его с постоянной величиной, равной 1,1.СЕсли же в 1,1, то вторая схемаСг8 сравнения вырабатывает сигнал, означающий, что возможно уровень жидкости в затрубном пространстве снизился до приема насоса. Для проверки достоверности с момента появления первого сигнала о снижении уровня жидкости до приема насоса блок 3 управления запускает счетчик 5 числа циклов работы насоса и счетчик 6 числа циклов неэаполнения насоса, подсчитывающий число циклов незаполнения насоса.Схема 7 совпадения сравнивает содержимое счетчика 6 числа циклов не- заполнения насоса с содержимым счетчика 5 числа циклов работы насоса,В случае, если содержимое счетчика 6 числа циклов незаполнения насоса меньше содержимого счетчика 5 числа циклов работы насоса, по появление сигнала о снижении уровня жидкости в затрубном пространстве до приема насоса считается случайным и блок 3 управления, восстанавливает схему в исходное состЬяние.Начинается новый цикл проверки, В случае, если содержимое счетчика 5 числа циклов работы насоса равно содержимому счетчика 6 числа циклов незаполнения насоса, то на выходе схемы 7 совпадения вырабатывается сигнал, который переключает выходной триггер 22, в результате чего отключается двигатель (не показан) глубинного насоса от сети, производится общий сброс и устройство переходит к выдержке заданного времени накопления жидкости.Задание времени накопления жидкости осуществляется объединенным разрядным двоичным счетчиком, который образуется за счет объединения счет.2 В 20 чика 4 длительности импульса датчикаусилий, счетчика 5 числа циклов работы насоса и счетчика 6 числа цикловнезаполнения насоса. На вход объединенного счетчика импульсы с частотой50 Гц с выхода первого формирователя21 напряжения пропускаются блоком 3управления, После подсчета объединенным двоичным счетчиком определенного 1 Очисла импульсов, соответствующих заданному времени накопления жидкости,на выходе первой схемы 9 сравнения,связанный со счетчиком 4 длительностиимпульса датчика усилий, счетчиком 5 (5числа циклов работы насоса и счетчиком 6 числа циклов незаполнения насо-.са, вырабатывается сигнал, которыйпереключает выходной триггер 22 висходное состояние и реле 23 осуществляет запуск двигателя станка-качалки и цикл повторяется. Формула изобретения 251. Устройство для автоматического управления глубинно-насосной установки малодебитных нефтяных скважин по авт. св. У 1224443, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности управления путем определения момента незаполнения насоса при непрерывной коррекции уровня фиксации сигнала датчика усилий, оно дополнительно снабжено датчиком хода и блоком определения уровня фиксации, входы которого подключены соответственно к входам датчиков хода и усилий, причем выход блока определения уровня фиксации связан с вторым входом фиксатора нулевого уровня.2. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок определения уровня фиксации выполнен в виде схемы для определения момента максимума, демодулятора, аналогоцифрового преобразователя, вычислителя двух регистров памяти и сумматора, входы которого подключены к выходам второго регистра памяти и вычитателя, а выходы - к входу второго регистра памяти и третьему входу фиксатора нулевого уровня, первый вход вычитателя связан с входом первого регистра памяти и выходом аналогоцифрового преобразователя, а второй его вход - с выходом первого регистра памяти, управляющий вход которого подключен к выходу схемы для определения момента максимума к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя, связанного своим входом с выходом демодулятора, причем входы демодулятора и схемы для определения момента максимума подключены соответственно к выходам датчиков усилий и хода.