Устройство для автоматического управления глубиннонасосной установкой малодебитных нефтяных скважин

(19 114 Р 04 В 47/00, Е 43/О АНИЕ ИЗОБРЕТЕН Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ аполнения насоса, о н выход посл из входов вт ыходам связа авления, вых лючены соотв него с ен с одни рои схемы сравнения,ной с входом блока уды которого также под ственна к второму вх ла циклов незаполнен ду счетчика ч я насоса и пе ому входу ом связанн ого реле и лемен лючен ы тригге ом исп ыходно го Го с Вхо а, выхолнительетьегорого по первым ввторой воду форща выход одом та И к в ход кот роватек вхо убиннон я нап ения се етчи ремен новки ос наигас бло оты гл выход икации, о м, что, сс единенн ичающее ю повышения т цел бот ости контроля р ической откачки в режиме периости из скважи -ны, оно снабжено отметчиком краинихположений и реверсивным счетчиком лощади динамограммы, выход отметчиа крайних положений связан с входом блока упр подключен рлемента го счетчч четвертыи ыходы последнега авленияк вто му входу первоговходам реверсивнои динамограммы,трем площадк выходатом вых одключены совпадем обеих го элемента ИЛИ,циклов незааммы дина лощ ответственна к вторн.мсхем сравнения и второ а чис а выход счетчикполнения насосас входом блокавходам выходно дновременно вяза гня и вторымерауправло триг ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Азербайджанский институт нефи химии им. М.Азизбекова(56) Авторское свидетельство СССРВ 875003, кл, Е 21 В 47/00, 1978,Авторское свидетельство СССРУ 1008422, кл. Е 21 В 43/00, 1981(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГЛУБИННОНАСОСНОЙУСТАНОВКОЙ МАЛОДЕБИТНЫХ НЕФТЯНЫХСКВАЖИН, содержащее датчик усилия,формирователь напряжения сети, триэлемента И, два элемента ИЛИ, блокуправления, счетчик числа цикловнезаполнения насоса, две схемы сравнения, выходной триггер, исполнительное реле, счетчик времени работыглубиннонасосной установки и блокиндикации, причем выходы датчика усилия и формирователя напряжения сетисоединены соответственно с первымивходами первого и второго элементов И,выходы последних связаны с входомпервого элемента ИЛИ, а второй входвараго элемента И - с выходом блокауправления, другие выходы которогосоединены с одним входом первой схемы сравнения, выход которой черезвторой элемент ИЛИ подключен к сдномуиз входов счетчика числа циклов невход которого связанпервого элемента ИЛИ, пры реверсивного счетчика12Изобретение относится к нефтедобыче, в частности к устройствам для автоматического управления глубинно- насосными установками, и может быть использовано при эксплуатации малодебитных нефтяных скважин в режиме периодической откачки жидкости.Цель изобретения - повышение точности контроля работы в режиме периодической откачки жидкости из скважины.На фиг. 1 представлена функциональная блок-схема устройства для автоматического управления глубиннонасосной установкой малодебитных нефтяных скважин; на фиг. 2 - временная зависимость сигнала усилия предлагаемого устройства; на фиг. 3 - динамограммы нормальной работы насоса и работы насоса с незаполнением жидкостью устройства; на фиг. 4 - функциональная схема блока управления. 29426 Устройство содержит частотный датчик 1 усилия, формирователь 2 напряжения сети, три элемента И (соответственно первый И 1, второй И 2 и третий ИЗ), два элемента ИЗИ (соответственно первый ИЗИ 1 и второй ИЗИ 2), блок 3 управления, счетчик 4 числа циклов незаполнения насоса, две схемы 5 и б сравнения, выходной триггер 7, исполнительное реле 8, счетчик 9 времени работы глубиннонасосной установки и блок 1 О индикации. Выходы датчика 1 усилия и формирователя 2 напряжения сети соединены соответственно с первыми вхоцами первого И 1 и второго И 2 элементов.Выходы последних связаны с входом первого элемента ИЗИ 1, а второй вход второго элемента И 2 - с выходом блока 3 управления, другие выходы которого соединены с одним входом первой схемы 5 сравнения, Выход последней через второй элемент ИЗИ 2 подключен к одному из входов счетчика 4 числа циклов незаполнений насоса, один выход которого соединен с одним из входов второй схемы б сравнения, своим выходом связанной с входом блока 3 управления, выходы которого также подключены соответственно к второму входу счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса и одному из входовЪ,/ выходного триггера 7. Последний своим выходом связан с входом исполнительного реле 8 и одним из входов третьего элемента И 3,О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 второй вход которого подключен к выходу формирователя 2 напряжения сети, а выход - к входу счетчика 9 времени работы глубинно-насосной установки, своим выходом соединенного с блоком 10 индикации.Устройство для автоматического управления глубиннонасосной установкой малодебитных нефтяных скважин снабжено отметчиком 11 крайних положений и реверсивным счетчиком 12 площади динамограммы. Выход отметчика 11 крайних положений связан с входом блока 3 управления, выходы последнегс подключены к второму входу первого элемента И 1 и трем входам реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, четвертый вход которого связан с выходом первого элемента ИЛИ 1. Выходы реверсивного счетчика 12 площади динамограммы подключены соответственно к вторым входам обеих схем 5 и б сравнения и второго элемента ИЛИ 2, а выход счетчика числа циклов незаполнения насоса связан одновременно с выходом блока 3 управления и вторым входом выходного триггера 7.При этом входы сброса реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса и счетчика 9 времени работы глубиннонасосной установки обоз 11 ачены через, соответственно суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика 2 площади динамограммы обозначены через о., и д, счетные входы реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса и счетчика 9 времени работы глубиннонасосной установки через аз, Через,й, обозначены информационные выходы счетчика 4 циклов незаполнения насоса, Реверсивного счетчика 12 площади динамограммы и счетчика 9 времени работы глубинно- насосной установки (причем код, полученный на выходе Р , характеризует содержимое каждого из указанных счетчиков), а через 19 - выходы переноса двоичных разрядов реверсивного счетчика 12 площади динамограммы и счетчика 4 числа циклон незаполнения насоса,На фиг. 2 приняты следующие обозначения", - время; Р - усилие.; Г - код измеренного значения усилия: 1 - момент начала хода штанг вверх;момент начала хода штанг вниз;12294 момент окончания периода измерения площади динамограммы; Ти - время движения штанг вверх (первый полупериод); Т - время движения штанг вниз (вто- Мрой полупериод); Т - период качания станка-качалки; Н,Иь, И, Н, и Ч - коды значений усилия измеренные в точ 9ках А, Б, В, Ги А; О, АБВ 0; - площадь динамограммы,измеренная к моменту времени относительно нулевого уровня; 0 АБВОплощадь динамограммы, измеряемая в течение первого полупериода качания станка-качалки относительно нуле 1вого уровня 00 ; 0 ВГА 0 - площадь динамограммы, йзмеряемая в течение второго полупериода качания относительно нулевого уровня 00 при нормальной работе насоса; ОВВ,Г,А 0; - площадь динамограммы,. измеренная в течение второго полупериода качания О относительно нулевого уровня 00 з при незаполнении насоса жидкостью.На фиг. 3 показаны реальная динамограмма нормальной работы насоса АБ 2,ВГ 1 А, реальная динамограмма при 25 незаполнении насоса жидкостью АБ 1,ВВ,Г, 1 А и теоретическая динамо- грамма нормальной работы насоса АБВГ. Блок 3 управления (фиг. 4) содер 3 .;Ит фазовый детектор 13, фильтр 14 пару транзисторных ключей 15 три триггера 16 - 18, два элемента ИЛИ (ИЛИЗ и ИЛИ 4) . два элемента И-НЕ (И-НЕ 1 и И-НЕ 2), два элемента задержки (31 и 32), два элемента НЕ (НЕ 1 35 и НЕ 2) и элемента И (И 4), причем выход отметчика 11 крайних положений подключен через фазовый детектор 13 и фильтр 14 к входу пары транзисторных ключей 15, два выхода которых 40 ( О, и П) подключены соответственно к двум входам элементов И - НЕ 1 и ИНЕ 2, два выхода которых подключены к двум входам триггера 16, два выхода которого подключены соответственно к входам Ф, и М реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, при этом выход элемента И-НЕ 1 через элемент НЕ 1 подключен к входу первой схемы 5 сравнения, через элементы НЕ 1 50 и 31 - к входу а. реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, через элементы НЕ 1, 32, И 4 и ИЛИ 4 - к входу 1 счетчика ч числа циклов незаполнения насоса, а выход элемен та И-НЕ 2 через триггер 18 подключен к второму входу элемента И 4. Кроме того р входы кнопки Пуск и Второи 26 4схемы 6 сравнения подключены черезэлемент ИЛИЗ к входу выходного триггера 7, а через элемент ИЛИЗ и триггер 17 - к входам элементов И-Н 12,И-НЕ 1 и И 1, причем выход 9 счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса через триггер 17 соединен с входом элемента И 2, а через элемент НЕ 2подключен к второму входу элемента ИЛИ 4, причем выход первой схемы 5сравнения связан с вторым входомтриггера 18. Устройство работает следующимобразом.При первоначальном включении устройства, т,е. поступлении сигнала"Пуск", счетчик 9 времени работыглубиннонасосной установки сбрасывается в нулевое состояние, а сигналом с соответствующего выхода блока 3 управления выходной триггер 7устанавливается в единичное состояние, срабатывает исполнительное реле 8, включающее глубиннонасоснуюустановку. Кроме того, по сигналу"Пуск" в блоке 3 управления (фиг.4)триггер 17 устанавливается в единичное состояние и на двух соответствующих выходах блока 3 управленияпоявляются сигналы, разрешающие прохождение импульсов с выхода частотного датчика 1 усилия через открытыйэлемент И 1 и элемент ИЛИ 1 на счетныйвход Ыз реверсивного счетчика 12 площади динамограммы. При этом частотаимпульсов на выходе датчика 1 усилияпропорциональна значениям сигналаусилия на полированном штоке станкакачапки.При поступлении с отметчика 11.крайних положений сигнала о нахождении полированного штока в крайнем .нижнем положении блоком 3 управлениявырабатывается сигнал, поступающийна входы сброса с реверсивного счетчика 12 плошади динамограммы и счетчика 4 числа циклов незацолнения насоса, устанавливая их в нулевое состояние.Кроме того, с соответствующеговыхода блока 3 управления подаетсяуправляющий сигнал на суммирующийвход с, реверсивного счетчика 12 площади динамограммы,Таким образом, реверсивный счетчик 12 площади динамограммы, начинаяс момента г. начала хода штанг вверх,осуществляет подсчет импульсов, по 5 12294 ступающих с выхода датчика 1 усилия, Так как частота поступающих импульсов пропорциональна усилию на политрованном штоке, код на выходе Д реверсивного счетчика 12 площади динамограммы в любой момент времени оказывается пропорциональным площади Я;фигуры, ограниченной кривой усилия Р, нулевой линией 0,0 и ординатами ОА и 0; В , соответствующими мо- О ментам временик к Т; (фиг, 2 и 3).Суммирование импульсов в реверсивном счетчике 12 площади динамограмлыпродолжается до поступления на блок 3 управления с отметчика 11 крайних 15 положений сигнала о нахождении полированного штока в крайнем верхнем положении. В момент времени д код на выхо 20де , реверсивного счетчика 12 площади динамограммы пропорционаленплощади динамограммы, измереннойв течение первого полупериода качания относительно нулевой линии 0 Оз,т,е. площади фигуры 0 АБВО, . Сигнало нахождении полированного штокав крайнем верхнем положении поступаетс выхода отметчика 11 крайних положений на вход блока 3 управления и,пройдя через фазовый детектор 13 кфильтр 14, поступает на вход парыразнополярных ключей 15, на выходе акоторой появляется импульс устанавливающий триггер 16 в единичное состояние (фиг. 4). В результате этого35с выхода блока 3 управления на вычктающий входреверсивного счетчигка 12 площади динамограммы поступаетсигнал устанавливающий этот счет 46чик в режим вычитания. При этом импульсы, поступающие с выхода датчика 1 усилий на вход ж реверсивногосчетчика 12 площади дкнамограммы, теперь вычитаются из накопленной в счет 45чике суммы,Вычитание продолжается до тех порпока с отметчика 11 крайних положе-.ний на блок 3 управления не поступитсигнал о нахождении полированного50штока в крайнем нижнем положении.Этот сигнал, пройдя в блоке 3 управления через фазовый детектор 13 ифильтр 14, поступает, на вход парытранзисторных ключей 15, на выходед которой появляется импульс, уста 55невлквающий триггер 16 в нулевое состояние. При этом реверсивный счетчик 12 площади динамограммы вновь 26устанавливается в режим суммирования и оказывается подготовленным к следующему циклу качания. Код И на выходе 13, реверсивного счетчика 12 площади динамограммы в этот момент оказывается пропорциональным площади реальной дкнамограммы (фиг. 3), полученной путем вычитания площадей под кривой усилия Р(с) за первый к второй полупериоды качания, Таким образом, полученное значение Я площади реальной динамограммы не зависит от положения нулевой линии 00 з. Так как максимальная частота импульсов на выходе частотного датчика 1 усилкй Хт=-.3200 Гц (диапазон частот датчика бГ=2800-3200 Гц), а максимальный период качания Т=15 сястлс (п=4 кач./мкн), то максимальный код Е,. на выходе , реверсивного счетчика 12 площади дкнамограммы определяется какСледовательно, разрядность (16 двоичных разрядов) реверсивного счетчика 12 площади дкнамограммы вполне достаточна для преобразования площади дкнамограммы Бр в цифровой код за один период качания, При этом реверсквный счет лик 12 глощади динамо- граммы может быть выполнен на базе мккрссхем К 155 ИЕ 7. Прк поступлении сигнала о нахождении полкрованного штока в крайнем нижнем положении блок 3 управления разрешает работу первой схемы 5 сравнения, где осуцествляется сравнение кода 11 на выходе , реверсивного счет .ика 12 площади динамограммы с велкциной уставкк 8 , которая1 ст тзаранее определена соотношениемЧтт тй Згде 8- значение площади теоретической дкнамограммы нормальной работы насоса для данкой скважины;К - допустимый коэфФициент заполнения насоса жидкостью.Если 8 Я , , то это означает, что коэффкцкей, заполнения насоса еще не снкзипся до заданной величины. При этом на выходе второй схемы 6 сравненкя сохраняется уровень логической единицы, и в следующем цккле кацания вновь осуществляется измерение площадк динамограммь 1 8 к сравнение ее с уставкой Ь З1229426 8 что возможно уже коэффициент заполнения насоса жидкостью снизился до заданной величины. При этом на выходепервой схемы 5 сравнения получаетсясигнал "О", который поступает навход блока 3 управления и через элемент ИЛИ 2 йа счетный вход м з счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса, код на выходекоторого увели 10 чивается на единицу. Подсчет продолжается в течение 15 циклов работы насоса, Это происходит следующим образом,В каждом цикле качания в момент нахождения полированного штока в край нем верхнем положении с отметчика 11крайних положений на вход блока 3управления поступает сигнал, которыйустанавливает триггер 18 в единичноесостояние и разрешает работу элемента И 4. В момент нахождения полированного штока в крайнем нижнем положе 20 нии, т,е. по окончании периода качания, с отметчика 11 крайних положе 25 ний на вход блока 3 управления поступает импульс, в течение которого анализируется состояние первой схемы 5 сравнения. Этот импульс подает -30 ся на вход элемента И 4 с задержкой т, большей времени срабатывания первой схемы 5 сравнения, Если Я( Б т, то на выходе первой схемы 5стсравнения появляется нулевой сигнал, сбрасывающий в "О" триггер 18. Уро.вень логического О, проходя через элемент И 4, поступает на сбросный вход К счетчика 4 числа циклов не- заполнения насоса и разрешает подсчет40 импульсов. Если 5Б, то на выходе первой схемы 5 сравнения сохраняется уровень логической "1", триггер 18 остается в единичном состоянии и разрешает прохождение единичного импуль 45 са с выхода а, пары транзисторных ключей 15 через элемент И 4 на вход М счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса, При этом счетчик (например, К 155 ИЕ 7) сбрасывается в нулевое состояние и подсчет числа циклов незаполнений насоса начинается заново, В этом случае принимается решение о случайности возникновения ситуации незаполнения насоса жидкостью, Если в течение 15 циклов подряд подтверждается состояние неэаполнения насоса жидкостью, то сни 7 Если Я ы Н, то это означает, жение коэффициента заполнения насоса до заданной величины считается достоверным, При этом на выходе перено- . са,6 счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса появляется сигнал логического "О", который устанавливает выходной триггер 7 в нулевое состояние, что обесточивает исполнительное реле 8 и выключает электродвигатель станка-качалки. Кроме того, при переходе в нулевое состояние выходного триггера 7, выход которого подключен к одному из входов элемента ИЗ, импульсы с частотой 25 Гц с выхода формирователя 2 напряжения сети через элемент ИЗ не проходят, и поэтому заполнение счетчика 9 времени работы глубиннонасосной установки прекраща - ется, т,е. заканчивается подсчет времени ее работы.Начиная с этого момента устройство переходит к подсчету времени накопления жидкости. При этом нулевой сиг нал с выхода р счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса поступает на вход блока 3 управления и устанавливает в нулевое состояние триггер 17, выходы которого подключены к входам элементов И 1 и И 2. При этом блок 3 управления запрещает прохождение импульсов с выхода датчика 1 усилий через элемент И 1 и разрешает прохождение импульсов частотой 25 Гц с выхода формирователя 2 напряжения сети через открытый элемент И 2 на счетный вход с последовательно соединенных через элемент ИЛИ 2 реверсивного счетчика 12 площади динамограммы и счетчика 4 числа циклов незаполнения насоса, образующих 24- разрядный счетчик. При этом счетчик 4 числа циклов незаполнения насоса может быть выполнен в виде последовательно соединенных двух микросхем К 155 ИЕ 7, причемвыход переноса первой микросхемы15) является выходомпереносасчетчика 4, который связан с входамивыходного триггера 7 и блока 3 управления. При подсчете импульсов с выхода формирователя 2 напряжения сетисчетчики 12 и 4 используются для подсчета времени накопления жидкостипричем сигнал с выхода переносареверсивного счетчика 12 площади динамограммы, пройдя через элемент ИЛИ 2,поступает на счетный вход сэ счетчика 4 числа циклов незаполненця насоса,Информационные выходы /3, счетчиков 12и 4 подключены к входам второй схемы 6 сравнения. Таким образом, на9 12 вторую схему 6 сравнения подается текущее значение времени накопления жидкости. Заданное значение времеНни накопления жидкости Сщустанавливается во второй схеме 6 сравнения заранее. В процессе работы происходят сравнение Сн с заданной величиной н заАЕсли 1 с , то на выходе второйН,заАсхемы 6 сравнения сохраняется уровень " 1", и поэтому подсчет времени накопления жидкости продолжается., Если1,аА, то на выходе второй схемы 6 сравнения получается сигнал "0", который поступает на вход блока 3 управления, триггер 17 устанавливается в единичное состояние, что означает окончание времени накопления жидкости и начало очередного цикла измерения площади динамограммы. При этом по сигналу с блока 3 управления закрывается элемент И 2 и открывается элемент И 1, разрешая прохождение импульсов с выхода частотного датчика 1 усилий на счетный входреверсивЭного счетчика 12 площади динамограммы. Кроме того, с выхода блока 3 управления на установочный вход выходного триггера 7 поступает сигнал 0", который устанавливает выходной триггер 7 в единичное состояние, поэтому срабатывает исполнительное 29426 10реле 8 и включается электродвигательстанка-качалки. При этом сигнал "1"на выходе выходного триггера 7 разрешает прохождение импульсов частотой25 Гц с выхода формирователя 2 напряжения сети через элемент ИЗ насчетный вход М э счетчика 9 времениработы глубиннонасосной установки,Устройство переходит в состояние ожи 10 дания сигнала с выхода отметчика 11крайних положений о нахождении полированного штока в крайнем нижнем положении, При получении этого сигналаблок 3 управления обнуляет реверсивный счетчик 12 площади динамограммыи счетчик 4 числа циклов незаполнения насоса, устанавливает реверсивный счетчик 12 в режим суммированияи цикл контроля работы глубиннснасос -2 ц ной установки возобновляется,Таким образом счетчик 9 времениработы глубиннонасосной установкиподсчитывает фактическое суммарноевремя работы глубиннонасосной уста 25 новки, а блок 10 индикации показывает фактическое суммарное время работы глубиннонасосной установки. Приэтом показания блока 10 индикацииза определенный промежуток временихарактеризуют эффективность эксплуатации малодебитных скважин з:ежимепериодической откачки,1229426 Составитель Э.Гинзбуредактор О.Юрковецкая Техред Г.Гербер ата ррект 2434/3ВНИИ Тираж 586 ПодписиПИ Государственного комитета СССРделам изобретений и открытий1 осква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 03 Проектная, 4 изводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгоро