Устройство диагностирования скважинных штанговых насосов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 1 7/02 В 43/00; Г 0 РЕТ ЕЛЬСТ СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ(71) Азербайджанский институт нефти и химии им.М.Азизбекова(56) Авторское свидетельство СССР836343, кл. Е 21 В 44/00, 1979.Авторское свидетельство СССР1245753, кл. Е 21 В 43/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ НАСОСОВ(57) Изобретение относится к оборудованию технического диагностирования состояния глубины насосного нефтяного оборудования. Цель изобретения - повышение точности диагностиро вания состояния скважинных штанговых насосов. Устр-во содержит датчики 80133567 усилителя 1 и хода 2, генератор так товых импульсов 3, дифференцирующий блок 4 блок 5 масштабирования, пре образователь 6 напряжения в частоту счетчики 7, 12-14 импульсов, блоки памяти 8, управления 9 и приращения 10, элементы 11 и 16 сравнения, дел тель 15 и блок индикации 17. Устрой ство осуществляет анализ состояния штанговых насосов путем определения отношения периодов восприятия и сня тия нагрузки по кривой усилия на плунжере насоса. Ее предварительно восстанавливают по сигналам усилия на полированном штоке и перемещения точки подвеса штанг, поступающим с датчиков 1 и 2, Восстановленная кри вая практически не искажена влияние колебательного процесса упругой системы штанги-жидкость-трубы. 1 э.п. ф-лы, 3 ил,Изобретение относится к области технического диагностирования глубин но-насосного нефтяного оборудования.Цель изобретения - повышение точности диагностирования состояния скважинных штанговых насосов (СШН).Устройство осуществляет анализ сигналов усилия на плунжере глубинного насоса путем определения отношения длительностей участков восприятия и снятия нагрузки и сравнением его с граничными значениями этого классификационного признака по каждому классу состояния СШН.На фиг, 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг, 2 временная диаграмма работы устройства; нафиг, 3 - функциональная схема блока масштабирования.Устройство содержит датчики усилия 1 и хода 2, генератор 3 тактовых импульсов, дифференцирующий блок 4, блок 5 масштабирования, преобразователь 6 напряжения в частоту, при этом выходы датчиков усилия 1, хода 2 и дифференцирующего блока 4, связанного своим выходом с входом датчика 2 хода, подключены к трем входам блока 5 масштабирования, выход которого подключен через преобразователь 6 в частоту к первому входу счетчика 7 импульсов, выход которого соединен с входом блока 8 памяти, а выход генератора 3 тактовых импульсов подключен к входу блока 9 управления, первый выход которого подключен к входу блока 8 памяти, второй к входу счетчика 7 импульсов. Выход последнего подключен к первым входам блока 10 приращения и элемента 11 сравнения, а два выхода блока 8 памяти подключены соответственно к двум другим входам блока 10 приращения и элемента 11 сравнения. Выход блока 10 приращения и выход элемента 11 сравнения подключены соответственно к первому и второму входам блока 9 управления, третий выход которого связан с входом блока 10 приращения. Выход генератора 3 тактовых импульсов подключен также к первым входам счетчиков 12-14 импульсов, вторые входы которых связаны с тремя выходами блока 9 управления. Выходы счетчиков 12 и 13 соединены с двумя входами делителя 15, выход ко,торого подключен к входу блока 16 сравнения, другой вход которого связан с выходом блока 8 памяти, а вы 20 25 ЗО 35 ЛО 45 50 55 ход - с третьим входом блока управления 9, а выход счетчика 14 импульсов связан с входом блока 17 индикации.На фиг. 2 приняты следующие обозначения: Б - перемещение точки подвеса штанг, Р - усилие на полированном штоке, Р, - усилие на плунжере насоса, Г - время, н - момент начала хода штанг вверх, , - момент начала хода штанг вниз,- момент окончания периода качания, Р и Р1 пк соответственно значения сигналов усилия на полированном штоке и на плунжере насоса в 1.-й момент времени,и 1 - длительности участков восприятия и снятия нагрузки, ьТ - шагквантования при измерении сигналовусилия, Р, д и Р - усилие на плунжере насоса соответственно в началеучастка восприятия и в конце участкаснятия нагрузки; Ь, - приращениеусилия на плунжене на 1-м интервалеквантования, й , - пороговое значениеприращения усилйя на плунжере на интервале квантования.Блок масштабирования (фиг. 3) содержит элементв 18-20 задержки, входыкоторых соединены соответственно свыходами датчиков усилия 1 и хода 2с дифференцирующего блока 4, а выходыих соответственно подключены к входаммасштабирующих усилителей 21-23. Приэтом выход масштабирующего усилителя21 соединен с входом инвертора 24,выход которого вместе с выходамимасштабирующих усилитетей 22 и 23, атакже входами элементов 18-20 задержки подключены к входу сумматора 25,выход которого соединен с входом преобразователя б напряжения в частоту.Устройство работает следующим образом,Сигналы с выходов датчиков усилия1 и хода 2, а также с выхода дифференцирующего блока 4, выход которогосвязан с выходом датчика 2 хода, поступают на вход блоха 5 масштабирования, с выхода которого сигнал Р,(Т)поступает на вход преобразователя бнапряжения в частоту. Сигнал Р (Г.)соответствует усилию на плунжере глубинного насоса. Значения Р, (Г) усилия на плунжере глубинного насоса независит от искажающего влияния упругих колебаний системы штанги-жидкость-трубы. Следовательно, осуществление анализа сигналов с датчика уси 1335678хода блока 5 масштабирования поступает на вход преобразователя б напряжение-частота с выхода которогочастота, пропорциональная значениюусилия на плунжере насоса, поступаетна первый вход счетчика 7 импульсов,на второй вход которого поступаютстробирующие импульсы разрешениясчета, сформированные в блоке 9 управления из тактовой последовательности импульсов блока 3. Длительностьстробирующих импульсов блока 3. Длительность стробирующих импульсовсоставляет 15 И и 2 2 Г ггде йГ частота следования импульсов на выходе генераторатактовых импульсов 3;коэффициент деления частоты,заданный блоком 9 управления. При этом в счетчике 7 записывается число, пропорциональное текущему значению сигнала усилия Рна плунжере насоса. Это число подается на первый вход блока 10 приращения, на второй вход которого подается код предыдущего значения сигналаусилия Р из блока 8 памяти, которое было записано в первый параллельный регистр блока 8 памяти в35предыдущем шаге квантования сигналаусилия ь 1; Затем с выхода блока 9управления на вход блока 10 прираще ния поступает короткий импульс, в течение которого этот блок определяетвеличину и знак приращения сигналаусилия= Р - Р , и сравниваетмодуль этого приращения ь 1.) и свеличиной уставки й. При этомсначала происходит сложение байта,соответствующего текущему значениюсигнала усилия Р поступающего свыхода счетчика 7, с дополнительнымвосьмиразрядным кодом, соответствующего значению Р;, с выхода блока 8 50памяти. В дальнейшем полученное значение приращениясравнивается свеличиной уставки Ь путем сложенияс дополнительным восьмиразрядным кодом этой уставки, причем, если ыО,найденное значение приращения предварительно инвертируется, а к реэультату сложения с дополнительным кодомуставки добавляется единица,В зависимости от результата сравнения модуля приращения сигнала уси. лия с величиной уставки и от знакаприращения на одном из трех выходов блока приращения появляется сигнал, поступающий на соответствующий вход блока управления. Если е 1- бакст и ь 1О, на первом выходе блока приращения появляется сигнал, свидетельствующий о начале участка восприятия нагрузки. По этому сигналу блока управления записывает одержимое первого параллельного регистра блока памяти, соответствующее сигналу усилия в точке А, во второй параллельный регистр блока памяти. При этом код, пропорциональный сигналу усилия в точке А, поступает на вход схемы сравнения, на второй вход которой с выхода счетчика 7 поступает код, пропорциональный текущему значению сигнала усилия Р . ОдновреПменно блок управления разрешает счет счетчика 12 длительности участка восприятия нагрузки, на счетный вход которого поступают импульсы с выхода генератора 3. На каждом шаге кванто - вания Ьсигнала усилия по окончании работы блока приращения с задержкой , , равной времени срабатывания блока памяти, блок управления записывает содержимое счетчика 7 в первый параллельный регистр блока 8 памяти, подготавливая инйормацию на входе блока 10 приращения к следующему шагу квантования, Дальнейшие измерения сигнала усилия на участке восприятия нагрузки подтверждают состояние разрешения счета для счетчика 12.При измерении сигнала усилия на участке неизменной нагрузки состояние блока приращения определяется неравенствомыс Ь , . При этом сигнал с третьего выхода блока приращения поступает на вход блока управления, который запрещает счет импульсов счетчиком 12, код на выходе которого соответствует длительности участка восприятия нагрузки При измерении сигнала усилия на участке снятия нагрузки состояние блока приращения определяется неравенствами ьи ьО. При этом сигнал с второго выхода блока приращения поступает на вход блока управления, который разрешает счет импульсов счетчиком 13 длительности участка снятия нагрузки, на счетный78 1. Устройство диагностирования скважинных штанговых насосов, содержащее датчик усилия, преобразователь напряжения в частоту, выход которого подключен к первому входу первого счетчика, генератор тактовых импульсов, соединенный со счетным входом блока управления и первыми входами второго, третьего и четвертого счетчиков, выход первого счетчика соединен с первыми входами блока памяти, первого блока сравнения и блока приращения, выход которого подключен к первому входу блока управления, выходы блока памяти соединены соответственно с первым входом второго блока сравнения и вторыми входами блока приращения и первого блока сравнения, выход которого соединен с вторым входом блока управления, выходы которого подключены соответственно к второму входу блока памяти, второму входу первого счетчика, третьему входу блока приращения, вторым входам третьего, четвертого и пятого счетчиков и управляющему входу делителя частоты, первый и второй входы которого соединены с выходами второго и третьего счетчиков, и выход - с вторым входом второго блока сравнения, выход которого подключен к третьему входу блока управления, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности диагностирования состояния скважинных штанговых насосов, в устройство введены датчик хода,7 13356 вход которого поступают импульсы с генератора 3 тактовых импульсов.В момент окончания участка снятия нагрузки очередное текущее значение сигнала усилия Рп, 8 , поступающее с5 выхода счетчика 7 на вход элемента 11 сравнения, сравнивается со значением сигнала усилия в точке А (Р ), копи.д торое предварительно записано во 10 втором параллельном регистре блока 8 памяти. При этом с выхода элемента 11 сравнения на вход блока 9 управления поступает сигнал окончания импульса сигнала усилия. Так как сигнал начала 15 участка снятия нагрузки получен блоком управления с задержкой, равной шагу квантования Ь, при получении сигнала с выхода элемента 11 сравнения блоком управления вырабатывается управляющий сигнал с задержкойкоторый запрещает счет импульсов счетчиком 13.,При этом содержимое счетчика 13 соответствует длительности участка снятия нагрузки С. 25Значения величин , ипоступают с выходов счетчика 12 и 13 на входы делителя 15, который по сигналу с блока управления определяет отношение Т,/ , характеризующее одно из шести классов состояния СШН: нормальная работу, утечка в приемном или нагнетательном клапане, высокая или низкая посадка плунжера и незаполнение насоса. Значение величины/С35 поступает на вход блока 1 б сравнения, на второй вход которого с выхода блока памяти последовательно поступают граничные значения И, величины С,Йгдля каждого класса состояния СШН. Синхронно с импульсами, управляющими работой блока памяти, на вход счетчика 14 номера класса состояния СШН поступают импульсы с генератора 3. Если ,/Т ( И , элементом 1 б срав-45 нения в блок управления подают сигнал о показании найденного значения величины/с, внутрь диапазона возможных значений этой величины для данного класса состояний. При этом блок управления запрещает счет счетчиком 14 импульсов, с выхода которого код номера класса состояния СШН поступает на вход блока 17 индикации, сигнализующего о соответствующем состоянии штангового глубинного насоса.Следовательно, предлагаемое устройство осуществляет анализ состояния СШН путем определения отношения периодов восприятия и снятия нагрузки по кривой усилия на плунжере насоса, предварительно восстановленной.по сигналам усилия на полированномштоке и перемещения точки подвесаштанг, поступающим с соответствующихдатчиков, установленных на балансирестанка-качалки. Восстановленная такимобразом, кривая усилия на полированном штоке практически не искаженавлиянием колебательного процессаупругой системы штанги-жидкость-трубы, так как усилие на плунжере независит от динамических нагрузок,возникающих в штангах при их упругихдеформациях. Это позволяет повыситьточность определения периодов восприятия и снятия нагрузки по сравнениюс известным устройством. Формула изобретения1335 9соединенный с дифференцирующим блоком, и блок масштабирования, при этом .выходы датчиков усилия и хода и дифференцирующего блока подключены к входам блока масштабирования, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения в частоту,2. Устройство по п, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок масштабирования выполнен в виде элементов задержки, соединенных с масштабирующими усилителями, инвертора и сум 673 1 Оматора, при этом выход первого масштабирующего,усилителя через инверторсоединен с первым входом сумматора,второй и третий входы которого соедииены непосредственно с выходами второго и третьего масштабирующих усилителей, третий, четвертый и пятыйвходы сумматора объединены соответ 1 п ственно с входами первого, второгои третьего элементов задержки и являются соответствующими входамиблока.1335 б 7 В оо, ф. Назаркин Составительактор М. Бланар . Техред Б.Кад рректор С, Че аз 4021/28ое д. 4 водственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 532 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Раушс