Устройство для диагностирования состояния глубиннонасосного оборудования

(54) СОСТО ВАНИЯ (57) Изобре ке и вычисл значено для ния глубинн УСТРОИСТВО ДЛЯ Д 1 ЯНИЯ ГЛУБИННОНАС НОСТИР ОГО ОБ РУДОе относится к томат редна стоя- обоельнои технике и агностирования с асосноч установк ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Специальное конструкторское бюро"Кибернетика" с опытным производствомИнститута кибернетики АН АЗССР(56) Авторское свидетельство СССРР 914753, кл. Г 21 В 43/П), 198).Авторское свидетельство СССРУ 11)8193, кл. Е 21 В 43/О), 1983. 2рудованной штанговыми насосами. Цель изобретения - увеличение полноты контроля, Устройство содержит датчик 1 усилия, фиксатор 2 нулевого уровня положительной части информационного сигнала, Аиксатор 3 нулевого уровня отрицательной части информационного сигнала, первый 4 и второй 5 счетчики, аналого-цифровой преобразователь 6, первый 7 и второй 8 накапливающие сумматоры, первыч 9 и второй 1 О блоки деления, блок 11 вычитания, первую 12 и вторую 17 схемы сравнения, блок 15 уставок, элемент И 18, триггер 13, блок 14 индикации и блок 16 управления. Устрочство позволяет фиксировать состояние обрыва в колонне нтанг путем осуществления прямого контроля Фактических нагрузок на итанги в точке их подвеса. 5 ил.Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике и предназначено для диагностирования состоянияглубиннонасосной установки, оборудованной штанговыми насосами в процессеих работы.Цель изобретения - увеличение полноты контроля,На Фиг. 1 представлена блок-схемаустройства для диагностирования состояния глубиннонасосного оборудования;на фиг.2 - . схема блока управления,устройства; на Фиг. 3 - временные зависимости сигнала усилия ( ю - временные зависимости сигнала усилия, получаемые на выходе датчика усилия, в координатах напряжение - время (О-С);, В - сигнал, получаемый на выходе Фик,.сатора нулевого уровня положительной 20,части сИгнала в координатах напряже,ние - время Ж-С)3 В - сигнал, полу,чаемый на выходе Фиксатора нулевогоуровня отрицательной части сигнала вкоординатах напряжение - время (О -с); 25на Фиг. 4 - динамограмма предаварийной ситуации при обрыве штанг;М 1цФ(-1) - номинальное среднее знан 30чение напряжения сигнала датчика усилия.,соответствующее полезному ходуплунжера, во время которого статическая нагрузка ня шток равна весу штангй д 357.П , Ци жидкости; (-=- - )я ч (- -) фф мноминальное и Фактическое среднее зна,чение напряжения сигнала датчика усилия,. соответствующее нагрузке на шток,равной весу нтянг; ан; и д ф - номинальная и Фактическая разность междусредньщи значениями напряжений сигнала датчика усилий у соответствующая 45весу жидкости; 1 - теоретическая динамограмма нормапьной работы насоса;2 - нулевая линия усилия; на Фиг, 5 -алгоритм работы устройства.Устрочство содержит датчик 1 уси - ..лия штанги насоса, Фиксатор 2 нулево.го уровня положительной части инФормационного сигнала, Фиксатор 3 нулевого уровня отрицательной части инФормационного сигнала, первый 4 и второй 5счетчики, аналого-циФровой преобразо 55ватель 6, первый 7 и второй 8 накапливающие сумматоры, первый 9 и второй 10блоки деления, блок 11 вычитания,первую схему 12 сравнения, триггер 13,блок 14 индикации, блок 15 уставок,блок 16 управления, вторую схему 17сравнения, элемент И 18,Блок 1 б управления (Фиг. 2) содержит генератор 19 тактовой частоты,первый 20 и второй 21 усилители-ограничители, первьй, второй, третий ичетвертый элементы И 22-25 соответственно, элемент ИЛИ 26, дешиФратор27, счетчик 28, таймер 29, первый,второй, третий и четвертый элементы 30-33 задержки соответственно.Устройство для диагностированиясостояния глубинно-насосного оборудования работает следующим образом,Задается количество циклов нагнетания глубинного насоса (КЦ:=и) и времяостанова устройства (Т =1 ч). Сигфстнал датчика 1 усилия (Фиг. За) одновременно поступает на входы Фиксаторов 2 и 3 нулевого уровня положительной и отрицательной части сигнала и1аналого-циФрового преобразователя б1тем самым запускается устройство вработу. Фиксаторы 2 и 3 нулевогоуровня Фиксируют соответственно положнтельные и отрицательные части сигнала.в нулевом уровне (Фиг.ЗЮ,.в),что позволяет независимо от изменения нуля датчика 1 усилия получитьположительные и отрицательные частисигнала на постоянном уровне. С выходов Фиксаторов 2 и 3 нулевого уровняна первый ю, и второй рвходы блока 16 управления поступают положительные и отрицательные части сигналадатчика 1 усилия соответственно.Сигнал 1" с третьего выхода блока 16управления поступает на обнуляющиевходы накапливающих сумматоров 7 и 8,счетчиков 4 и 5, что привлдчтся в исходное состояние. С первого выхода ь блока 16 управления сигнал "1" поступает ня инФормационные входы счетчика 4 и накапливающего 1 сумматора, разрешая суммирование содержимого сумматора 7 с текущим сигналом, поступающим на другой егоинФормяционный вход с аналогоциФрового преобразователя 6 (АЦП):Таким образом, в накапливающемЙ суммаТоре 7 находится сумма ,Е У+1 значений отсчетов положительной части сигнала датчика 1 усилия в течение и циклов нагнетания глубинного насоса,р Ц значений И отсчетов отрицатель 4нои части сигнала датчика 1 усилияв течение п циклов нагнетания глубинЫного насоса (См 2:= ;.1), ), в счетчи - 10:1 фке 5 хранится число отсчетов (Сч 2::=)1 ).Содержимое накапливающего сумматора 7 поступает на информационный входблока 9 деления в качестве делимого,на другой информационный вход которого поступает н качестве делителя значение числа отсчетов ИМ;,р)р ==См 1:Сч 1)ь Содержимое накапливающего 20сумматора 8 поступает на информационный вход блока 10 деления в качестведелимого, на другой инАормационныйвход которого поступает в качестведелителя значение числа отсчетов 25с выхода счетяика 5 (ц;, )ф,=См 2;С т 2).Сигнал "1" с четвертого выхода 8блока управления поступает на разрешающие входы блоков 9 и 1 О деления,разрешая проведение операции деления.Результаты деления с выходов блоков 9и 1:) деления поступают на первый нвторой входы блока 11 вычитания, наразрешающий вход которого поступает"1" с пятого выхода В блока 16 уп 35равления, разрешая проведение операции вычитания, в результате чего поМ,Е( -"- -) поступает на вход первогоИ фблока 12 сравнения, на другой входкоторого с первого выхода блока 15уставок поступает (дн - номинальное 45значение средней величины разностисигнала датчика 1 усилия при ходештанги вверх и вниз) значение уставки.Если полученное на выходе первогоблока 12 сравнения будет зафиксировано значение д ф (ан, то сигнал "1". Навход второго блока 17 сравнения поступает с выхода второго блока 10 деления значение средней величины сигна.ла датчика 1 усилия при ходе штащ" внизЫ 1ХЮ; /М, при этом на другой вход1второго блока 17 сравнения подаетсяс второго выхода блока 15 устанок значение устанки, соответствующее ,8Ыа Ы 1(Ц;. /11)где (.Еи;- Ъ.) -Ь.среднее значение сигнала датчика 1 усилия при ходе штанг вниз, При выХполнении условий ( 1=1-)ф 0,8(1) /и/)1 ), ВФЛА б:нсрабатывает второй блок 17 сравнения, сигнал "1" с выхода последнего поступает на второй вход элемента И 18. На его выходе появляется 11 , которая поступает на информационный вход триггера 13. Выполнение указанных условий одновременно свидетельствует об обрыве штанг (Лиг.4) . С задержкой времени, необходимого для срабатывания первого 12 и второго 17 блока сравнения, а также элемента И 18, с шестоговыхода блока 16 управления на разрешающиц вход триггера 13 поступает "1", разрешая переход триггера 13 в состояние, соответстнуюцее сигналу, присутствующему на его информационном входе. Появляется сигнал на выходе триггера 13.На Лиг. 4 отражена ситуация, указываюцая на глубокий обрыв или отвород почти у самого плунжера, расположенного в непосредственной близости от теоретической линии веса штанг, Чем выше обрыв, тем меньше нес остан шейся части колонны штанг и тем ниже располагается динамограмма. ЗначениеЫу(О,5-0,8) ( .Е 1); 7 М )соответствует динамограмме при обрыве штанг.Блок 16 управления (Лиг, 2) работает следующим образом. Сигналы, поступившие на входы первого 20 и второго 21 усилителей-ограничителей по первому р, и второму о входам блока 16 управления, усиливаются и ограничиваются до уровня "1". Таким образом, в течение положительной части сигнала датчика 1 усилия на выходе усилителя-ограничителя 20 присутствует "1", на выходе усилителя-ограни-. чителя 21 присутствует "0", а в течение .отрицательной части сигнала датчика 1 усилия на выходе усилителя- ограничителя 20 присутствует "О", а на выходе усилителя-ограничителя 21 присутствует "1". Сигнал с выхода усилителя-ограничителя 20 одновременно поступает на входы второго 23 и четвертого 25 элементов И. Сигнал7 15716с выхода усилителя-ограничителя 21поступает на вход третьего элементаИ 24. При наличии на выходе таймера 29 сигнал "1" поступает на информационный вход счетчика 28. Счетчик 528. и дешифратор 27 образуют распределитель импульсов, при этом выходыдешифратора 27 являются выходамираспределителя импульсов, а информационный вход счетчика 28 является вхо 10дом распределителя импульсов. Сигналс первого выхода дешифратора 27 (гдеколичество циклов нагнетания и глубинного насоса определяется на этомэлементе) через четвертый элемент 33задержки подается на третий выходблока 16 управления. Входы элементовИЛИ 26 соответственно подключены к выходам дешифратора 27. Сигналы с второ 20го и последующих выходов дешифратора27 по (и) -й включительно поступаютна входы элемента ИЛИ 26, при этом11 11на его выходе появляется " 1 , которая поступает на вход первого элеме н - 25, та И 2 2, разрешая прохождение сигналов ,ге нератор а 1 9 так товой частоты н авходы второго 23 и третьего 2 4 элементов И ,Во время прохождения положительной1 11части сигнала датчика 1 усилия 1 свыхода усилителя -ограничителя 20 ра з "решает прохождение сигналов генер атор а 1 9 тактовой частоты через второйэлемент И 23 и передается на первыйвыход , блока 16 управления.35Во время прохождения отрицательной части сигналь датчика 1 усилия"1" с выхода усилителя-ограничителя 21разрешает прохождение сигналов генера тора 19 тактовой частоты через третийэлемент И 24 и передается на второйвыход 6 блока управления,После поступления и-го сигнала свыхода усилителя-ограничителя 20 на 4и-м выходе дешифратора 27 (конец цикла нагнетания глубинного насоса) появляется " 1", на выходе элемента ИЛИ26 сигнал "О" (так как на всех еговходах. присутствует О ) который 50запрещает прохождение импульсов генератора 19 тактовой частоты через первый элемент И 22. "1" с и-го выходадешифратора 27 включает таймер 29, навходе которого на определенное, заранее .заданное время (в предлагаемом11 11устройстве Т = 1 ч) , появляется Опри этом устройство не работает . Кроме того , " 1 " с и-го выхода дешифрат о 17 8ра 27 обнуляет счетчик 28, через первый элемент ЗО задержки поступает на четвертый выход И блока 16 управления. "1" с и-го выхода дешифратора 27 через первый ЗО и второй 31 элементы задержки подается на пятый выход в блока 16 управления. " 1" с и-го выхода дешифратора 27 через первый ЗО, второй 31 и третий 32 элементы задержки подается на шестой выход в блока 16 управления. Обнулением счетчика 28 после выработки необходимых выходных сигналов блока 16 управления дешифратор приводится в нулевое состояние, на его первом выходе имеется сигнал "1", который передается на третий выход вблока 16 управления (т.е. и-и+1=1). устройство подготовлено для последующей обработки значения поступающего сигнала датчика 1 усилия в случае выдержки заданного времени останова (Тв =1 ч) . По истечении заданного времени (То=1 ч) на выходе 29.Таким образом, устройство определя" ет средней значение положительной и отрицательной частей сигнала датчика усилия и по результатам сравнение с заранее заданными величинами.В предлагаемом устройстве не рассматриваются вопросы, когда выявляется случай дф дн., Превышение величины Д ф (разность усилия на балансире при движении штанг вверх и вниз) над величиной дн (номинальное значение разности усилия на балансире при движе нии штанг вверх и вниз - величина уставки) свидетельствует о наличии значительных отложений парафина и о необходимости очистки колонны насосных труб. Не рассматриваются случаи при удовлетворении условий д Ф ( д в, характеризующие различные предаварийные неполадки, такие как выход из строя нагнетательной или приемной части, наличие утечек жидкости в нагнетательной и приемной частях насоса. Определение наличия предаварийной неполадки прихвата плунжера, удовлетворяющего условиям дфмн, не может решаться. Во время прихвата плунжер остается неподвижным по отношению к цилиндру при ходе штанг вверх и вниз. Прихват в нижнем положении вызывает растяжение штанг при ходе вверх на длину сальникового штока: при последующем ходе вниз они сокращаются до первоначальной длины. Иак157161 симальная нагрузка при ходе вверх значительно превосходит суммарный вес жидкости и штанг (т.е,йв ). Чем больше длина сальникового штока, тем опаснее напряжение, возникающее в верхних штангах. В случае прихвата плунжера в верхней части при ходе вниз они сжимаются на величину хода сальникового штока и нагрузка на штан ги значительно ниже теоретической. На основании указанных нагрузок пред- аварийная ситуация - прихват плунже ра, может удовлетвориться и в условиях, когда обеспечивается афган, т,е. сам факт установления этого требования свидетельствует об аварийном состоянии. Конкретное определение состояния прихвата плунжера или наличие значительного количества отложений 20 парафина в колонне насосных труб требует дополнительного аНализа сигнала датчика усилия при движении штанг вверх. Поэтому случаи выявления аварийной ситуации указанных состояний 25 при удовлетворении условия дфйнне рассматриваются, так как прихват плунжера и наличие парафина определяются (0), 1,5 Б) в аналоге и (афган) в прототипе соответственно предложенного устройства, с учетом превышения фактического значения веса жидкости над ц или же д, т.е. максимальная наФгрузка при ходе штанг вверх превосходит суммарный вес жидкости и штанг,35 а при ходе вниз располагается ниже теоретической. Однако факт, наличия в колонне насосных труб определяется превышением веса жидкости теоретической динамограммы, которая могла быть 4 и удовлетворена в интервале 0,50( П (1,М.В этом случае эффектным способом являлось бы определение разности усилия на балансире при движении вверх и вниз, а далее путем сравнения среднего значения сигнала датчика усилия при ходе штанг вверх и вниз с соответствующими эталонными значениями. Поэтому выполнение этих условий не может обеспечивать определения состояния обрыва штанг. Выполнение усло.вия ЬФ(дн частично, где рассматриваются в аналоге предложенного устройства (например когда Бф 0,50, выход из строя нагнетательной или при-. емной части насоса). Но выполнение условия Пф Ы,по месту расположения в теоретической динамограмме требует/ 10дополнительной обработки сигнала датчика усийия для выявления случая обрыва штанг. Так как случай выходаиз строя нагнетательной части располагается на расчетной линии теоретического веса штанг, случай выхода изстроя приемной части насоса располагается на высоте суммарной нагрузкиот фактического веса жидкости и весаштанг, а случай обрыва штанг располагается либо в непосредственной близости, либо ниже теоретической линиивеса штанг.Выполнение условия П 40,50, не может выявить случай обрыва штанг, таккак определение амплитуды сигнала О,соответствующее фактическому весужидкости, является недостаточным, восновном требуется обработка напряжения сигнала датчика усилия, соответствующего нагрузке на шток, равнойвесу штанг, что и решается в предлагаемом устройстве с учетом укаэанныхособенностей, применительно взятоеза прототип с добавлением второго блока 17 сравнения и элемента И 18,. сиспользованием теми блоками и связями устройства, при котором позволяется выполнение поставленной цели. Ввиду усреднения за и циклов работы насоса значений усилия на балансирестанка-качалки, выявления случая неиеправности подземного оборудования дляобрыва штанг происходит с большой достоверностью.При обрыве штанг извлекаютверхнюючасть штанг до оборванного конца и взависимости от того, где произошел обрыв (в теле, утолщенном месте илимуфте) спускают соответствующий ло-вительный элемент,Использование изобретения за счетопределения момента предаварийнойситуации позволяет своевременно произвести ремонт и обеспечить безаварийную работу глубиннонасосной установки, что увеличивает добычу нефти,формула изобретения Устройство для диагностирования состояния глубиннонасосного оборудования, содержащее датчик усилия штанги насоса, фиксатор нулевого уровня положительной части информационного сигнала, фиксатор нулевого уровня отрицательной частиинформационного сигнала, первый и второй счетчики, анало1 15 116го-цифровой преобразователь, первыйи второй накапливающие сумматоры, первый и второй блоки деления, блок вычитания, первую схему сравнения,триггер, блок индикации, бпок уставок5усилий штанги и насоса и блок управления, выход датчика усилия подключен к входам аналого-цифрового преобразователя, фиксатор нулевого уровняположительной и отрицательной частейсигнала, выходы которых подключенык первому и второму информационнымвходам блока управления соответственно, первый информационный выход которого подключен,к счетному входу первого счетчика и к входу первого слагаемого первого накапливающего сумматора, выход аналого-цифрового преобра зователя соединен с входом второгослагаемого первого накапливающего сумматора и с информационным входом пер,вого слагаемого второго накапливающего сумматора, обнуляющий вход которого и обнуляющие входы первого на д,капливающего сумматора и первого ивторого счетчиков подключены к выходуустановки блока управления, второйинформационныц выход блока управленияподключен к входу второго слагаемоговторого накапливающего сумматора и ксчетному входу второго счетчика, выход которого подключен к входу дели.теля второго блока деления, вход де-.лимого которого подключен к выходувторого накапливающего сумматора,выход первого накапливающего суммато 12ра и выход первого счетчика подключены к входам соответственно делимого и делителя первого блока деления, разрешающий вход которого и разрешающий вход второго блока деления подключены к первому разрешающему выходу блока управления, второй разрешающий выход которого подключен к разрешающему входу блока вычитания, входы уменьшаемого и вычитаемого которого подключены к выходам соответственно первого и второго блоков деления, выход блока вычитания подключен к первому.информационному входу первого блока сравнения, второй информационный вход которого подключен к первому выходу блока уставок, шестой выход блока управления подключен к разрешающему входу триггера, выход которого подключен к входу блока индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения полноты контроля, в устройство введены:втоная схема сравнения и элемент И, информационный вход триггера подключен к выходу элемента И, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первой и второй схем сравнения, второй выход блока уставок подключен к первому информационному входу второго блока сравнения, второй информационный вход которого и вход вычитаемого блока вычитания подключен к выходу второго блока деления.15 71617 Составитель И.Анексееведактор Е,Копча Техред И.Дидьис Коррект Шевкун Заказ 1514 Тираж 568 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ГКНТ ССС оизводственио-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101