Устройство для диагностирования скважинных штанговых насосов

(54) УС СКВАЖИН (57) Из вам дна сов и.м тегазод изобрет ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОП 1 РЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИ(71) Специальное конструкторское бюро . "Кибернетика" с опытным производством Института кибернетики АН АЗССР (72) А.В.федяшин и Я.М.Османов (53) 681.325(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР В 914753, кл. Е 2 1 В 43/00, 1980 .Авторское свидетельство СССР Р 1108193, кл. Е 2 1 В 43/00, 1983. ТРОЙСТВО,ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ1 Я 1 Х НТАНГОВ 11 Х НАСОСОВобретение относится к устройстгностирования штанговых насоожет быть использовано в нефобывающей промышленности. Цельения " увеличение полноты конт 2роля. Устройство для диагностирования скважинных штанговых насосов содержит датчик усилия 1, фиксаторы нулевого уровня положительной 2 и отрицательной 3 части сигнала, первый 4 и второй 5 счетчики, блок 6 уставок, первую 7 и вторую 10 схемы сравнения, первый 8 и второй 11 триггеры, блок индикации 9 и блок управления 12.Изобретение позволяет автоматически определять наиболее часто встречающуюся ненормальность в работе подземного оборудования, к которой относится частичное незаполнение цилиндра глубинного насоса, вызванное влиянием пластового газа на работу насоса и низким динамическим уровнем. жидкостей в затрубном пространстве скважины,. доходящим до приема насоса. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.Изобретение очносится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах диагностирования штанговых насосов В нефтегазодобывающей промышленности.Цель изобретения - увеличение полноты контроля.На Фиг. 1 представлена блок-схема ,предлагаемого устройства для диагнос О , тирования скважинных штанговых насосов; 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 усилие - время (Р-),- сигнал, получаемый на выходе фиксатора нулевого уровня положительной части сигнала в координатах напряжение - время (П-С), в - сигнал, получаемый на выходе Фиксатора нулевого уровня отрицательной части сигнала в координатах напряжение - время (П-е); на фиг. 4 - совмещаемые друг 25 с другом диаграммы работы скважинного штангового насоса при частичном незаполнении насоса жидкостью, вызванном влиянием пластового газа на работу насоса (4. 1 - замкнутая динамограмма, 30 4.2 - временная развертка сигнала, получаемая на выходе. датчика усилия); на Фиг. 5 - совмещенные друг с другом динамограммы работы скважинного штангового насоса при частичном незаполне, нии насоса жидкостью, вызванном снижением динамического уровня жидкости в затрубном пространстве скважины до приема насоса (51 - замкнутая динамограмма, 5.2 - временная развертка 40 сигнала, полученная на выходе датчика усилия); на Фиг. 4.1 и 5.1 обозначены теоретическая динамограмма 4.1. 1, 5.1.1; динамограммы, снятые в первом и втором циклах нагнетания глубинно го насоса 4 . 1.2, 5, 1. 2, 4. 1.3, 51. 3; вес колонны штанг Р ; вес столба жидкости Р, статическая нагрузка (сумма веса ющкости и штанг) Р ,; на фиг. 4.2,и 5.2 обозначены нулевой цикл сигнала датчика усилия Р(Т) - 00; временная развертка сигнала датчика усилия нормальной работы насоса 4.2.1, 5,2.1; временная развертка сигнала датчика усилия В перВОм и Втором цик лах работы насоса соответственно 4.2.2, 5.2.2 и 4.2.3, 5.2.3; номинальное значение длительности сигнала датчика усилия при нормальной работе насоса (при полном заполнении насосажидкостью). С, Фактическое значениедлительности сигнала датчика усилияв первом и втором циклах работы насоса й и С , длительность одного цикла (периода) работы глубинного насоса Т;.на Фиг. 6 представлен алгоритм работы устройства.Устройство для диагностирования скважинных штанговых насосов содержит датчик 1 усилия штанги насоса, фиксатор 2 нулевого уровня положительной части информационного сигнала фиксатор 3 нулевого уровня отрицательной части информационного сигнала, первый 4 и второй 5 счетчики, блок б уставок усилий штанги насоса, первую схему 7 сравнения, первый триггер 8, блок 9 индикации, вторую схему .10 сравнения, второй триггер 11, блок 12 управления.Блок 12 управления содержит, генератор 13 тактовой частоты, первый 14 и второй 15 усилители-ограничители первый 16, второй 17 и третий 18 элементы И, элемент ИЛИ 19, дешифратор 20, счетчик 21, задатчик 22 времени, первый 23, второй 24 и третий 25 элементы задержки.Устройство для диагностирования скважинных штанговых насосов работает следующим образом.Задается количество рабочих циклов п нагнетания глубинного насоса КЦ:=и и время останова устройства (например Т =1 ч). Время останова устройства (Т , =1 ч) обусловлено тем, чтобы обеспечить погружение скважинного штангового насоса в динамический уровень жидкости В скважине, после того, как цилиндр глубинного насоса наполнится жидкостью, подаваемой пластом в затрубном пространстве. На время останова устройства выключается электродвигатель станка-качалки (не показано). Подсчет времени оста- нова осуществляет задатчик 22 (Фиг.2). После выдержки времени останова включается электродвигатель станка-качалки, приводящий в действие скважинный насос (не показан). При этом сигнал датчика 1 усилия (Фиг. За) одновременно поступает на входи фиксаторов 2 и 3 нулевого уровня положительной и отрицательной части сигнала. Фиксаторы 2 и 3 нулевого уровня фиксируют соответственно положительные и отрицательные части сигнала в нулевом5 . 15716 уровне (фиг.3.2 и 3.3), что позволяет независимо от изменения нуля датчика 1 усилия .получить положительные и отрицательные части сигнала на постоянном уровне. С выходов фиксаторов 2 и 3 нулевого уровня на первый а и вт рой а входы блока 12 управления поступают положительные и отрицательные части сигнала . датчика 1 усилия соответственно. Сигнал."1" с третьего выхода Ь блока 12 управления поступает на обнуляющие входы счетчиков 4 и 5, что приводятея в исходное состоявшие. С первого выхода Ь блока 12 управления сиг 1нал "1" поступает на инЬормационный вход счетчика 4. В счетчике 4 происходит подсчет атактической длительности(где =1,п) сигнала датчика 1 усилия, т;е. в счетчике 4 хранится число, отсчетов И, соответствующее длительности. сигнала датчикаусилия.Р 1Счетчик заполняется сигналами генератора 13 тактовой частоты (Лиг. 2) бло-)5 ка 12 управления, В конце определенного промежутка времени 1 , на втором выходе Ь блока 12 управления генери-, руется сигнал, который, подведен к разрешающему входу первой схемы 7 сравне-ЗО ния, разрешая, проведение операции сравнения. На первый информационный вход первой схемы 7 сравнения с выхода блока 6 уставок поступает число отсчетов К (соответствующий номинальному значению длительности сигнала датчика 1 усилия при полном заполнении насоса - 1), значений уставки. На второй информационный вход первой схемы 7 сравнения с выхода перво го счетчика 4 поступает число отсчетов И (соответствующее значению 1,;). Если в результате сравнения И )К (или С)С), то на выходе первой, схемы 7 сравнения вырабатывается сигнал, кото рый поступает на информационный вход второго счетчика 5, предназначенный для Аиксации числа циклов незаполнения(и), тем самым увеличивается содержимое на единицу. Если в результате сравнения И(К или. (, с ), то на выходе первой схемы 7 сравнения сигнал не вырабатывается и продолжается очередной цикл работы насоса, далее при полученном значении (отмеченное количество циклов незаполнения и) с выхода второго счетчика 5 поступаетна первый информационный вход второй схемы 10 сравнения. На второй инфор 8 6мационный вход второй схемы 10 сравнения с выхода Ь блока 12 управления поступает число отсчитываемых рабочих циклов работы насоса п (со счетчика2. по Фиг. 2, содержимое которого в каждом цикле работы насоса увеличивается на единицу)Сигнал "1" с пятого выхода Ь блока 12 управления поступает на разрешающий вход второй схемы 1 О сравнения, где происходит сравнение содержимого второго счетчи-. ка 5 .(и) с содержимым счетчика 2 1 и (Фиг.2) . Если п=п, то на первом вы" ходе второй схемы 1 О сравнения вырабатывается сигнал, который поступает на информационный вход первого триггера 8, свидетельствующего о том, что происходит снижение динамического уровня жидкости до приема насоса(Лиг. 5 а,б), Если п(п, то на втором выходе второй схемы 10 сравнения вырабатывается сигнал "1, который поступает на информационный вход второго триггера 1, свидетельствующий о том, что происходит влияние пластового газа на работу (Лиг. 4 с 1,Г). С задержкой времени, необходимой для срабатывания первого 8 и второго 11 триггеров с шестого выхода Ь блока 12 управления на разрешающие входы этих триггеров, одновременно поступает сигнал " 1", разрешая переход каждого триггера в состояние, соответствующее сигналу, присутствующему на информационных входах. Появление сигналов на выходе триггеров 8 и 11 вызывает срабатывание блока 9 индикацииСтепень заполнения насоса проверяется в каждом цикле откачки.Работа блока 12 управления (Лиг.2) осуществляется следующим образом.Сигналы, поступившие на входы первого 14 и второго 15 усилителя-ограничителя по первому а, и второму а1входам блока 12 управления, усиливаются и ограничиваются до уровня "1". Таким образом, в течение положительной части сигнала датчика 1 усилия на выходе усилителя-ограничителя 14 присутствует "1", на.выходе усилителя-ограничителя 15 присутствует "О", а в течение отрицательной части сигнала датчикаусилия на выходе второго усилителя-ограничителя 15 присутствует " 1", а на выходе первого усилителя-ограничителя 14 присутствует "О", Сигнал с выхода первого усилителя- ограничителя 14 одновременно поступа 1571618ет на входы второго 17 и третьего 18 .элементов И. Сигнал с выхода второгоусилителя-ограничителя 15 передаетсяна второй выход Ь блока 12 управления. При наличии на выходе. таймера 22 5сигнала "1" (после того, как он выдержал заданное время останова, например, Т 1 ч), который поступает навторой вход, третьего элемента И 18 разрешается. пропуск сигнала датчика 11 О 1усилия .посредством первого усилителяограничителя 14.(так как диагностирование и цикл нагнетания глубинногонасоса начинается с анализа положительной части. сигнала датчика 1 усилия). Полученный сигнал с выхода третьего элемента И 18 поступает на инФормационный вход счетчика 21. Счетчик 2 1 и дешиФратор 20 образуют рас 20 пределитель импульсов, при этом выходы дешиФратора 20 являются выходами распределителя импульсов, а информационный вход счетчика 21 - входом распределителя импульсов. Счетчик 21 25 отрабатывает заданное (и) количество циклов работы насоса. Сигнал с первого выхода дешиФратора 20 через третийэлемент 25 задержки подается на третийвыход Ьз блока 12 управления. Входыэлемента ИЛИ 19 соответственно под"ключены к выходам дешиФратора 20.Сигнал с второго и последущцих выходов дешиФратора 20 по (и)-й включительно. поступают на входы элемента35ИЛИ 19, при этом на его выходе появля ется " 1", которая поступает на входпервого элемента И 16, разрешая прохождение сигналов генератора 13 тактовой частоты на первый вход второго 40элемента И 17.Во время прохождения положительной части сигнала датчика 1 усилия "1" с выхода первого усилителя-ограничителя 14 разрешает прохождение сигнала 45 генератора 13 тактовой частоты через второй элемент И 17 и передается на первый выход Ь, блока 12 управления.Во время прохождения отрицательнойчасти сигнала датчика 1 усилия "1"с выхода второго усилителя-ограничи- .,теля 15 перадается на второй выход Ьблока 12 управленияПосле поступления и-го. сигнала с выхода первого усилителя-ограничителя 14 на г.-м выходе дешиФратора 20 появляется " 1", на выходе элемента ИЛИ 19 сигнал "0" (так как на всех его входах присутствует "О"), который запрещает прохождение импульсов генератора 13 тактовой частоты через первый элемент И 16."1" с и-го выхода дешиФратора 20 включает таймер 22, на выходе которого, на определенное, заранее заданное время (например, Т =1 ч) появляется0 , отключается двигатель станка- качалки ( не показан) при котором ус тройств о приостанавливает свою работу . Кроме того , " 1 " с и-го выхода дешиФр а- тора 2 О об нуляе т счетчик 2 1, через первый элемент э адержки 2 3 .поступает на пятый выход Ьблока 1 2 управления . " 1 " с и- го выхода дешиФрато ра 20 чере з первый 2 4 и второй 2 5 элементы задержки подается на шестой выход Ьблока 1 2 управления , Об нуле нием счетчика 2 1 после выработки необходимых выходных сигналов ( Ь , ., Ь) блока 1 2 управления дешиФратор 2 0 приводится в нулевое состояние , н а е го 1 -м выходе имеется сигнал " 1 ", который передается посредством третьего зл емента 25 з аде ржки на третий выход Ь блока 1 2 управления ( т . е . первый 4 и второй 5 счетчики обнуляютс я и устройство подготовлено для последующей работы в случае выдержки заданного в реме ни о ст анов а ( Т , =. 1 ч ) для заданного количества циклов рабо тц (и ) насоса .После истечения заданного времени (Т= 1 ч ) н а выходе з адатчика 2 2 появляется " 1 " , включается двигатель станка-качалки ( не пок аз а н ) и описанны е про цессы повторяются .Таким образом, устройство определяЬт Фактическое значение числа о тсчетов И ( заполняющее интервал длител ьности сигнала датчика 1 усилия й ф; ) и по результату сравнения с заранее заданной номинальной величиной К ( интерв ал длительности при полном з аполне нии насоса, в котором сигнал датчика 1 усилия имеет длительность) . Это позволяет выявить частичное не з а- полне ние цилиндра глубинного насосаи е го причину .формула изобретения1. Устройство для диагностирования скважинных штанговых насосов, содержащее датчик усилия штанги насоса, Фиксатор нулевого уровня положительной части инФормационного сигнала, Фиксатор нулевого уровня отрицательнойчаСти информационного сигнала, первыйи второй счетчики, первую схему сравнения, первый триггер, блок индикации,блок уставок усилий штанги насоса иблок управления, выход датчика усилияштанги насоса подключен к входам фиксаторов нулевого уровня положительнойи отрицательной частей информационного сигнала, выходы которых подключены к первому и второму информационнымвходам блока управления соответственно, счетный выход которого подключенк счетному входу первого счетчика,обнуляющий вход которого и обнуляющий 15вход, второго счетчика подключены к обнуляющему выходу блока управления,первый информационный вход первойсхемы сравнения подключен к выходублока уставок усилий штанги насоса,выход первого счетчика подключен квторому информационному входу первойсхемы сравнения, выход которой подключен к счетному входу второго счетчика,синхровыход блока управления подключен к синхровходу первого триггера,выход которого подключен к первомуинфомационному входу блока индикации,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью увеличения полноты контроля, 30в него введены вторая схема сравненияи второй триггер, вход данных первоготриггера подключен к первому выходувторой схемы сравнения, второй выходкоторой подключен к входу данных второго триггера, выход которого подключен к второму информационному входублока индикации, синхровход второготриггера подключен к синхровыходу блока управления, первый выход разреше" 40ния сравнения которого подключен к.разрешающему входу второй схемы сравнения, первый информационный вход которой подключен к выходу второго счетчика, второй, информационный вход второй схемы сравнения подключен к информационному выходу блока управления,второй выход разрешения сравнения которого подключен к разрешающему входупервой схемы сравнения, 50 2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит генератор тактовой частоты, первый и второй усилители-ограничители, первый, второй и третий элементы И, элемент ИЛИ, дешифратор, счетчик, задатчик времени, первый, второй и третий элементы задержки, выход генератора тактовои -частоты подключен к первому входу первого элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого является счетным выходом блока управления, вход первого усилителя- ограничителя является первым информа" ционным входом блока управления, вход второго усилителя-ограничителя - вторым информационным входом блока управления, выход первого усилителя- ограничителя подключен к второмувходу второго элемента И и к первому входу третьего элемента И, выход за," датчика времени подключен к второму входу третьего элемента И, выход которого подключен к счетному входу счетчика, выходы которого подключены к входам дешифратора, первый выход которого подключен к входу третьего элемента задержки, выход которого является выходом обнуления блока уп 1равления, и-й выход дешифратора (где и - количество выкодов дешифратора) подключен к обнуляющему входу счетчика, к входам задатчика времени и первого элемента задержки, выход которого является первым выходом разрешения сравнения блока управления и подключен к входу второго элемента за" держки, выход которого является синхровыходом блока управления, с второго по (и)-й выходы дешифратора подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу первогоэлемента И, выход второго усилителя-ограничителя является вторым выходом разрешения сравнения блока управления, выход счетчика является информационным выходом блока управления.1571618 ексе Корректор Л.Бескид едактор Е.Ко Производственно-издательский комбинат "Патен жгород, ул. Гагарина, 1 Заказ 151ВНИИПИ Гос Составитель И. Техред М.Дидык Тираж 568 Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5