Устройство диагностирования скважинных штанговых насосов

(51) 5 Р 04 В 49/04 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Азербайджанский институт нефти и химии Ии. М,Азизбекова(53) 621.22.018.8 (0888) (56) Авторское свидетельство СССР У 1245753, кл, Р 04 В 47/02; 1 986.(54) УСТРОЙСТВО ДНАГНОСТИРОВАНИЯ СКВАЖИННЫХ ЯТАНГОВЫХ НАСОСОВ (57) Изобретение относится к области автоматического измерения в частности к устройствам диагностирования скважинных штанговых насосов. Цель изобретения - расширение функциональ 2ных возможностей. Введение в устройство отметчика 14 крайних положений, связанного с входом блока 4 управления, трех буферных регистров 15 - 17, где два входа первого буферного регистра взаимосвязаны с первой схемой 7 сравнения, подключены соответственно к выходам блока 6 памяти и блока 4 управления, и двух дополнительных схем 18,19 сравнения позволило осуществить работу устройства, основанную на идентификации состояния штангового глубинного насоса по трем признакам, представляющим собой отно= шение амплитуд старших гармоник к амплитуде первой гармоники дискретного спектра Фурье сигнала усилия,4 ил, ф1560799 аторых связаны .с двумя входами дешифратора 20, три других входа которогоподключены соответственно к двум вы 5ходам счетчика а выход - к входу9блока 13 индикации,Блок управления может быть реализован, например, на базе микросхем155 серии, его функциональная схема(фиг.2) содержит последовательносоединенные фазовый детектор 21,триггер 22, включенный в счетном режиме,элемент И 23, Причем вход фазовогодетектора 21 связан с выходом отмет.чика 14 крайних положений, выход элемента И 23 - с входами счетчика 5импульсов и блока 6 памяти, а одиниз входов его - с выходом генератора3 тактовых импульсов (ГТИ), последовательно включенные делитель 24частоты, элемент ИЛИ 25, счетчик 26импульсов, регистр 27, схема 26 сравнения и элемент ИЛИ 29. Причем одиниз входов делителя 24 частоты связанс выходом ГТИ 3, а выход элемента 20 -с входом буферных регистров 15, приэтом управляющие входы счетчика 26,регистра 27 и второй вход элементаИЛИ 29 подключены к выходу элементао 30 ИЛИ 30, два входа которого связанысоответственно с двумя выходами фазового детектора 21, выход регистра 27связан с входами схем 18 и 19 сравнения, второй выход схемы 28 сравнения35подключен к выходу счетчика 26 импульсов, а второй вход делителя 24 часто -ты подключен к инверсному выходутриггера 31, два входа которого подключены соответственно к выходам схе 40 мы 11 сравнения и триггера 22, а прямой выход - к первым входам элементов И 32 - 34, вторые входы которыхсвязаны соответственно с выходомГТИ 3 и двумя выходами фазового детектора 21,Изобретение относится к автоматическому измерению, в частности к устройствам диагностирования скважинныхштанговых насосов.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей,На фиг. показана функциональнаясхема предлагаемого устройства; нафиг.2 - функциональная схема блокауправления; на фиг, 3 и 4 - динамограммы для десяти классов состоянийскважинных штанговых насосов (О 1 Н).Устройство диагностирования С 1 Н(фиг.1) содержит датчик 1 усилия,подключенный своим выходом к входупреобразователя 2 напряжения, генератор 3 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого связан с входом блока4 управления, выход которого подключен к первому входу счетчика 5 импульсов, второй вход которого связанс выходом преобразователя 2 напряжения, а выход - с первым входом блока6 памяти, второй вход которого подключен к выходу блока 4 управления,.а выход - к входу схемы 7 сравнения,связанной своим выходом с входомблока 4 управления, два других выхода которого подключены соответственнк двум входам счетчиков 8 и 9 импульсов,счетные входы которых связаныс выходом генератора 3 тактовых импульсов. Устройство также содержитделитель 10, схему 11 сравнения,двавхода которой связаны соответственно с выходами блока 6 памяти и делителя 1 О, а выход - с входом 4 управления, счетчик 12 импульсов, два выхода которого связаны соответственно с выходами ГТИ 3 и блока 4 управления и блок 13 индикации,Кроме того, предлагаемое устройство снабжено отметчиком 14,крайнихположений, связанного своим выходомс входом блока 4 управления, три буферных регистра 15 - 17, три входакоторых связаны с соответствующимивыходами блока 4 управления, причемрегистр 15 взаимосвязан с первойсхемой 7 сравнения и один из входовего подключен к выходу блока 6 памяти, а два входа регистров 16 и 17связаны соответственно с выходамисчетчиков 8.и 9 импульсов, а выходыс двумя входами делителя 10, при55этом выходы счетчиков 8 и 9,импульсов подключены соответственно к входам схем 18 и 19 соавнения,выходы коВыход элемента И 32 связан с другим входом элемента ИЛИ 25 и входом чтения блока 6 памяти, а выходы элементов И 33 и 34 - соответственно к входам триггеров 35 и 36, входы которых связаны соответственно с входами счетчиков 8 и 9 импульсов, а также счетчик 37 импульсов, дешифратор 38 и триггер 39, причем вход счетчика 37 импульсов связан с выходом схемы 7 сравнения, а выход - с входом дешифрато 1 л 38, первый и третий выходы которого подключены соответственно к входам буферных б и 171560799 6 40 регистров, а второй и четвертый выходы - к другим входам триггеров 35 и36, при этом четвертый выход дешифратора 38 подключен также к первомувходу триггера 39, .второй вход кото 5рого связан с выходом схемы 11 сравнения, а два его выхода подключенысоответственно к входам счетчика 12импульсов и дешифратора 20,10На фиг. 3 и 4 приняты следующиеобозначения: Р - усилие на полированном штоке; Б - перемещение точки подвеса штанг; й - время; 1 - теоретическая динамограмма нормальной работы насоса; 2 - реальная динамограмма; Т - период качания балансира;.А и С - точки начала движения штангсоответственно вверх и вниз; В и Р -соответственно точки максимума и минимума Функции Р; В, и П - соот"ветственно точки частного максимумаи минимума Функции Р на интервалах 0; тг 7 и т/2; т/2 + т.;Ф "рТ - граничное значение длительнос"уртй участков экстремальных нагрузок;Т и тр - длительности участ"ваксков соответственно максимальной иминимальной нагрузок; Т .и Тдлительности участков соответственно частного минимума и максимумана интервалах О; ТРи 1.Т/2;Т/2 + Т ; Р, и Р- максимальные значения усилия соответственнона интервалах 0; т1 и О; т/21;35Р и Рв - минимальйые значенияусилия соответственно на интервалахт/2; Т/2 + Ти Т/2; т,Устройство работает следующим обр.азом,Сигнал с выхода датчика 1 усилияпоступает на вход преобразователя 2напряжения в частоту и затем пропорциональная сигналу усилия частотапоступает на счетный вход первого 45счетчика 5 импульсов, на второйвход. которого поступают стробирующиеимпульсы разрешения счета, сформированные в блоке 4 управления из тактовой последовательности импульсов 50генератора 3 тактовых импульсов(Фиг,1).Момент начала поступления стробирующих импульсов на вход счетчика 5совпадает с моментом прохождения точкой подвеса штанг ТПР 1) своего крайнего нижнего положения, когда с вы"хода отметчика 14 крайних положений(ОКП) на вход блока 4 управления поступает сигнал, проходящий через фазовый детектор 21 (Фиг.2), При этом на первом выходе фазового детектора 21 появляется импульс, поступающий на счетный вход триггера 22, который устанавливается в единичное состояние и разрешает прохождение стробирующего импульса с ГТК 3 через элемент И 23 на вход счетчика 5 импульсов и вход блока 6 памяти, По этим сигналам с выхода счетчика 5 импульсов код Р) текущего значения сигнала усилия записывается в блок 6 памяти, Запись дискретных отсчетов Р сигнала усилия в блок 6 памяти осуществляется в течение первого периода Т качания балансира, Одновременно тактовая частота Г с выхода ГтИ 3, проходя через делитель 24 час" тоты и элемент ИЛИ 25, поступает на счетный вход счетчика 26, подсчитывающего число отсчетов сигнала усилия, которое может уложиться на интервалетТ = -- ("-). При поступлении на "Р 8 2вход блока 4 управления сигнала о конце очередного полупериода качания, с выхода ОКП 14, этот сигнал, проходя через Фазовый 21 детектор, элемент ИЛИ 30, поступает на управ" ляющие входы счетчика 26 импульсов и регистра 27, При этом содержимое И счетчика 26 импульсов записывагрется в регистр блока 27 памяти, а сам счетчик обнуляется, Причем 11 г т/и Т/2 = 71 т Т/6Следовательно, если на вход записи блока 6 памяти за полпериода качания поступит И = й Т/2,импульсов, то в регистр 27 запишется код пропор 7циональный М = -- "Н.гр= 8При поступлении с выхода ОКП 14 второго сигнала о прохождении ТПП 1 нижнего положения (конец первого периода качания) в блоке 4 управления, триггер 22 сбрасывается в нулевое состояние, запрещая прохождение стробирующих импульсов через элемент И 23 на входы записи блока 6 памяти и счетчика 5 импульсов, На этом этап измерения и записи в память дискретных отсчетов сигнала усилия заканчивается и во втором периоде качания начинается этап чтения указанных отсчетов из памяти с целью определения экстремальных значений,При45 этом сигнал с выхода триггера 22 устанавливает в единичное состояние триггер 31 который запрещает работу делителя 24 частоты и разрешает прохождение тактовых импульсов с часто 5 той Г, с выхода ГТИ 3 через элемент И 32 и ИЛИ 25 на счетный вход счетчика 26 импульсов, Текуций код Я(1) на выходе счетчика 26 сравнивается10 с кодом Я , записанном на предыдуГщем этапе в регистр 27 схемой 28 сравнения, В момент равенства И(х) щ Ир этих кодов на выходе схемы 28 сравнения появляется сигнал, который через элемент ИЛИ 29 поступает на . управляющие входы буферных регистров 15, Таким образом Формируются два временных интервала О; три Т/2; Т/2 + Т рза цикл качания, Кроме того, через элемент ИЛИ 29 с выходаэлемента ИЛИ 30 могут проходить импульсы с фазового детектора 21,соответствующие моменты прохождения ТПИ крайнего нижнего или верхнего поло жения, т.е. Формируются временныеинтервалы О; Т/21 и Т/2; Т 1.Одновременно с поступлением тактовых импульсов на счетный вход счетчика 26 с выхода элемента И 32, эти 30 же импульсы поступают на вход "Чтение" блока 6 памяти, Свыхода блока 6 памяти на первый вход схемы 7 сравнения поступают текущие Р значения сигнала усилия, На второй вход схемы 7 сравнения с выхода буферного35 регистра 15 поступает текущее Р (3)ЕХ 1 экстремальное значение сигнала усйлия. За первый полупериод качания определяются два максимальных эначе ния сигнала усилия: Р, на интервале О; Тор 1 и Рн на интервале О;Т/21. При поиске максимальных значений, в случае если Р(Р (1) по сигналу со схемы 7 сравнения в буферный регистр 15 переписывается текущее значение Р усилия с выхода блока 6 памяти, При этом значение Р(ь) становится текущим экстремальным Р (1) значением сигнала усилия, По окончании интервалов О Т50-гр и О Т/23 с выхода блока 4 управления (выход элемента И 29) на вход буферных регистров 15 поступают два управляющих импульсапо которым максимальные значения Р 1 и Рсигна 55 ла усилия запоминаются в буферных Эрегистрах. Во втором полупериоде качания осуществляется поиск минимальных значений Р и Р сигналаминусилия соответственно на интервалахТ/2 Т/2 + Тр и Т/2; т, В этомслучае, если Р(3.) ( Р , (1) то посигналу со схемы 7 сравнения текущее значение Р переписывается сблока 6 памяти в буферный регистр15 и становится текущим минимальнымзначением сигнала усилия, По окончании временных интервалов Т/2; Т/2 ++ Тр 1 и Т/2; Т 1 по сигналам с блока 4 управления в буферных регистрах 15 запоминаются соответственнодва минимальных значения Р и РТаким образом, по окончании второгопериода качания в буферных регистрах,15 будут записаны в общем случаедва частных Р, и Р и два общих Ри Р экстремума сигнала. усилия,В зависимости от очертания динамограммы значения соответствующих частных и общих экстремумов могут совпадать,На третьем этапе определяютсязначения классификационных признаков и распознавание динамограммПри поступлении с ОКП 14 на входблока 4 управления сигнала о началеочередного периода качания, в последнем импульс с первого выхода Фазового детектора 21, проходя через элемент И 33 взводит триггер 35,которыйразрешает работу счетчика 8 импульсов, на вход которого поступает тактовая частота с выхода ГТИ 3, Этотсчетчик определяет длительность временных интервалов Т до появлениячастного Р, максимума и Т , - общего Р максимума сигнала усилия(Фиг. 3 и 4). Это осуществляетсяследующим образом, При поступлениисигналов "Чтение" с выхода блока 4управления на вход блока 6 памяти,с выхода последнего на вход схемы 7сравнения поступает текущее значение Р(1) сигнала усилия, где оносравнивается с частным Р максимумом, значение которого поступает свыхода буферных регистров 15, В случае выполнения равенства Р = Рс выхода схемы 7 сравнения на входблока 4 управления поступает первыйимпульс, который подсчитывается счетчиком 37, код с выхода которого дешифруется дешифратором 38. Прн этом на первом выходе дешифратора 38 появляется сигнал, поступающий на управляющий вход буферного регист9 15 ра 16, куда записывается код я с выхода счетчика 8, пропорциональный длительности временного интервала Т; . В случае выполнения равенства Р = Р, с выхода схемы 7 сравнения на вход блока 4 управления поступает второй импульс, при этом появляется сигнал на втором выходе дешифратора 38, сбрасывающий триггер 35, который запрещает подсчет импульсов счетчику 8. В этот момент код И на выходе этого счетчика пропорционален длительности временного интер- вяля тПри поступлении с ОКП 14 на вход блока 4 управления сигнала а начале второго полупериода качания (крайнее верхнее положение ТП 111), импульс с второго выхода Фазового детектора 21, проходя через элемент И 34 взводит триггер 36, который разрешает работу счетчика 9 импульсов,перечитывающий тактовые импульсы с выхода, ГТИ 3. Этот счетчик определяет длительности временных интервалов Т - до появления частного минимума и Тмин - общего Рминимума сигнала усилия, аналогично описанному выше случаю, При выполнении равенства .Р(1) = Р с выхода схемы 7 сравнения на вход блока 4 управления поступает третий импульс, что вызывает появление управляющего сигнала на третьем выходе дешифратора 38, по которому в буферный регистр 17 записывается код И с выхода счетчика 9 импульсов, пропорциональный длительности временного интервала Т, В случае выполнения равенства Р(1.) = Р ц. с выхода схемы 7 сравнения на вход блока 4 управления поступает четвертый импульс, При этом на четвертом выходе дешифратора 38 появляется сигнал, сбрасывающий триггер 36, который запрещает работу счетчику 9 импульсов. Код М,4 на выходе этого счетчика оказывается пропорциональным длительности временного интервала Т , Одновременно, взводится триггер 39, разрешая работу счетчика 12, подсчитывающего импульсы с выхода ГТИ 3. Коды 1 макси 11 мин с выходов счетчиков 8 и 9 йоступяют соответственно на первые входы схем 18 и 19 сравнения и сравниваются с граничным значением длительностей периодов экстремальных нагрузок,поступающим с выхода блока 4 управления(регистр 27), Прн этом на выходахсхем 18 и 19 сравнения формируютсязначения ХЗ и х двух логических.фклассификационных признаков,51 1 при 11 макс 1 11 гр Оф при ф 1 фцкс11 гр 1 э при 11 минигр 10 хО, при 11 мин ( 1 фгрф 1Коды Ии И с выходов буферных 16,и 17 регистров поступают на входы делителя 10, на выходе которого появляется значение с( = И,/И коли-. чественного классиФикационного признака, Значение с поступает на 20 первый вход схемы 11 сравнения, на второй вход которой с выхода блока 6 памяти последовательно поступают граничные значения 0 этого классификационного признака для трех классов состояний СИН: нормальная работа, утечка в приемном или нагнетательном клапане. Диапазон, В 0 Ы ( 0,2 - область неприятия 30решения (ОНР) 1 0,21(0,7 - утечка в приемномклапане (УПК) 2 0,7(Ы(1,3 - нормальная работа (НР) 3 1,3 (Ы4 - утечка в нагнетательном клапане (уНК) Таким образом, при диапазоне В 0 4 ( Ы - ОНР. 40Одновременно с чтением из блока 6 памяти текущего значенияЦ ) (0,2; 0,8; 1,2; и 4), счетчик 12 имгр пульсов Фиксирует номер 1 анализируемого диапазона, В случае, если 45( аг (1) с выхода схемы 11 сРавнения на вход блока 4 управления поступает сигнал, который сбрасывает триг" гер 39, запрещая работу счетчика 12 импульсов и разрешая работу дешифратОРя 20. При этОм ня выходе счетчикя 12 импульсов образуется двухразрядный код х х) номера найденного диапазона значений классификационного признака о( .Значение кода х хи логических признаков х и х поступают на входы дешифратора 20, на одном из выходов которого образуется сигнал низкого уровня, причем номер этого выхода соответствует номерр класса состояния СЯНСоотношения между входными и выходными сигналами дешифратора 20 согласуются с Формами динамограмм,приве 5 денных на фиг.З и 4.Нормальная работа (фиг.За).Периоды т .; т 4,нн. экстремальных нагрузок равные тмакс= Т мин =)тм тс( = -= -- = 1, И1,3, что"минсоответствует диапазону 1 р 2, т,е. х, = 0; х= 1,Оба периода Т ,и Тм не пре восходят граничного значения Т р7 Т82 фГ - -) теТв сТгр 20 минТ гр 1 х 4 - ОоКод НР: 0100.Утечка в нагнетательном клапане (Фиг.Зб) .Период Тбольше периода Т .мин Оба периода Т и й Тц не превос.Мияходят граничного Т р . значения"Тм сТгР 3) 25 30 Тмин х = О,р Код УНК;1100,ПУтечка в приемном клапане (фиг.Зв)о м 35ериод Тменьше периода"анни т т 3Ыгр(1) = 0,7, что соответствуетдиапазону й, т.е. х= 1; х 2 = О40Оба пе риода .макс и тмин меньше граТничного Т. значенияхз=О Т-Макс - ГР ТмннТгр 45 Код УПК: 1000.Высокая посадка плунжера (фиг.Зг).Отношение периодов частных экстретмумов е = = Оэй = ю(агр (2)="21,3, что соответствует диапазону У 2, т,е. х, = 0; х = 1, Кроме того,Ттгр 3х = 1=мин С Тгр х 4 = О. 50 Код ВПП: 01 О, Низкая посадка нлунжера (фиг,Зд).Отношение периодов частоты эксттремумов= - .- = 1,25 =) с( = а(гр (2) = 1,3, что соответствует диапазону У 2 Кроме того,Тиа.сТгрм)ТмннТгр х =1. 4 Код НПП," ОО 1,Прихват плунжера (Фиг.4 а),Периоды частных экстремумов равныТ = Т = с( щ " 1 =о( 1 (2):т"2гр1,3, что соответствует диапазонуУ 2, т.е. х = 0; х,2 щ . Оба периода экстремальных нагрузок большеграничного значения;) ТТминТ гр х = 1Эх 4в Код ПП: 011.Двойная неисправность: ВПП и УКК (Фиг.4 б). Период частного максимумаТт 1.5 "1 2 Т Т=о( Ы (3) = 4, что соответствует диапазойу В 3 т.е. х 1 = 1 х 2 ж 1Период общего максимума больше граничного значения, а период общего минимума - меньше: Т(Фиг.4 в). Период частного максимума меньше периода частного минимума,что соответствует диапазону р 1 т.е, х 1 = 11 х 2 = О. Период Общего Максимума больше граничного значения, а период общего минимума меньше: ТмаксТ гр х = 1 мияТгр Х 4 Код НПП: 1010.Двойная неисправность: НПП-УНК (.иг.4 г), Период частного максимума больше периода частного минимумат,---- 3 ) Ыа( (3) =4Т фп 2 ксгр-мин"ГрТ х 13 , 156что соответствует диапазону В З,т,е.х = 1; х = 1. Период общего макси-мума меньше граничного значения, апериод общего минимума больше ТТ й -маке -ср Э- ) Код НПП-УПК: 1001,Двойная неисправность: НПП-УПК(фиг,4 д). Период частного максимумаменьше периода частного минимума ТТмикс 1сс= -" - = ---- = - -=г сЫ (1):й Та 3= 0,7,что соответствует диапазону У 1,т.е,х, = 1; х = О. Период общего максимума Тменьше граничного значения, а период общего минимума больше Код НПП-.УПК: 1001,Сигналы выхода дешифратора 20 поступают на вход блока 13 индикации,указывающего соответствующее состояние С 1 ЧН. формула изобретенияУстройство диагностирования скважинных штанговых насосов, содержащее датчик усилия, преобразователь напряжения, генератор тактовых импульсов, блок управления, четыре счетчика импульсов, блок памяти,две схемы сравнения, делитель и блок индикации, причем датчик усилия через преобразователь напряжения связан с первым счетчиком импульсов, другие входы четырех счетчиков импульсов связаны соответственно с выходами блока управления, другой выход кото 0799рого подключен к входу блока памяти,второй вход которого связан с выходом первого счетчика импульсов, вы 5ход генератора тактовых импульсовсвязан с входами блока управления,второго, третьего и четвертого счетчика импульсов, выход делителя подключен к первому входу второй схемысравнения, второй вход которой связан с выходом блока памяти, а выход: -с входом блока управления, один извходов первой схемы сравнения связанс выходом блока памяти, а выход - свхвдом блока управления, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения Функциональных возможностей устройства, оно дополнительноснабжено отметчиком крайних положе 20 ний, двумя дополнительными схемамисравнения, тремя буферными регистра- .ми и дешифратором, причем выход отметчика крайних положений связан свходом блока управления, два входа25 первого буферного регистра, взаимодействующего с первой схемой сравнения, подключены соответственно квыходу блоков памяти и управления,другой выход которого подключен кпервым входам третьей и четвертойсхем сравнения, вторые входы которыхподключены соответственно к выходамвторого и третьего счетчиков импульсов, выходы которых связаны также35с входами соответственно второго итретьего буферных регистров, вторыевходы которых связаны соответственнос выходами блока управления, а выходы - с входами делителя, при этом40 два выхода третьей и четвертой схемысравнения подключены соответственнок двум входам дешифратора, три других входа которого связаны соответ. ственно с двумя выходами четвертого45 счетчика импульсов и выходом блокауправления, а выход - с входом блокаиндикации,15 б 0799 Прцхбоя алунжеро,0Июп плунжер огнетотелыая аюго течн дквп алувкеро и уте елтотеленою ло а алунмеро ц ущечк Аю ллунмера ц утечка Аувер Фие 4Составитель В,ДулънТехред М.Дидык Редактор А.Ре ктор М.11 арощ 9 дписн о-издательский комбинат "Патент",род, ул. Гага извод ЗакаВНИИП сударствен 113иркомиМос ета поа, Жэобретениям и открытиям при Раушская наб., д, 4/5