Способ защиты штанговых глубинных насосных установок

Способ защиты штанговых глубинных насосных установок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ЗАЩИТЫ ШТАНГОВЫХ ГЛУБИННЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК (ШГНУ), : основанный на измерении мощности, потребляемой электродвигателем, согласно которому измерение мощности производят в течение измерительного цикла, равного по длительности циклу качания насоса, определении значения энергии, потребляемой электродвигателем ШГНУ за половину измерительного цикла, однозначно соответствующего ходу плунжера насоса вверх, и за половину измерительного цикла, однозначно соответствующего ходу плунжера насоса вниз, сравнении их между собой, по величине разности судят о состоянии и режго е работы ШГНУ и в случае, если указанная разность превьшаёт заданное значение, формируют сигнал на отключение ШГНУ, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения его надежности, в каждом измерительном цикле производят дискретно, с одинаковым шагом дискретизации по времени, четное количество

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV 09ИДЕТЕХЬСТВУ

I Ьи,1

i 4%at.едх )KPq-ZP, (3 и+Д 1- п- .ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3563246/24-07 (22) 10.03.83 (46) 30.08.84. Бюл. №- 32 (72) А.Е. Замараев, Н,N. Сибагатуллин и В.А. Тарбеев (71) Специальное проектно-конструкторское бюро Всесоюзного объединения

"Союзнефтеавтоматика 1 (53) 621.316.925(088.8). (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹- 612340, кл. Н Q? Н 7/08., 1978.

2. Авторское свидетельство СССР № 543082, кл. Н 02 Н 7/08, 1977. (54) (57) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ШТАНГОВЫХ

ГЛУБИННЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК (ШГНУ), основанный на измерении мощности, потребляемой электродвигателем, согласно которому измерение мощности производят в течение измерительного цикла, равного по длительности циклу качания насоса, определении значения энергии, потребляемой электродвигателем. ШГНУ за половину измерительного цикла, однозначно соответствующего ходу плунжера насоса вверх, и за половину измерительного цикла, однозначно соответствующего ходу плунжера насоса вниз, сравнении их между собой, по величине разности судят о состоянии и режтвче работы

ШГНУ и в случае, если указанная разность превышает заданное значение, формируют сигнал на отключение ШГНУ, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения его надежности, в каждом измерительном цикле производят дискретно, с одинаковым шагом дискретизации по времени, четное количество (2и) измерений мгновенных значений мощ..Я0„„1111221 А

Зев Н02Н 7/08 F04Â 2306 х««а«« ности, определяют последовательно

s раз абсолютное значение разности сумм измеренных значений мощности за одну и вторую половину измерительного цикла, однозначно не соответствующих ходу плунжера насоса вверх или вниз, при этом каждьМ раз внутри измерительного цикла сдвигают циклически начало отсчета на величину шага дискретизации, по найденным значениям определяют укаэанную величину разности между энергией, потребляемой электродвигателем при ходе плунжера насоса вверх, и энергией, потребляемой при его ходе вниз, в соответствии с выражением 6

И причем Рг . где 9l - абсолютное значение разности между энергией, потребляемой при ходе вверх, и энергией, потребляемой при ходе вниз, в измерительном цикле, кВт-ч,,А - шаг дискретызации измерения мгновенных значений мощностй в измерительном цикле,С, Р - измеренное значение мощности при ъ-и дискретном измерении в измерительном цикле, кВт, - количество дискретных измерений мощности за половину цикла, 0,1,2,..., n — 1 номер опе-. рации циклического сдвига начала отсчета в измерительном цикле.

1111221

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано при создании систем контроля, управления и защиты штанговых глубинных насосных установок (ШГНУ). 5

Известен способ защиты, основанный на измерении мощности, потребляемой электродвигателем ШГНУ, при этом измерение мощности осуществляют в течение целого числа периодов, причем 10 каждый период измерений разбивают на четное число равных интервалов и осуществляют измерение суммарного значения мощности за четные и нечетные интервалы отдельно, сравнивают 15 полученные результаты между собой,и в случае отличия результата сравнения от нуля формируют сигнал на отключение L1 1.

Известный способ основан на ис- 20 пользовании критерия стационарности случайных процессов, который являет. ся недостаточным для однозначной оценки состояния и режима работы

ШГНУ и ее защиты при том или ином 25 значении критерия.

Наиболее близким к предлагаемому является способ защиты, основанный на измерении мощности (или тока), потребляемой электродвигателем ШГНУ, щ и контроле положения балансира ШГНУ, при этом определяют значения энергии (или величин, ей пропорциональных), потребляемой электродвигателем ШГНУ за время хода плунжера насоса вверх и за время его хода вниз, сравнивают их между собой и по результату сравнения судят о состоянии и режиме работы ШГНУ в .случае превышения результатом сравнения величины задан- 40 ного значения формируют сигнал на отключение электродвигателя f2 3.

Однако согласно этому способу,. кроме измерения мощности необходимо дополнительно контролировать поло- 45 жение балансира ШГНУ, а это снижает

t эффективность практической реализации способа, поскольку требуется установка на технологическом оборудовании датчиков. Контролирующих 50 положение балансира, что усложняет систему защиты, снижает ее надежность.

Цель изобретения - упрощение способа и повышение его надежности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу защиты

ШГНУ, основанному на измерении мощности, потребляемой электродвнгате= лем, измерение мощности производят в течение измерительного цикла, равного по длительности циклу качания насоса, определении значения энергии, потребляемой электродвигателем

ШГНУ за половину измерительного цикла, однозначно соответствующего ходу плунжера насоса вверх, и за половину измерительного цикла, однозначно соответствующего ходу плунжера насоса вниз, сравнении их между собой, по величине разности судят о состоянии и режиме работы ШГНУ и в случае, если укаэанная разность превышает заданное значение, формируют сигнал на отк.почение ШГНУ, в каждом измерительном цикле производят дискретно, с одинаковым шагом дискретизации по времени, четное количество (2 ) измерений мгновенных значений мощности, определяют последовательно раз абсолютное значение разности сумм измеренных значений мощности за одну и вторую половину измерительного цикла, однозначно не соответствующих ходу плунжера насоса вверх или вниз, при этом каждый раз внутри измерительного цикла сдвигают циклически начало отсчета на величину шага дискретизации, по найденным значениям определяют указанную величину разности между энергией, потребляемой при ходе плунжера насоса вверх, и энергией, потребляемой при его ходе вниз, в соответствии с выражением мъ+Э 2 +jl

g® д rn>g KP;-ХР

Ь1 ч=п+1 1 пРичем Р „ .< P, э где аЫ вЂ” абсолютное значение разнос- . ти между энергией, потребляемой при ходе плунжера насоса вверх, и энергией, потребляемой при его ходе вниз, в измерительном цикле, кВт-ч;

bt — шаг дискретизации измерения мгновенных значений мощности в измерительном цикле, с

Р— измеренное значение мощ1 ности при ъ-м дискретном измерении в,измерительном цикле, кБт, 1111221

40 количество дискретных измерений мощности за половину измерительного цикла, 0,1,2,..., -1 — номер операции циклического сдвига 5 начала отсчета в измерительном цикле.

На фиг. 1 приведен график, поясняющий данный способ, на фиг. 2 пример реализации способа. 1О

На фиг. 1 показаны кривые изменения мощности, потребляемой электродвигателем ШГНУ, где сплошная кривая соответствует нормальному режиму работы ШГНУ, пунктирная — нарушению в 15 режиме работы, Т„ — длительность одного цикла качания насоса (ход плунжера вверх и вниз); TI — время хода плунжера насоса вверх; Х вЂ” время хода плунжера насоса вниз, Т„ — дли- 20 тельность измерительного цикла, равная длительности цикла качания насоса Т, а"- — шаг дискретизации измерения мгновенных значений мощности в измерительном цикле а4 = Т.„/2„);

Р -Р „ . — значение мощности, измеренное в дискретные моменты времени в течение одного измерительного цикла, Сущность данного способа заключается в следующем. 30

Если задать длительность измерительного цикла Т равной длительности цикла качания насоса Тц и в каждом измерительном цикле, которые начинаются в произвольные моменты времени вне зависимости от положения балансира ШГНУ, производить дискретно с шагом t Т /2 четное количество измерений мгновенных значений мощности Р<, Р, Р,..., Р.:„ (фиг. 1) и по результатам измерений определять максимальное абсолютное значение разности энергии за одну и вторую половину измерительного цикла в соответствии с выражением (1), 45 то оно будет представлять собой, с достаточной для практических задач точностью, абсолютное значение разности между энергией, потребляемой при ходе плунжера насоса вверх, и энергией, потребляемой при его ходе вниз, а это является хорошим критерием для оценки режима работы ШГНУ.

Если ШГНУ уравновешена и работает в нормальном режиме, потребление 55

1энергии при ходе плуижера насоса вверх равно (или незначительно отли

1 чается) потреблению энергии при его ходе вниз. При этом, как это видно нз кривой изменения мощности (сплошная кривая на фиг. 1), абсолютные значения разности суммарных эначенир мощности за одну.и вторую половину измерительного цикла, определенные при различных началах отсчета в измерительном цикле, равны между собой (или различие между ними незначительно) и практически любое из них может быть принято как абсолютное значение разности между энергией, потребляемой при ходе плунжера насоса вверх, и энергией, потребляемой при его ходе вниз.

При нарушении режима работы ШГНУ баланс энергии при ходе плунжера на-. соса вверх и вниз нарушается (пунктирная кривая на фиг. 1). В этом случае наибольшее абсолютное значение имеют те разности суммарных значений мощности за одну и вторую половину измерительного цикла, при определении которых начало отсчета в измерительном цикле попадает в точки, когда все приращения (их абсолютное значение), вызванные нарушением режима работы ШГНУ, входят в зону из сравниваемых сумм (на фиг. 1 точки 6- и -1 и отстоящие от,них на интервалов на оси времени).

Так как разности, при определении которых начало отсчета совпадает с укаэанными точками, равны или незначительно отличаются друг от друга и в состав этих точек входят точки, соответствующие началу хада плунже.— ра насоса вверх (или вниз), то и в данном случае разность л / представляет собой абсолютное значение разности между энергией, потребляемой электродвигателем при ходе плунжера вверх и вниз.

На фиг. 2 показана функциональная схема устройства, реализующего данный способ на базе использования вычислительной техники.

Устройство содержит измерительный преобразователь 1 мощности с цифровым выходом, электронные ключи 24 -2, блоки (ячейки) 3„-3 „ памяти, блок 4 выполнения арифметико-логических операций, блок 5 управления.

Устройство работает следующим образом.

В течение измерительного цикла Т1, блок 5 управления открывает после" вательно через равные промежутки

5 111 времени а4 =Т /2и ключи 2л -2 „, при этом измеренные значения мощности за-V носятся в ячейки памяти 3 -3 соотл ветственно. Затем блок 4 выполнения арифметико-логических операций выI числяет абсолютное значение разности Ф между энергией, потребляемой электродвигателем при ходе плунжера вверх, и энергией, потребляемой при его ходе вниз, в соответствии с выражением (1), при этом сравнивают полученное значение с заданным дФуа

Если a% %, ячейки памяти обнуляются и измерительный цикл повторяется. Если аЪ/>а% м, блок 5 управления выдает сигнал на отключение электродвигателя ШГНУ, Кроме того, найденное значение аЮ выводится по запросу на индикацию или передается по кана1221 б лам связи на верхний уровень управления с целью текущего контроля состояния ШГНУ.

Таким образом, изобретение позволяет исключить операции по контролю положения балансира ШГНУ и син хронизации цикла измерения мощности с циклом:.ачания йасоса, в то же .

10 время обеспечивает контроль и защиту

ШГНУ но тому же критерию, что и в прототипе, чем достигается упрощение способа. В свою очередь, исключение операции по контролю положения балан15 сира ШГНУ и синхронизации цикла измерения мощности с циклом качания насоса упрощает схему реализации, чем достигается повышение надежности .пособа.

1111221

Заказ 6322/42

Тираж 613 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Зимаков

Редактор Л. Алексеенко Техред Л.Коцюбняк Корректор О. Луговая