Устройство для контроля и диагностики глубинно-насосных скважин

Устройство для контроля и диагностики глубинно-насосных скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для контроля глубинно-насосных скважин, оборудованных штанговыми насосами, путем обработки их телединамограмм. Цель изобретения - повышение достоверности контроля. Устройство содержит датчик 1 усилия штока насоса, фиксаторы нулевого уровня положительной 2 и отрицательной 3 частей сигнала, счетчики 4, 5, 18, 22, аналого-цифровой преобразователь 6, накапливающие сумматоры 7, 8, блоки 9, 10 деления, блок 11 вычитания, схемы 12, 17, 19, 23 сравнения, триггеры 13, 21, 24, 25, блок 14 индикации, задатчик 15 номинальных значений диагностируемых параметров насоса, блок 16 управления и элемент И 20. Устройство обеспечивает определение состояния частичного незаполнения цилиндра глубинного насоса за счет наличия газового фактора в скважине. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 06 F 15/46

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4728069/24 (22) 07.08.89 (46) 30,07.91. Бюл, ¹ 28 (71) Специальное конструкторское бюро

"Кибернетика" с опытным производством

Инс итута кибернетики АН АЗССР (72) .В.Федяшин и Ш.M.Oñìàíîâ (53) 1,396 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1108193, кл. Е 21 В 43/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1578722, кл. G 06 F 15/46, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ГЛУБИННО-НАСОСНЫХ

СКВАЖИН (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для контроля глубинно-насос„„SU „„1667108 А1 ных скважин, оборудованных штанговыми насосами, путем обработки их телединамограмм. Цель изобретения — повышение достоверности контроля. Устройство содержит датчик 1 усилия штока насоса, фиксаторы нулевого уровня положительной

2 и отрицательной 3 частей сигнала, счетчики 4, 5, 18, 22, аналого-цифровой преобразователь 6, накапливающие сумматоры 7, 8, блоки 9, 10, деления, блок 11 вычитания, схемы 12, 17, 19, 23 сравнения, триггеры 13, 21, 24, 25; блок 14 индикации, задатчик 15 номинальных значений диагностируемых параметров насоса, блок 16 управления и элемент И 20. Устройство обеспечивает определение состояния частичного незаполнения цилиндра глубинного насоса за счет наличия газового фактора в скважине. 8 ил.

1667108

И1

4N1

ui+

I =1 кости; — номиФ

N1 шток равна

1 2 и — номинальное

Изобретение относится к автоматике и вычисли1åëьной технике и предназначено для обработки телединамограмм глубиннонасосных скважин, оборудованных штанговыми насосами, в процессе их работы, Цель изобретения — повышение достоверности контроля путем определения состояния частичного незаполненного цилиндра глубинного насоса за счет наличия газового фактора в скважине.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — схема блока управления; на фиг,З вЂ” временные зависимости сигнала усилия; а — на выходе датчика усилия, в . координатахусилие- время(р-1);б — сигнал, получаемый на выходе фиксатора нулевого уровня положительной части сигнала в ко, ординатах напряжение — время (и-1); в— сигнал, получаемый на выходе фиксатора нулевого уровня, отрицательной части сигнала в координатах напряжение — время (u-1); на фиг,4 — динамограммы ситуации, соответствующей сверхдопустимым отложениям в колонне насосных труб: динамограммы (1-2-3-3) — теоретическая, кривая А— после очистки насосных труб от отложений, кривая  — после длительной эксплуатации при наличии отложений в насосных трубах в координатах; усилие (Р) — перемещение (t) штанги, на фиг.5а, б — совмещенные друг с другом динамограммы работы скважинного, штангового насоса при частичном незаполнении насоса жидкостью, вызванном влиянием пластового газа на работу насоса при том, что газовые защитные приспособления, находящиеся у приема насоса, paGoтают нормально (а — замкнутая динамограмма; б — временная развертка сигнала, получаемая на выходе датчика усилия); на фиг.ба, б — совмещенные друг с другом динамограммы работы скважинного штангового насоса при частичном незаполнении насоса жидкостью, вызванном влиянием пластового газа на работу насоса при том, что газовые защитные приспособления, находящиеся у приема насоса, работают ненормально (а — замкнутая динамограмма; б — временная развертка сигнала, получаемая на выходе датчика усилия).

На фиг,4а и ба используются обозначения: 5 — 1 — теоретическая динамограмма работы насоса; 5 2, 5 3, 5 4, 5 5 динамограммы, снятые последовательно в первом, втором, третьем и четвертом циклах работы насоса, где Л и Л;, — номинальная и фактическая )aalloсTI. между средними значениями напряжений сигнала датчика усилий, соот ветств ю:.,зя .:осу жид15

55 нальное и фактическое средние значения напряжения сигнала датчика усилия, соответствующие полезному ходу плунжера, во время которого .статическая нагрузкФ на весу штанг и жидкости; 12

Х 0 и фактическое средние значения напряжения сигнала датчика усилия, соответствующие нагрузке на шток, равной весу штанг, 00 — нулевая линия усилия, На фиг,5б и бб приняты обозначения: 5-1 — временная развертка сигнала датчика усилия нормальной работы насоса; 5-2, 5 — 3, 5-4, 5-5— временные развертки сигнала датчика усилия в первом, втором, третьем и четвертом циклах работы насоса, где: t — номинальное значение длительностей сигнала датчика усилия при нормальной работе насоса (при полном заполнении насоса жидкостью); 1Ф1 1фг.тфз 1Ф4— фактические значения длительности сигнала датчика усилия в первом, втором, третьем и четвертом циклах работы насоса, Т вЂ” длительность одного цикла (периода) работы насоса, 00 — нулевой цикл сигнала датчика усилия.

На фиг.7 представлен алгоритм работы устройства; на фиг.8-временная диаграмма работы блока управления числа рабочих циклов насоса (для и =- 8).

Устройство содержит датчик 1 усилия штока насоса, фиксатор 2 нулевого уровня положительной части сигнала, фиксатор 3 нулевого уровня отрицательной части сигнала, первый 4 и второй 5 счетчики, аналого-цифровой преобразователь 6, первый и второй накапливающие сумматоры 7 и 8, первый и второй блоки 9 и 10 деления, блок

11 вычитания, первую схему 12 сравнения, первый триггер 13, блок 14 индикации, задатчик 15 номинальных значений диагностируемых параметров насоса, блок 16 управления, вторую схему 17 сравнения, третий счетчик

18, третью схему 19 сравнения, злемент И 20, второй триггер 21, четвертый счетчик 22, четвертую схему 23 сравнения и третий и четвертый триггеры 24 и 25.

Блок 16 управления содержит генератор 26 тактовой частоты, первый и второй усилители 27 и 28, первый, второй, третий и четвертый элементы И 29-32, элемент ИЛИ

33, дешифратор 34, счетчик 35, таймер 36. первый, второй, третий и четвертый элементы 37 — 40 задержки соответственно.

1667108

30

40 приводятся в исходное состояние, С выхода Ь1 блока 16 сигнал "1" поступает на счетный вход счетчика 4 и управля- 45

Работа устройства осуществляется следующим образом, С целью предотвращения вредного влияния газа на рабату насоса, прием насоса оборудуют защитным приспособлением (газовые якори типа ЯГ-1; якори-зонты ЯЗ, многосекцион ные, тарел ьчатого, винтового и погружного типа), позволяющие частично отводить свободный газ от приема насоса в затрубное пространство, Задается количество рабочих циклов п нагнетания насоса (КЦ = и) и время останова устройства (например, OocT = 1 ч). Время останова Тост необходимо, чтобы уровень жидкости, подаваемой пластом, восстановился в затрубном пространстве. За это время Т ст электродвигатель станка-качалки выключается (не показано), Подсчет времени останова осуществляет таймер 36, После выдержки времени То,-т включается электродвигатель станка-качалки (не показано), приводящий в действие скважинный насос. При этом сигнал датчика 1 (фиг,За) одновременно поступает на входы фиксаторов 2 и 3 нулевого уровня положительной и отрицательной частей сигнала и аналого-цифрового преобразователя 6, тем самым запускается устройство в работу.

Фиксаторы 2 и 3 нулевого уровня фиксируют соответственно положительные и отрицательные части сигнала (фиг.36, e). Это позволяет независимо от изменения нуля датчика 1 получить положительные и отрицательные части сигнала на постоянном уровне.

С выходов фиксаторов 2 и 3 нулевого уровня на входы блока 16 управления поступают положительные и отрицательные части сигнала датчика 1 соответственно, Сигнал "1" с выхода Ьз блока 16 поступает на входы сброса накапливающих сумматоров 7 и 8, счетчиков 4, 5, 18 и 22, чем они ющий вход накапливающего сумматора 7, разрешая суммирование содержимого сумматора 7 с текущим сигналом, поступающим на другой его информационный вход с аналого-цифрового преобразователя 6 +

Таким образом. в накапливающем сумN1 маторе 7 находится сумма,>, UI4, значений

I =1 отсчетов положительной части сигнала датчика 1 в течение циклов нагнетания глубинN1 ного насоса (С 1: . Ui>), а в счетчике 4

I =1

20 хранится число отсчетов N1 С41:= N1 f . В накапливающем сумматоре 8 находится

1 12 сумма, Г UI4, значений Nz отсчетов отрицаI =1 тельной части сигнала датчика 1 в течение и циклов нагнетания глубинного насоса

NZ С,2:=, >, UI4, (, а в счетчике 5 хранится

I 1 число отсчетов N2 ) С42: = М2 .

Хранимые числа значений N1 и Nz соответственно в счетчиках 4 и 5 соответствуют длительностям положительной и отрицательной частей сигнала датчика 1, Они преобразуются в числа отсчета, заполняющие эти длительности в счетчиках 4 и 5 сигналами генератора 26 тактовой частоты блока управления, Число отсчетов N1 с выхода счетчика 4 подается на вход схемы 17 сравнения, на другой вход второго выхода задатчика 15 поступает число отсчетов К (соответствующее номинальному значению длительностей сигнала датчика 1 при полном заполнении насоса тн). В каждом рабочем цикле происходит сравнение N1с К. При фиксировании N1 > К (или t ai > т„) на выходе схемы 17 сравнения вырабатывается сигнал, который поступает на вход счетчика

18, предназначенный для отметки числа незаполнения (n<) насоса, при котором содержимое счетчика 18 увеличивается на единицу.

Если в результате сравнения N1< К (или 1ф + TH)., то на втором выходе схемы 17 сравнения вырабатывается сигнал, который поступает на вход счетчика 22, при этом его содержимое увеличивается на единицу (p).

Содержимое счетчиков 18 и 22 поступает соответственно на информационные входы третьей и четвертой схем 19 и 23 сравнения, на другие входы которых с выхода Ь7 блока

16 поступает число отсчитываемых рабочих циклов работы насоса и (со счетчика 35 на фиг.2, содержимое которого в каждом цикле увеличивается на единицу);

В том случае, когда устройство выдержало заданное количество циклов (и), на схеме 19 сравнения произойдет сравнение значений (n„) с (n). При случае п < n на ее выходе вырабатывается сигнал, являющийся разрешающим для элемента 20.

Таким образом, в течении п рабочих циклов работы насоса определяется количество циклов незаполнения насоса. Содержимое накапливающего сумматора 7 поступает на вход блока 9 деления в качестве делимого, на другой вход которого поступает в качестве делителя значение числа

1667108

10 поступаФ

Ьф <Л, и» <п отсчетов N1 с выхода счетчика 4 {Ulcpg =

-"Снt:C>1.

Содержимое накапливающего сумматора 8 поступает на вход блока 10 деления в качестве делимого, на другой вход которого . поступает в качестве делителя значение числа отсчетов N2 с выхода счетчика 5 (Ulzp)p=

= Смг:СЛ, Сигнал "1" с выхода Ь4 блока 16 поступает на разрешающие входы блоков 9 и 10, деления, разрешая проведение операции деления. Результаты деления с их выходов, поступают на входы блока 11 вычитания, на .,разрешающий вход которого поступает "1" с выхода Ь5 блока 16 управления, разрешая проведение операции вычитания, в результате чего полученное значение

N1 + йг

Ut ет на вход схемы 12 сравнения, на другой вход которой с выхода задатчика 15 поступает { Л» — номинальное значение средней величины разности сигнала датчика 1 при ходе штанг вверх и вниз) значение уставки, Если полученное значение будет

Лф > Лн, то на выходе схемы 12 сравнения появляется "1", которая поступает на информационный вход триггера 13, что свидетельствует об отложении парафина в насосных трубах свыше определенного ко" личества {фиг.4).

Если на первой схеме сравнения 12 будет зафиксировано Лф < Ь», то на другом ее выходе появляется "1", которая поступает на вход элемента И 20, При выполнении условий одновременно срабатывак)т схемы 12 и 19 сравнения, единичные сигналы с их выходов поступают на входы элемента И 20, на его выходе появляется "1", которая поступает на информационный вход триггера 21, что свидетельствует о частичном незаполнении насоса жидкостью, вызванном влиянием пластового газа на работу насоса, "1" с выхода элемента И 20 также поступает на разрешающий вход схемы 23 сравнения в целях диагностирования работы газовых защитных приспособлений, находящихся у приема насоса.

Так как один из информационных входов схемы 23 сравнения связан с выходом

Ь7 блока 16 управления, то на этой схеме

55 произойдет сравнение значений (р) с (и).

При случае.р = n на выходе схемы 23 сравнения вырабатывается "1", которая поступает на информационный вход триггера 24, что свидетельствует о том, что газовые защитные приспособления, находящиеся у приема насоса, работают нормально (фиг.5), При случае р < n, на другом выходе схемы 23 сравнения вырабатывается "1", которая поступает на информационный вход триггера 25, что свидетельствует о том, что газовые приспособления, находящиеся у приема насоса, работают ненормально

{фиг.б), С задержкой времени, необходимой для срабатывания триггеров 13, 21, 24 и 25, с выхода Ьв блока 16 управления на разрешающие входы этих триггеров поступает "1", разрешая переход каждого триггера в состояние, соответствующее сигналу, присутствующему íà его информационном входе.

Появление сигналов на выходе триггеров

13, 21, 24 и 25 вызывает срабатывание блока

14 индикации, Работа блока 16 управления (фиг,2) осуществляется следующим образом.

Сигналы, поступившие на входы первого и второго усилителей-ограничителей 27 и

28 по первому а1 и второму а2 входам блока

16 управления, усиливаются и ограничиваются до уровня "1". Таким образом, в течение положительной части сигнала датчика 1 на выходе усилителя-ограничителя 27 присутствует "1", на выходе усилителя-ограничителя 28 — "0", а в течение отрицательной части сигнала датчика 1 на выходе усилителя-ограничителя 27 присутствует "0", на выходе усилителя-ограничителя 28 присутствует "1", Сигнал с выхода усилителя-ограничителя 27 одновременно поступает на входы элементов И 30 и 32, Сигнал с выхода усилителя-ограничителя 28 поступает на вход третьего элемента И 31. При наличии на выходе таймера 36 сигнала "1" поступает на вход счетчика 35, Счетчик 35 и дешифратор 34 образуют распределитель импульсов, при этом выходы дешифратора 34 являются выходами распределителя импульсов, а вход счетчика 35 является входом распределителя импульсов. Выход счетчика 35 является выходом Ь7 блока 16 управления. Сигнал с первого выхода дешифратора 34 через элемент 40 задержки подается на выход Ьз блока 16 управления. Входы элемента ИЛИ 33 подключены к выходам дешифратора 34 с второго по (и-1)-й включительно, при этом на его выходе появляется "1", которая поступает на вход первого элемента И 29, разрешая

1667108

5

20

45

55 прохождение сигналов генератора 26 тактовой частоты на входы элементов И 30 и 31.

Во время прохождения положительной части сигнала датчика 1 усилия "1" с выхода усилителя-ограничителя 27 разрешает прохождение сигналов генератора 26 тактовой частоты через элемент И 30 и передается на входы 0» блока 16 управления. Во время прохождения отрицательной части сигнала датчика 1 усилия "1" с выхода усилителя-ограничителя 28 разрешает прохождение сигналов генератора 26 тактовой частоты через элемент И 31 и передается на выход Ьр бло.ка 16 управления, После поступления п-го сигнала с выхода усилителя-.ограничителя 27 на п-ом выходе дешифратора 34 появляется "1", на выходе элемента ИЛИ .33 сигнал "0" (так как на всех его входах присутствует "0", который запрещает прохождение импульсов генератора 26 тактовой частоты через элемент

И 29). "1" с и-го выхода дешифратора включает таймер 36, на выходе которого через заранее заданное время (в устройстве Т ;=

= 1 ч) появляется "0", при этом устройство не работает. Кроме того, "1" с и-ro выхода дешифратора 34 обнуляет счетчик 35, через элемент 37 задержки поступает на выход блока 16 управления. "1" с и-го выхода дешифратора 34 через элементы 37 и 38 задержки подается на выход Ь5 блока 16 управления. "1" с и-го выхода дешифратора

34 через элементы 37-39 задержки подается на выход Ьб блока 16 управления.

Обнулением счетчика 35 после выработки необходимых выходных сигналов (Ьi—- .Ьт) блока 16 управления дешифратор 34 приводится в нулевое состояние, на его первом выходе имеется сигнал "1", который передается на выход Ьз блока 16 управления посредством элемента 40 задержки (т.е, n =

=и+1 и устройство подготовлено для последующей обработки значения поступающего сигнала датчика 1 усилия в случае задержки заданного времени останова То т = 1 ч).

По истечении заданного времени останова (To< = 1 ч) на выходе таймера 36 появляется "1" и все указанные процессы повторяются, Известно. что скважинный штанговый насос работает под динамическим уровнем жидкости в скважине. На фиг,ба представлены четыре последовательно снятые динамограммы после пуска скважины, характеризующейся вследствие поступления на прием насоса свободного газа под давлением, соответствующим глубине погружения насоса под динамический уровень. Для этих динамограмм характерны слаборазвитые волны нагрузок в начале хс да плунжера вверх и вниз и сильное их затухание в конце хода, что объясняется большой упругостью газа. Другой характерной чертой является большая продолжительность периода снятия нагрузки: соответствующие линии (обозначены цифрами) сильно выположены. В соответствии с этим происходит значительное запаздывание открытия клапанов и сокращения полезной длины пробега плунжеров.

В зависимости от типа защитного оборудования приема насоса характер изменения положения линии снятия нагрузки или, что одно и то же, характер изменения величины незаполнения вследствие влияния газового фактора будет преобладать тот или иной из отмеченных контуров при периодическом чередовании его с другими контурами, т.е. величина незаполнения будет беспорядочно изменяться в ту или другую стороны относительно некоторой средней величины. Такие отклонения вполне естественны, так как газосодержание смеси не может быть постоянным. Так как устройство функционирует на основе метода формирования средних величин, то достйгается повышение достоверности определения состояния частичного незаполнения цилиндра глубинного насоса вследствие наличия газового фактора в скважине.

Формула изобретения

Устройство для контроля и диагностики глубин но-насосных скважин, содержащее датчик усилия штока насоса, фиксатор нулевого уровня положительной части сигнала, фиксатор нулевого уровня отрицательной части сигнала, три счетчика, аналого-qNQpOвой преобразователь, два накапливающих сумматора, два блока деления, блок вычитания, три схемы сравнения, два триггера, блок индикации, задатчик номинальных значений диагностируемых параметров насоса, элемент И и блок управления, выход датчика усилия штока насоса подключен к входам аналого-цифрового преобразователя и фиксаторов нулевых уровней положительной и отрицательной частей сигнала, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами данных блока управления, первый управляющий выход которого подключен к счетному входу первого счетчика и к управляющему входу первого накапливающего сумматора, информационный вход которого и информационный вход второго накапливающего сумматора связаны с выходом аналого-цифрового преобразователя, входы сброса накапливающих сумматоров и счетчиков подключены к установочному выходу блока управления, второй управляющий выход ко1667108

12 дорого.соединен с управляющим входом второго накапливающего сумматора и со счетным входом второго счетчика, выход ко"горого подключен к входу делителя второго лока деления, вход делимого которого свя зан с выходом второго накапливающего сумматора, выход первого накапливающего сумматора подключен к входу делимого первого блока деления, вход делителя которого и первый вход второй схемы сравнения соединены с выходом первого счетчика, входы разрешения деления первого и второго блоков деления подключены к первому стробирующему выходу блока управления, второй стробирующий выход которого подсоединен к входу разрешения вычитания блока вычитания, входы уменьшаемого и вычитае мого которого подключены соответственно к выходам первого и второго блоков деления, а выход — к первому входу первой схемы сравнения, второй вход которой связан с первым выходом задатчика номинальных значений диагностируемых параметров насоса, второй выход которого подключен к второму входу второй схемы сравнения, первый выход котОрой соединен со счетным входом третьего счетчика, выход которого ! подключен к первому входу третьей схемы сравнения, вторЬй вход которого связан с информационным выходом блока управления, синхравыход которого подключен к синхровходам первого и второго триггеров, . выходы первого и второго триггеров подсоедийены к первому и второму входам блока индикации, выход третьей схемы сравнения подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с первым выхо5 дом первой схемы сравнения, второй выход которой подключен к информационному входу первого триггера, выход элемента И связан с информационными входами второготриггера, отл и ч а ю ще е с я тем, что, 10 с целью повышения достоверности контроля путем определения состояния частичного незаполнения цилиндра глубинного насоса за счет наличия газового фактора в скважине, в устройство введены четвертый счетчик, 15 четвертая схема сравнения и третий и четвертый триггеры, третий и четвертый входы блока индикации подключены соответственно к выходам третьего и четвертого триггеров, синхровходы которых связаны с

20 синхровыходом блока управления, информационный выход которого подключен к первому. входу четвертой схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом четвертого счетчика, вход сброса которого

25 подсоединен к установочному выходу блока управления, счетный вход четвертого счетчика подключен к второму выходу второй схемы сравнения, выход элемента И связан с.разрешающим входом четвертой схемы

30 сравнения, первый и второй выходы которой подключены соответственно к информационным входам третьего и четвертого триггеров, 1667108

1667108

1667108

1667108

Составитель А,Воронков

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л.Бескид

Редактор С.Л и си на

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2526 Тираж 411 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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