Устройство диагностирования скважинных штанговых насосов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

M А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 1-(ОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3752567/25-06 (22) 13.06.84 (46) 23.07.86. Бюл. № 27 (71) Азербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова (72) Т.М. Алиев, В. P. Костанян и А. А. ТерХачатуров (53) 621.651 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 836343, кл. Е 21 В 44/00, 1979. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ НАСОСОВ, содержащее датчик усилия, подключенный выходом к входу преобразователя напряжения, блок управления, три выхода которого подключены соответственно к входам первого, второго и третьего счетчиков импульсов, блок памяти, выход которого подключен к входу первой схемы сравнения, а вход — к выходу первого счетчика импульсов, второй выход которого через вторую схему сравнения подключен к одному из входов блока управления, причем выход преобразователя напряжения подключен к одному из входов первого счетчика импульсов, а также блок индикации, отличающееся тем, ÄÄSUÄÄ 1245753 (gg 4 F 04 В 47/02, Е 21 В 44/00 что, с целью повышения точности, оно снабжено дополнительным счетчиком импульсов, генератором тактовых импульсов, блоком приращения и делителем, входы которого связаны с четвертым выходом блока управления и выходами второго и третьего счетчиков импульсов, а выхо, через первую схему сравнения подключен к второму входу блока управления, выход первого счетчика импульсов соединен с одним из входов блока приращения, два других входа блока приращения подключены к второму выходу блока памяти и пятому выходу блока управления, а три соответствующих входа блока памяти и три соответствующих выхода блока управления связаны соответственно с тремя выходами блоков управления и блоков приращения, причем третий выход блока памяти связан с другим входом второй схемы сравнения, генератор тактовых импульсов подключен соответственно к третьему входу блока управления и входам двух основных и дополнительного счетчиков импульсов, а другой вход и выход последнего связаны соответственно с шестым выходом блока управления и входом блока индикации.

1245753

Изобрстс:(ие относится к устройствам ди(! Но "ирс)нания сква:кн(нных щтанговых Н3сосов и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности.

Цель изобретения -- повышение точности.

На фи-,. 1 предс.-анлепа блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 --- временная зависимость сигнала усилия 13 выходе датчика усилия; на фнг. 3 — функциональ"а я схема блока у!! ра (х !с пня; на фиг. 4 — — p функциональная схем3 блока приращения.

Устройство диагностирования скважинных штанговых насосов содержит датчик 1, усилия, подкл;оченный своим выходом к входу преобра3()B((òå>I5I 2 напряжения, блок 3 управлен iB. три входа которого подключены (5

COOfBЕгГСтВЕННО К ВХОдаМ ПЕРВОГО 4, ВтОрОГО 5 г()с-.",,:: .: т!H! 0!I Hx)pv;;I>coB, блок 7 !!с!Мя, 1„-1 .:! 1;; ГС)Гi) !(ОДКЛК)ЧЕН К BXO, I>5 ш рвсй "с",.> - с ",В-ения, а вход — к Bblxo-!

20 ,»>> 11(:) i О, -Л! ..,И > ИМ ПУЛЬСО!3> г>) OPOH ВЫ.

):од 1(о((>по(о :,-:;3 Втору"о схему 9 сравне!!ИИ ii!);.,К.l!():!(1 ii ОДНОМУ ИЗ ВХОДОВ ПЕРВОГО

;",стчпкг 4 HM!1>> lbcoB. Устройство также 0..:;.);1(>1-: блок 1!О индикации.

Кромс л): о, предлагаемое устройство наба(с>10,>:о )олнит(. IbHb!M счетчиком 1 1 HM 25 (;>,.i!ücoB, ге))епа гором 12 тактовых импульсов. блоком 13 при )а пения и делителем 14, входы к(>1(>po! (;:Ива пи с с«тверт»!м выходом блока 3 > 11>з В.lе!-. 1-:,) и Выходами Вто;)ОГО 5 и

) PC 1 1>С !г О С (< 1 -IИКОВ ИМП>>ЛbCÎB, 3 B»1XOlI, Ч(. рез 1(:рв .I() < хому 8 сравнения подключен к зр

BTop >Mу Входу бло(с". 3 у и;>авлеHHH, Выход пер)>ог<> счетчика 4 импульсов соединен с одним;:! Входов блока !3 приращения, при эгом два других входа блока 13 приращения .юдкл(очены к Второму Выходу блока 7 памя (и пятому Выходу блока 3 управления. Три ooI B(Tc1 ВУIO!JIHx ВхОД3 блока 7 нами fH H Bblхода блока 3 управления связаны соответстпс н(к> с тремя ьыходами блоков управления 3 H прира(пения 13, причем третий

В»1ход Ол01са > 1!а !Ити сВязан с друГим ВХО- 40 ох; В(с),)()Й > .. . >!1,: соа знания, Г<..непатОГ) 12 так: . ых !>м гул;. .",=, !!од(сл!Очек соответственно к тр> тье;: Вх аду О.-ока 3 управления и

Входам второго ч трет»его 6 и дополнительного 1 с>(е-чиков импульсов, а другой вход и Выход последне;о связаны соответственно 45 с шестым Выходом блока 3 управления и входом бло(а !О индикации (фиг. 1).

На фнг. 2 приняты следую цие обозначения: U — — напряжение, пропорциональное си(.i3л) усилия на Выходе;13..-чика 1 усилия;

)!) м5, (!pHiIBM li и 1> --- длительности участков Во приятия и снятия нагрузки; Л(-шаг квантования при измерении сигналов усилия;, ; напряжение, пропорциональное усилию, изл(е(>)енное В i-й момент времени;

Ui..bi -- напряжение, пропорциональное уси55 ли(о, измеренное в i+1-й момент времени; !

)х и U>; -- напряжения, соответствующие усилию соответственно в начале участка восприятия и в конце участка снятия нагрузки; Л вЂ” — приращение нагрузки на i+ 1-м интервале квантования над i-м моментом времени; Л.; — пороговое значение приращения нагрузки на интервале квантования.

Блок 3 управления может быть реализован на базе элементов И, ИЛИ, И вЂ” НЕ, элементов задержки и триггеров (К155ТМ2), а его функциональная схема (фиг. 3) содержит делитель 15 частоты, вход которого связан с выходом генератора 12 тактовых импульсов, а выход — с входом первого счетчика 4 импульсов, формирователь 16 короткого импульса (микросхема К155ЛАЗ и конденсатор соответствующего номинала), вход которого связан с выходом делителя 15 частоты, а выход — с входом блока 13 приращения., элемент 17 задержки, вход которого подключен к выходу формирователя 16 короткого импульса, а выход — к второму входу блока 7 памяти, три триггера 18 — 20, причем два входа триггера 18 подключены соответственно к первому и третьему выходу блока 13 приращения, а два выхода его— к первому входу блока 7 памяти и входу дополнительного счетчика 11 импульсов. Первый вход триггера 19 связан с вторым выходом блока 13 приращения, а второй выход связан с выходом схемы ИЛИ 21, два входа которой связаны соответственно с первым выходом блока 13 приращения и выходом второй 9 схемы сравнения, который через элемент 22 задержки связан также с первым входом триггера 20, второй вход которого подключен к выходу первой схемы 8 сравнения. Выход триггера 19 связан с входом третьего счетчика 6 импульсов, а выход триггера 20 подключен к входам делителя

14, дополнительного счетчика 11 импульсов и к первому входу схемы И 23, второй вход которой подключен к выходу генератора 12 тактовых импульсов, а выход — к третьему входу блока 7 памяти.

Ьлок 13 приращения (фиг. 4), включающий схему вычитания и схему сравнения восьми разрядных чисел (не показаны, может быть реализован на базе сумматоров типа

К155ИМЗ и элементов ИЛИ, НЕ, И вЂ” НЕ, а его функциональная схема содержит четыре сумматора 24 — 27 (микросхемы К155ИМЗ), блок элементов НЕ 28, элементы НЕ 29 и 30, блок элементов И вЂ” НЕ 31, блок элементов ИЛИ 32, элементы И вЂ” НЕ 33 — 35, при этом восемь первых входов сумматоров

24 и 25 соединены с выходами первого счетчика 4 импульсов, а восемь других входов сумматоров 24 и 25 подключены к выходам блока элементов НЕ 28, входы которого подключены к выходам блока 7 памяти, причем на вход переноса сумматора 24 подан уровень логической единицы, а выход переноса соединен с входом переноса сумматора 25, выход переноса которого связан с входом элемента НЕ 29 и с одним из вхо1245753 дов элемента И вЂ” НЕ 33. Выходы сумматоров 24 и 25 подключены соответственно к входам блока элементов И вЂ” НЕ 31 и блока элементов ИЛИ 32, другие входы которого связаны с выходами блока элементов И—

НЕ 31, а выходы — с входами сумматоров

26 и 27, на другие входы которых подается дополнительный восьмиразрядный код уставки Л,. При этом выход элемента НЕ 29 подключен к входам блока элементов И вЂ” НЕ

31, к входу переноса сумматора 26 и входу элемента И вЂ” НЕ 34. Выход переноса сумматора 26 связан с входом переноса сумматора 27, выход переноса которого подключен к входам элементов 33 и 34 и входу элемента И вЂ” НЕ 35 через элемент НЕ 30, причем третьи входы элементов И вЂ” НЕ 33 в 15

35 соединены с выходом, а выходы их с входами блока 3 управления.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с выхода датчика 1 усилия поступает на вход преобразователя 2 напряжения в частоту, и затем пропорциональная сиг20 налу усилия частота поступает на первый вход первого счетчика 4 импульсов, на второй вход которого поступают стробирующие импульсы разрешения счета, сформированные в блоке 3 управления из тактовой по 25 следовательности импульсов генератора 12 тактовых импульсов. Длительность стробирующих импульсов составляет

Лг л

2 27, Зо где f, — частота следования импульсов на выходе генератора тактовых импульсов 12; п — коэффициент деления частоты, заданной блоком 3 управления. 35

При этом в первом счетчике 4 импульсов записывается число, пропорциональное текущему значению сигнала усилия U;. Это число подается на первый вход блока 13 приращения, на второй вход которого подает- 40 ся код предыдущего значения сигнала усилия U; 1 из блока 7 памяти, которое записано в первый параллельный регистр блока памяти в предыдущем шаге квантования сигнала усилия At; i . Затем с выхода блока

3 управления на вход блока 13 прираще45 ния поступает короткий импульс, в течение которого этот блок определяет величину и знак приращения сигнала усилия Л;=

= U„— U„ i и сравнивает модуль этого приращения /Л;/ с величиной уставки Л -. При 50 этом сначала происходит сложение байта, соответствующего текущему значению сигнала усилия U;, поступившего с выхода первого счетчика 4 импульсов, с дополнительным восьмиразрядным кодом соответствующим значению U; i с выхода блока 7 памя- 55 ти. В дальнейшем полученное значение приращения Л; сравнивается с величиной уставки Лу- путем сложения с дополнительным восьмиразрядным кодом этой уставки, причем, если Л; (О, найденное значение приращения предварительно инвертируется, а к результату сложения с дополнительным кодом уставки добавляется единица. В зависимости от результата сравнения модуля приращения сигнала усилия с величиной уставки и от знака приращения на одном из трех выходов блока 13 приращения появляется сигнал, поступающий на соответствующий вход блока 3 управления. В случае, если JA,(> Лу. и д„ О, на первом выходе блока 13 приращения появляется сигнал, свидетельствующий о начале участка восприятия нагрузки. По этому сигналу блок управления записывает содержимое первого параллельного регистра блока 7 памяти, соответствующее сигналу усилия в точке А (фиг. 2), во второй параллельный регистр блока 7 памяти, при этом код, пропорциональный сигналу усилия в точке А, поступает на вход первой схемы 8 сравнения, на второй вход которой с выхода первого 4 счетчика импульсов поступает код, пропорциональный текущему значению сигнала усилия U„. Одновременно блок 3 управления разрешает второму счетчику 5 импульсов счет длительности участка восприятия нагрузки, на счетный вход которого поступают импульсы с выхода генератора 12 тактовых импульсов. На каждом шаге квантования д1 сигнала усилия по окончании работы блока 13 приращения с задержкой f „равной времени срабатывания блока 7 памяти, блок 3 управления записывает содержимое первого 4 счетчика импульсов в первый параллельный регистр блока 7 памяти, подготавливая информацию на входе блока 13 приращения к следующему шагу квантования. Дальнейшие измерения сигнала усилия на участке восприятия нагрузки подтверждают состояние разрешения счетчика для второго счетчика 5 импульсов.

При изменении сигнала усилия на участке неизменной нагрузки состояние блока 13 приращения определяется неравенством (A;((c,д с . При этом сигнал с третьего выхода блока 13 приращения поступает на вход блока 3 управления, который запрещает счет импульсов вторым счетчиком 5 импульсов, код на выходе которого соответствует длительности участка восприятия нагрузки t<.

При измерении сигнала усилия на участке снятия нагрузки состояние блока 13 приращения определяется неравенствами (Л;()

) Л„„и Л; (О. При этом сигнал с второго выхода блока 13 приращения поступает на вход блока 3 управления, который разрешает третьему счетчику 6 импульсов счет импульсов длительности участка снятия нагрузки, на счетный вход которого поступают импульсы с генератора 12 тактовых импульсов.

1245753

В момент окончания участка снятия нагрузки очередное текущее значение сигнала усилия U, поступающее с выхода первого счетчика 4 импульсов на вход второй схемы 9 сравнения, сравнивается с значением сигнала усилия в точке А (UA), которое предварительно записано во втором параллельном регистре блока 7 памяти. При этом с выхода второй схемы 9 сравнения на вход блока 3 управления поступает сигнал окончания импульса сигнала усилия. Так как 10 сигнал начала участка снятия нагрузки получен блоком 3 управления с задержкой, равной шагу квантования At, при получении сигнала с выхода второй схемы 9 сравнения блоком 3 управления вырабатывается управляющии сигнал с задержкой тn = At

15 который запрещает счет импульсов третьим счетчиком 6 импульсов. При этом содержимое третьего счетчика 6 импульсов соответствует длительности участка снятия нагрузки t2. Значения величин 11 и t2 поступают с выходов второго 5 и третьего 6 счетчиков импульсов на входы делителя 14, который по сигналу с блока 3 управления определяет отношение t4/tq, характеризующее одно из шести классов состояния скважинного штангового насоса; нормальная работа, утечка в приемном или нагнетательном клапане, высокая или низкая посадка плунжера и незаполнение насоса. Значение величины

ti/tz поступает на вход первой схемы 8 сравнения, на второй вход которой с выхода блока 7 памяти последовательно поступают граничные значения М, величины ti/4 для каждого класса состояния скважинного штангового насоса. Синхронно с импульсами, управляющими работой блока 7 памяти, на вход дополнительного счетчика 11 импульсов, характеризующего номера класса состояния скважинного штангового насоса, поступают импульсы с генератора 12 тактовых импульсов. В случае, если ti/4 (1Ч.р, с первой схемы 8 сравнения на блок 3 управления поступает сигнал о попадании найденного значения величины t /t внутрь диапазона возможных значений этой величины для данного класса состояний. При этом блок 3 управления запрещает счет дополнительным счетчиком 11 импульсов, с выхода которого код номера класса состояния скважинного штангового насоса поступает на вход блока

10 индикации, сигнализирующего о соответствующем состоянии штангового глубинного насоса.

Предлагаемое устройство позволяет идентифицировать шесть классов состояний штангового глубинного насоса на скважине глубиной до 2000 м и числом качаний до 10 в мин.

1245753

Выход генералов ра 12 тактооых импульсоо дыход1 &

Выход 3 дло

Вь(ход 2 Ело

Выход отор

9 схемы сра нения

Выход пер сраонени

1245753 с)

4, с) сзф о

4» 1.

Рслакгор О. Вугир

Заказ 3075!25

Составитель ;.). Гин С» 1н

Те..род И. Всрес Корректор М. Шароши

1 ярняк 586 Подписное

ВНИИГ1И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4 5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4