Способ определения неуравновешенности станка-качалки скважинной штанговой насосной установки

Авторы патента:

F04B51/00 - Испытание машин, насосов и насосных установок

F04B49/06 - электрическое управление или регулирование (регулирование с помощью поплавков, действующих на электрические коммутационные механизмы F04B 49/04)

F04B47/02 - с приводным устройством, расположенным на поверхности земли (F04B 47/12 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2621435:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к системам диагностики скважинных штанговых насосных установок. Сущность изобретения состоит в том, что сравнивают эталонное значение среднеквадратического отклонения полной мощности и значение среднеквадратического отклонения полной мощности, определенное из произведения действующих значений тока и напряжения, вычисленных с учетом условия минимального или максимального смещения штока от точки подвеса и условия не равенства нулю производной значения давления, вычисленных по значениям перемещения штока и давления. Уменьшается погрешность измерения потерь энергии из-за неуравновешенности станка-качалки. 1 ил.

Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для диагностики скважинных штанговых насосных установок, в частности для определения предаварийного состояния станка-качалки скважинной штанговой насосной установки.

Известен способ диагностирования неуравновешенности станков-качалок штанговых насосных установок (патент RU 2227848, МПК F04B 51/00, F04B 47/00, 27.04.2004). Способ заключается в том, что на основании сравнения отношения второй и первой гармоники реактивной мощности, получаемой из измерения мгновенных значений напряжения и тока, поступающих на вход электропривода станка-качалки, с эталонным коэффициентом неуравновешенности (для конкретного станка-качалки), делают вывод об уравновешенности этого станка-качалки.

Недостатком данного способа является необходимость проведения сложного гармонического анализа для вычисления указанных гармоник реактивной мощности, что обуславливает усложнение вычислений и использование процедуры дискретного преобразования Фурье.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ для диагностирования неуравновешенности станков-качалок штанговых насосных установок (патент RU 2210004, МПК F04B 51/00, F04B 47/00, 10.08.2003), заключающийся в измерении мгновенных значений тока и напряжения на входе электропривода станка-качалки, определении действующих значений тока и напряжения, определении полной мощности, среднего значения полной мощности и среднеквадратического отклонения полной мощности, которое сравнивают с эталонным значением среднеквадратического отклонения для данной установки.

Недостатком данного способа является невозможность определения направления неуравновешенности. Кроме того, недостатком обоих способов является сложность получения эталонных коэффициентов неуравновешенности для всех станков-качалок, а также изменение значений этих коэффициентов в произвольные моменты времени под действием сил внутри скважины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является устройство, реализующее описанный способ (патент RU 2210004, МПК F04B 51/00, F04B 47/00, 10.08.2003). Оно содержит измерительные датчики тока и напряжения, выходы которых связаны с входами аналого-цифрового преобразователя, который связан с микроконтроллером шиной управления и шиной данных, по которым происходит управление аналого-цифровым преобразователем и передача измеренных данных соответственно. Блок внешней памяти данных связан с микроконтроллером шиной управления и шиной данных, по которым происходит управление чтением и записью в памяти и передача данных соответственно. Кнопочная клавиатура связана с микроконтроллером посредством отдельной шины, по которой происходит интерпретация нажатой клавиши. Вход индикатора связан с выходом микроконтроллера, на который выдается сигнал, соответствующий полученному диагнозу уравновешенности станка-качалки.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности передачи данных о вычисленных среднеквадратических значениях полной мощности.

Задача изобретения - повышение точности определения неуравновешенности станка-качалки скважинной штанговой насосной установки.

Техническим результатом является уменьшение погрешности измерения потерь энергии из-за неуравновешенности станка-качалки.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе определения неуравновешенности станка-качалки скважинной штанговой насосной установки, по которому определяют степень неуравновешенности станка-качалки на основании сравнения эталонного значения среднеквадратического отклонения полной мощности и значения среднеквадратического отклонения полной мощности, вычисленного из отношения значения полной мощности и значения среднеквадратического отклонения полной мощности, при этом значение полной мощности определяют произведением действующих значений тока и напряжения, согласно изобретению действующие значения тока и напряжения вычисляют с учетом условия минимального или максимального смещения штока от точки подвеса и условия не равенства нулю производной значения давления, вычисленных по значениям перемещения штока и давления.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема устройства, в которой реализуется способ определения неуравновешенности станка-качалки скважинной штанговой насосной установки.

Пример конкретной реализации способа

Способ определения неуравновешенности станка-качалки скважинной штанговой насосной установки реализуется устройством, содержащим датчик тока 1, датчик напряжения 2, датчик давления 3, датчик положения 4, выходы которых соединены с аналого-цифровым преобразователем 5, выход которого соединен со входом микроконтроллера 6, соединенным с клавиатурой 7, индикатором 8, приемопередатчиком 9 и блоком памяти 10.

Устройство для реализации способа работает следующим образом. Датчики напряжения 2 и тока 1 измеряют мгновенные значения напряжения и тока соответственно. Датчик давления 3 измеряет мгновенные значения давления. Датчик положения 4 измеряет мгновенные значения смещения штока от точки подвеса. Все измеренные значения оцифровывают с помощью аналого-цифрового преобразователя 5. На основе полученных мгновенных значений микроконтроллер 6 вычисляет действующие значения тока и напряжения, определяет полную мощность, среднее значение полной мощности и значение среднеквадратического отклонения полной мощности в такие моменты времени, когда смещение штока от точки подвеса достигает минимума или максимума, а вычисленная микроконтроллером 6 по значению давления производная от давления не равна нулю. Параметры измерения и команды системе вводят с клавиатуры 7. Результаты измерений отображают на индикаторе 8. Устройство может передать результаты измерения при помощи приемопередатчика 9 или сохранить их в блок памяти 10.

На станке-качалке располагают датчик напряжения, например трансформатор напряжения 220/2V, датчик тока, например КЭИ-0,2М, датчик давления, например АМТ-10B, датчик положения, например ДП-04.0. Измеренные значения с датчиков оцифровывают при помощи аналого-цифрового преобразователя, например МАХ1168. С помощью микроконтроллера, например STM32F407VGT6, вычисляют действующие значения тока и напряжения, определяют полную мощность, среднее значение полной мощности и значение среднеквадратического отклонения полной мощности в определенные моменты времени. В качестве клавиатуры может быть использована клавиатура FT008. В качестве индикатора может служить LCD-дисплей HY32D. Приемопередатчик может быть выполнен на базе устройства SPIRIT1. Для хранения данных по скважинам и временного хранения массивов значений может быть использован блок памяти K9K4G08U0M-Y (512 МБ).

Датчик напряжения 2 выдает мгновенное значение напряжения u(t). Датчик тока 1 выдает мгновенное значение тока i(t). Датчик давления 3 измеряет значения давления ΔP(t). Датчик положения 4 измеряет смещение штока ΔL(t) от точки подвеса. АЦП 5 преобразует аналоговые сигналы с датчиков в цифровой код. Микроконтроллер 6 по оцифрованным значениям вычисляет:

1. Из мгновенного значения напряжения u(t) - действующее значение напряжения U_k(t).

2. Из мгновенного значения тока i(t) - действующее значение тока I_k(t).

3. Из значения смещения штока ΔL(t) - максимальное ΔL_max(t) и минимальное ΔL_min(t) значения.

4. Из значения давления ΔP(t) - ее производную (ΔP(t))'.

Действующие значения напряжения и тока определяют на основе следующих формул:

где i(t), u(t) - мгновенные значения тока и напряжения, полученные с датчиков тока и напряжения соответственно и оцифрованные;

I, U - действующие значений тока и напряжения, определенные на периоде промышленной частоты;

k изменяется в пределах от 0 до L-1; L - число дискретных значений на периоде промышленной частоты 50 Гц, L зависит от интервала дискретизации времени и при Δt=0,001 с L равно 20.

Дальнейшие вычисления с действительными значениями тока и напряжения проводятся микроконтроллером только для тех значений, во время которых выполняют следующие условия:

1) Значение смещение штока от точки подвеса достигает минимума или максимума: ΔL(t)=ΔL_max(t), или ΔL(t)=ΔL_min(t).

2) Производная от давления не равна нулю: (ΔP(t))'≠0.

На основе вычисленных действующих значений тока и напряжения микроконтроллер определяет значение полной мощности по следующей формуле:

S_k=U_k⋅I_k,

где S_k - действующее значение полной мощности на периоде промышленной частоты.

Микроконтроллер вычисляет среднее значение полной мощности S_cp и значение среднеквадратического отклонения полной мощности σ_s с учетом указанных условий по следующим формулам:

1. ,

2. ,

3. ,

где - среднеквадратическое отклонение полной мощности (в именованных единицах измерения мощности);

σ_S - среднеквадратическое отклонение полной мощности относительно среднего значения полной мощности.

Результат деления сравнивают в микроконтроллере с записанным эталонным значением среднеквадратического отклонения для данной установки и производят сравнение рассчитанного значения среднеквадратического отклонения с эталонным значением среднеквадратического отклонения для данной установки по формуле:

(σ_s)≤(σ_s)_Э.

Установка считается уравновешенной при выполнении указанного условия. В противном случае установка является неуравновешенной.

Итак, заявленное изобретение позволяет повысить точность определения неуравновешенности станка-качалки скважинной штанговой насосной установки путем уменьшения погрешности измерения потерь энергии из-за неуравновешенности станка-качалки.

Способ определения неуравновешенности станка-качалки скважинной штанговой насосной установки, по которому определяют степень неуравновешенности станка-качалки на основании сравнения эталонного значения среднеквадратического отклонения полной мощности и значения среднеквадратического отклонения полной мощности, вычисленного из отношения значения полной мощности и значения среднеквадратического отклонения полной мощности, при этом значение полной мощности определяют произведением действующих значений тока и напряжения, отличающийся тем, что действующие значения тока и напряжения вычисляют с учетом условия минимального или максимального смещения штока от точки подвеса и условия не равенства нулю производной значения давления, вычисленных по значениям перемещения штока и давления.

Изобретение относится к области эксплуатации нефтяных месторождений. Техническим результатом является увеличение эффективности перекачивания нефти из пласта.

Способ диагностирования технического состояния насоса // 2614950

Изобретение относится к гидромашиностроению и направлено на повышение информативности диагностирования насоса. Способ включает проведение последовательных испытаний, дросселирование потока жидкости на выходе из насоса до заданного значения расхода, измерение изменения температуры жидкости на выходе из насоса за заданный промежуток времени и перепада давлений на насосе, определение величин диагностических параметров и оценку по измеренным величинам параметров при различных испытаниях технического состояния насоса.

Способ диагностирования гидромашины // 2614949

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при оценке технического состояния гидромашины в условиях эксплуатации. Способ диагностирования гидромашины включает периодический вывод гидромашины на испытательный режим с непрерывным изменением угловой скорости вращения вала, например, выключением привода гидромашины.

Способ оценки технического состояния машин // 2614948

Изобретение относится к области диагностики, а именно к способам оценки технического состояния машин по вибрации корпуса, и может быть использовано при эксплуатации машинных комплексов для предупреждения внезапных отказов и аварий машин в нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.

Устройство для определения технического состояния насоса // 2612684

Изобретение относится к гидромашиностроению. Устройство содержит входной и выходной патрубки (2), (3) насоса (1), датчики (4), (6) давления, установленные во входном и выходном патрубках (2), (3), компаратор (10), индикатор (11), блок (12) управления, счетчик (13) времени, блок (14) запрета, вычислительное устройство (15) и блок (16) индикации.

Способ определения кпд насоса // 2610637

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано при техническом диагностировании состояния центробежных насосов. Способ определения КПД насоса включает прокачивание рабочей жидкости через насос, установление режима работы насоса с номинальным напором, отбор и дросселирование части перекачиваемой рабочей жидкости до давления на входе, измерение давления жидкости на входе и выходе из насоса, измерение температуры жидкости на входе насоса и в дросселированном потоке и вычисление КПД по измеренным параметрам.

Способ диагностики технического состояния машин по косвенным признакам // 2610366

Изобретение относится к вибродиагностике машин и механизмов и может использоваться для вибродиагностики машин. Cпособ диагностики машин по косвенным признакам, преимущественно по вибрации корпуса, включает измерение вибрации в информативной точке корпуса машины, восстановление функции распределения вероятности вибрации, по параметрам которой судят о наличии и уровне неисправностей и/или дефектов машины, запоминают временную реализацию вибрации, преобразуют ее в реализацию, значения которой соответствуют оптимальному для диагностики вибропараметру, восстанавливают функцию распределения вероятности мгновенных значений оптимального для диагностики параметра вибрации в текущем измерении, определяют значение выборочного квантиля параметра вибрации при заданной величине функции распределения вероятности, по которому судят о наличии и уровне неисправностей и/или дефектов машины.

Стенд для испытаний торцовых уплотнений валов циркуляционных насосов // 2604778

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к стендам для испытаний торцовых уплотнений валов циркуляционных насосов. Стенд для испытаний торцовых уплотнений валов циркуляционных насосов содержит постамент с силовым корпусом.

Способ испытания газосепараторов погружных нефтяных насосов и стенд для осуществления такого способа // 2604463

Группа изобретений относится к испытаниям газосепараторов, обеспечивающих работу погружных нефтяных насосов в условиях повышенного газосодержания. Способ испытаний газосепараторов включает нагнетание жидкости и газа в затрубное пространство модели обсадной колонны, формирование рабочей жидкости в виде газожидкостной смеси, разделение газожидкостной смеси с помощью испытуемого газосепаратора на дегазированную жидкость и свободный газ.

Автоматизированная система динамической оценки энергоэффективности насосного оборудования // 2600202

Изобретение относится к системам автоматизированного управления и контроля процессов перекачки жидкости и может быть использовано для динамической оценки энергоэффективности работы насосного оборудования на объектах водоснабжения, водоподготовки, опреснения и водоочистки.

Способ эксплуатации питающего насоса, который работает в пульсирующем режиме // 2612523

Изобретение относится к способу эксплуатации питающего насоса (1), который работает в пульсирующем режиме, в подающем устройстве (2) для подачи жидкого рабочего вещества (3) для автомобиля (4) в направлении (5) подачи.

Способ управления штанговым скважинным насосом // 2610857

Изобретение относится к способам управления штанговым скважинным насосом, включающим контроль заполнения скважины по объему всасываемой насосом жидкости, которые основаны на измерении электрических параметров приводного асинхронного электродвигателя.

Насос для стерилизационного устройства // 2589259

Группа изобретений относится к стерилизации эндоскопа. Предложен перистальтический насос для использования в стерилизационной камере, содержащий гибкий насосный шланг с электропроводящей соединительной частью на каждом конце, находящейся в контакте с текучей средой в насосном шланге, приводимое в действие двигателем проталкивающее устройство, расположенное относительно насосного шланга таким образом, что, если проталкивающее устройство приведено в действие, оно прерывистым образом нажимает на насосный шланг, чтобы сблизить внутренние стенки насосного шланга друг с другом, первый электрод, контактирующий с проводящей соединительной частью в выходном конце насосного шланга, второй электрод, контактирующий с проводящей соединительной частью во входном конце насосного шланга, средство для подачи напряжения на электроды и средство для измерения электрического параметра между проводящими соединительными частями.

Плунжерный водяной насос и его гидравлическая управляющая система // 2579540

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в плунжерном водяном насосе и его гидравлической управляющей системе. Насос содержит две плунжерные группы (1, 2), каждая из которых содержит водяной цилиндр (11, 12) и масляный цилиндр (12, 22).

Способ регулировки насоса системы scr // 2560970

Группа изобретений относится к способу регулировки насоса системы селективной каталитической реакции (SCR) и к системе, позволяющей применять такой способ. В способе регулирования приводимого в действие электродвигателем насоса системы SCR на насос, создающий давление, действует гидравлический момент, связанный с этим давлением, и момент сопротивления.

Дозирующее устройство с питанием от батареек // 2557829

Изобретение относится к дозирующему устройству (100) для выдачи заданного объема жидкости, содержащему электромагнит (111) и выполненному с возможностью поддержания насоса (112) с намагничиваемым насосным элементом (110), перемещаемым под воздействием электромагнита, когда насос поддерживается в дозирующем устройстве.

Способ, устройство и средство привода возвратно-поступательного линейного насоса двустороннего действия // 2554703

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано для перекачивания жидких и тестообразных продуктов. Способ управления средством привода, механически соединенным с возвратно-поступательным линейным насосом двустороннего действия, заключается в том, что осуществляют регулирование частоты вращения на стадии, на которой поршень движется только в одном направлении вверх (109) или вниз (102), и осуществляют регулирование крутящего момента сразу после изменения (107, 114) направления хода на обратное.

Устройство управления частотно-регулируемым электроприводом магистральных насосов // 2551116

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования частоты вращения электродвигателей насосов, работающих на длинные трубопроводы, например магистральных насосов нефтепроводов.

Способ, устройство и набор данных (варианты) для управления компрессорной установкой // 2539232

Изобретение относится к способу управления компрессорной установкой, к устройству управления, а также набору данных для управления компрессорной установкой. В способе управления компрессорной установкой (1), которая включает в себя несколько компрессоров (2), при этом посредством установки (1) в системе сжатой текучей среды должно поддерживаться предварительно определенное избыточное давление, при этом через фиксированные или переменные интервалы времени принимают решения о действиях по переключению для адаптации системы к фактическим условиям.

Способ (варианты) и система управления компрессорной станцией // 2536639

Изобретение относится к способу управления компрессорной станции. Способ управления компрессорной станцией (1), которая включает в себя по меньшей мере несколько объединенных друг с другом в сеть компрессоров (2), может не только формировать стратегии переключений посредством электронной системы (3) управления для оказания влияния на количество имеющейся в распоряжении одного или нескольких пользователей станции (1) сжатой текучей среды в станции (1), но и в состоянии приспосабливать имеющееся в распоряжении одного или нескольких пользователей станции (1) количество сжатой текучей среды к будущим условиям работы станции (1) адаптивно к отбираемому количеству сжатой текучей среды из станции.

Штанговая насосная установка // 2620183

Изобретение относится к области механизированной добычи нефти, для осуществления добычи нефти с высокой вязкостью и механическими примесями. Содержит колонны насосных труб и штанг, замковую опору, цилиндр с установленными одна над другой ступенями разного диаметра.