RU2139451C1 - Device for monitoring technical state of electric centrifugal pumping plant - Google Patents
Device for monitoring technical state of electric centrifugal pumping plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2139451C1 RU2139451C1 RU98110195A RU98110195A RU2139451C1 RU 2139451 C1 RU2139451 C1 RU 2139451C1 RU 98110195 A RU98110195 A RU 98110195A RU 98110195 A RU98110195 A RU 98110195A RU 2139451 C1 RU2139451 C1 RU 2139451C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- amplifier
- input
- series
- level
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нефтедобычи и может быть использовано для контроля технического состояния электрической центробежной насосной установки (УЭЦН), а также для диагностики штанговых глубинных насосов и измерения уровня в добывающих скважинах механизированного и газлифтного фонда. The invention relates to the field of oil production and can be used to monitor the technical condition of an electric centrifugal pumping unit (ESP), as well as to diagnose sucker rod pumps and measure the level in production wells of a mechanized and gas lift fund.
Известно устройство для измерения уровня жидкости в скважине, содержащее генератор акустических сигналов, пьезокерамический преобразователь и последовательно соединенные подавитель фоновых наводок, фильтр нижних частот, усилитель и регистрирующий узел, к второму входу которого подключен лентопротяжный механизм, причем к входу усилителя дополнительно подключен калибратор времени [1]. A device for measuring the liquid level in a well, comprising an acoustic signal generator, a piezoceramic transducer and a background noise suppressor in series, a low-pass filter, an amplifier and a recording unit, a tape drive is connected to its second input, and a time calibrator is additionally connected to the input of the amplifier [1 ].
Недостатком известного устройства является ограниченная область его применения. A disadvantage of the known device is the limited scope of its application.
Целью изобретения является расширение области применения устройства. The aim of the invention is to expand the scope of the device.
Достигается поставленная цель тем, что в первичном преобразователе к выходу датчика последовательно подключен симметрирующий узел, ограничитель сигналов, предварительный усилитель и повторитель напряжения, а к входу подавителя сетевых наводок во вторичном регистрирующем приборе дополнительно подключен коммутирующий узел, причем регулируемый усилитель выполнен с фиксированными положениями коэффициентов усиления, значения которых выбраны в соотношении 1:1; 1:2; 1:4...1:n. The goal is achieved by the fact that in the primary converter a balancing unit, a signal limiter, a preliminary amplifier and a voltage follower are connected in series to the sensor output, and a switching unit is additionally connected to the input of the network interference suppressor in the secondary recording device, and the adjustable amplifier is made with fixed positions of the gain factors whose values are selected in a ratio of 1: 1; 1: 2; 1: 4 ... 1: n.
Техническая сущность заявляемых решений может быть пояснена следующим образом. The technical nature of the proposed solutions can be explained as follows.
Работа электрической скважинной центробежной насосной установки сопровождается механическими вибрациями электродвигателя, насоса и насосно-компрессорных труб (НКТ). The operation of an electric borehole centrifugal pump installation is accompanied by mechanical vibrations of the electric motor, pump and tubing (tubing).
Уровень вибраций определяется техническим состоянием установки и возрастает по мере износа оборудования. The level of vibration is determined by the technical condition of the installation and increases with the wear of the equipment.
Контроль уровня вибраций как в процессе вывода установки на рабочий режим, так и при дальнейшей ее эксплуатации позволяет судить о ее техническом состоянии. Monitoring the level of vibration both in the process of putting the unit into operation and during its further operation allows us to judge its technical condition.
Структурная схема устройства для контроля технического состояния приведена на фиг. 1, где условно обозначены:
1 - пьезокерамический датчик, 2 - симметрирующий узел, 3 - ограничитель сигналов, 4 - предварительный усилитель, 5 - повторитель напряжения, 6 - коммутирующий узел, 7 - подавитель фоновых наводок, 8 - фильтр нижних частот, 9 - калибратор времени, 10 - регулируемый усилитель, 11 -регистрирующий узел, 12 - лентопротяжный механизм.The structural diagram of a device for monitoring the technical condition is shown in FIG. 1, where are conventionally marked:
1 - piezoceramic sensor, 2 - balancing unit, 3 - signal limiter, 4 - pre-amplifier, 5 - voltage follower, 6 - switching unit, 7 - background interference suppressor, 8 - low-pass filter, 9 - time calibrator, 10 - adjustable amplifier, 11 - recording unit, 12 - tape drive mechanism.
Механические вибрации при работе установки передаются через столб жидкости и вызывают колебания давления в газовом столбе затрубного пространства скважины. Колебания давления в газовом столбе на устье скважины воздействуют на обкладки пьезокерамического датчика 1, который преобразует их в электрические сигналы переменного тока. С выхода датчика 1 электрические сигналы переменного тока поступают на вход симметрирующего узла 2, который преобразует их в симметричные противофазные сигналы. С выхода симметрирующего узла 2 электрические сигналы поступают на вход ограничителя сигналов 3, который не влияет на слабые сигналы и выполняет функцию защитного устройства для предварительного усилителя 4, на вход которого поступают сигналы с выхода ограничителя 3. Mechanical vibrations during operation of the installation are transmitted through a liquid column and cause pressure fluctuations in the gas column of the annulus of the well. The pressure fluctuations in the gas column at the wellhead affect the plates of the piezoelectric ceramic sensor 1, which converts them into electrical AC signals. From the output of the sensor 1, electrical AC signals are fed to the input of the balancing node 2, which converts them into symmetrical antiphase signals. From the output of the balancing unit 2, the electric signals are fed to the input of the signal limiter 3, which does not affect weak signals and acts as a protective device for the pre-amplifier 4, to the input of which signals from the output of the limiter 3 are received.
Предварительный усилитель 4 производит усиление электрических противофазных сигналов до заданного уровня и подавляет синфазные сигналы от внешних электромагнитных полей. С выхода предварительного усилителя 4 электрические сигналы поступают на вход повторителя 5, который производит усиление их по току и обеспечивает низкое выходное сопротивление первичного преобразователя. The pre-amplifier 4 amplifies the electrical out-of-phase signals to a predetermined level and suppresses common-mode signals from external electromagnetic fields. From the output of the pre-amplifier 4, the electrical signals are fed to the input of the repeater 5, which amplifies them by current and provides a low output resistance of the primary converter.
С выхода подавителя напряжения 5 электрические сигналы поступают через соединительный кабель на вход коммутирующего узла 6, входящего в состав вторичного регистрирующего прибора. From the output of the voltage suppressor 5, the electrical signals are fed through the connecting cable to the input of the switching node 6, which is part of the secondary recording device.
В режиме регистрации механических вибраций коммутирующий узел 6 представляет собой перемычку. In the recording mode of mechanical vibrations, the switching unit 6 is a jumper.
В режиме измерения уровня жидкости в скважине коммутирующий узел 6 выполняет роль делителя напряжения, что необходимо для исключения перегрузки последующих устройств по входным сигналам. In the mode of measuring the liquid level in the well, the switching unit 6 acts as a voltage divider, which is necessary to prevent overloading of subsequent devices by input signals.
С выхода коммутирующего узла 6 электрические сигналы поступают на вход подавителя сетевых наводок 7, который производит подавление сигналов на частоте промышленной сети. From the output of the switching node 6, the electrical signals are fed to the input of the suppressor network interference 7, which suppresses the signals at the frequency of the industrial network.
С выхода подавителя сетевых наводок 7 сигналы поступают на вход фильтра нижних частот 8, который производит ограничение полосы пропускаемых частот на заданном уровне. From the output of the network interference suppressor 7, the signals are fed to the input of a low-pass filter 8, which limits the bandwidth of the transmitted frequencies at a given level.
С выхода фильтра 8 электрические сигналы поступают на вход регулируемого усилителя 10, с выхода которого усиленные до необходимого уровня сигналы поступают на вход регистрирующего узла 11, который производит запись электрических сигналов на первичный документ при включении лентопротяжного механизма 12. From the output of the filter 8, the electrical signals are fed to the input of an adjustable amplifier 10, from the output of which the signals amplified to the required level are fed to the input of the recording unit 11, which records electrical signals to the primary document when the tape drive 12 is turned on.
При экспериментальных исследованиях устройства датчик 1 выполнен из титаната бария в виде полого цилиндра, симметрирующий узел 2 реализован в виде двух одинаковых резисторов с номиналом 499 кОм и заземленной общей точкой, ограничитель сигналов 3 выполнен в виде двух встречнопараллельно включенных кремниевых диодов. In experimental studies of the device, the sensor 1 is made of barium titanate in the form of a hollow cylinder, the balancing node 2 is implemented in the form of two identical resistors with a nominal value of 499 kOhm and a grounded common point, the signal limiter 3 is made in the form of two silicon-diodes that are oppositely connected.
Предварительный усилитель 4 реализован на микросхеме 544 УД1 в виде симметричного масштабного усилителя с коэффициентом 10. Повторитель напряжения 5 реализован на микросхеме 544УД1 со 100%-й отрицательной обратной связью. The preamplifier 4 is implemented on a chip 544 UD1 in the form of a symmetrical scale amplifier with a coefficient of 10. The voltage follower 5 is implemented on a chip 544UD1 with 100% negative feedback.
Коммутирующий узел 6 выполнен в виде переключаемого делителя напряжения с соотношением плечей 1:20, подавитель сетевых наводок 7 реализован в виде двойного Т-образного моста с частотой режекции 50 Гц. The switching unit 6 is made in the form of a switched voltage divider with a ratio of shoulders 1:20, the suppressor of the network interference 7 is implemented as a double T-shaped bridge with a notch frequency of 50 Hz.
Фильтр нижних частот 8 реализован по схеме фильтра Бесселя 4-го порядка на двух активных звеньях. The low-pass filter 8 is implemented according to the fourth-order Bessel filter scheme on two active links.
Регулируемый усилитель 10 реализован по схеме масштабного усилителя с дискретно регулируемым коэффициентом усиления, например, с помощью переключателя и резисторов в цепи отрицательной обратной связи. Переключатель в регулируемом усилителе 10 выбран на 8 положений. Номиналы резисторов подобраны таким образом, чтобы обеспечить фиксированные значения коэффициентов усиления 1:1; 1:2; 1:4; 1:8; 1:16; 1:32; 1:64; 1:128. The adjustable amplifier 10 is implemented according to the scheme of a large-scale amplifier with a discretely adjustable gain, for example, using a switch and resistors in the negative feedback circuit. The switch in the adjustable amplifier 10 is selected in 8 positions. The values of the resistors are selected in such a way as to provide fixed values of the amplification factors 1: 1; 1: 2; 1: 4; 1: 8; 1:16; 1:32; 1:64; 1: 128.
Калибратор времени 9 реализован в виде кварцевого генератора с делителем частоты и делителем напряжения на его выходе. Период колебаний на выходе делителя частоты выбран равным 1 с ± 0,001%. The time calibrator 9 is implemented as a crystal oscillator with a frequency divider and a voltage divider at its output. The oscillation period at the output of the frequency divider is chosen equal to 1 s ± 0.001%.
Регистрирующий узел 10 и лентопротяжный механизм 12 использовались от электрокардиографа ЭК1Т-ОЗМ. The recording unit 10 and the tape drive 12 were used from an EC1T-OZM electrocardiograph.
Конструктивно пьезодатчик 1, симметрирующий узел 2, ограничитель сигналов 3, предварительный усилитель 4 и повторитель 5 выполнены в одном корпусе первичного преобразователя, называемого "волномером". Structurally, the piezoelectric transducer 1, the balancing assembly 2, the signal limiter 3, the preamplifier 4 and the repeater 5 are made in one housing of the primary transducer, called the "wave meter".
Коммутирующий узел 6, подавитель сетевых наводок 7, фильтр нижних частот 8, калибратор времени 9, регулируемый усилитель 10, регистрирующий узел 11 и лентопротяжный механизм 12 выполнены в виде отдельного прибора, называемого "регистратором". The switching unit 6, the suppressor of the network interference 7, a low-pass filter 8, a time calibrator 9, an adjustable amplifier 10, a recording unit 11 and a tape drive 12 are made in the form of a separate device called a “recorder”.
При работе с устройством волномер подсоединят к патрубку для эхолотирования на устье скважины и соединят с регистратором через сигнальный кабель. Далее открывают задвижку на патрубке для эхолотирования и в установившемся режиме скважины производят регистрацию уровня вибраций. When working with the device, the wave meter will be connected to the echo sounder pipe at the wellhead and connected to the recorder via a signal cable. Next, open the valve on the pipe for echo sounder and in the steady state of the well register the level of vibration.
Процесс регистрации уровня вибраций при выводе УЭЦН на рабочий режим проводят для согласования мощности погружного электродвигателя с мощностью, потребляемой насосом. The process of registering the level of vibration during the output of the ESP to the operating mode is carried out to coordinate the power of the submersible motor with the power consumed by the pump.
С этой целью производят регулирование мощности электродвигателя и напора насоса до получения минимального уровня вибраций при заданном значении производительности насоса. For this purpose, the electric motor power and the pump head are regulated until a minimum vibration level is obtained at a given pump performance value.
Уровень вибраций регистрируют и измеряют при фиксированных значениях коэффициентов усиления для сохранения одинакового масштаба. Регистрацию уровня вибраций производят путем записи сигналов на первичный документ, например термочувствительную бумагу. Полученный документ называют "виброграммой". Запись виброграммы производит регистрирующий узел 11 при включении лентопротяжного механизма 12. The vibration level is recorded and measured at fixed gain values to maintain the same scale. The vibration level is recorded by recording signals on a primary document, for example, heat-sensitive paper. The resulting document is called a "vibrogram." Recording vibrogram produces the recording node 11 when you turn on the tape drive 12.
Для записи виброграммы в усилителе 10 устанавливают такое значение коэффициента усиления, при котором амплитуда колебаний термопера в регистрирующем узле 11 составляет примерно 20 - 40 мм по максимальному размаху. При этом на виброграмме отмечают значение коэффициента усиления в относительных единицах и производят регулирование мощности электродвигателя, например, путем изменения напряжения питающего трансформатора, фиксируя при этом значение рабочих токов в обмотках электродвигателя или же измеряя мощность непосредственно с помощью ваттметра. Если в процессе регулирования уровень вибраций УЭЦН увеличивается и выходит за пределы интервала записи, то в усилителе 11 уменьшают коэффициент усиления, например, в два раза. При измерении уровня вибраций в данном случае следует умножить на два полученное значение. To record the vibrogram in the amplifier 10 set such a value of the gain at which the amplitude of the oscillations of the thermocouple in the recording node 11 is approximately 20 to 40 mm in maximum range. At the same time, the value of the gain in relative units is noted on the vibrogram and the power of the electric motor is regulated, for example, by changing the voltage of the supply transformer, fixing the value of the operating currents in the motor windings or measuring the power directly using a wattmeter. If in the process of regulation the level of vibration of the ESP increases and goes beyond the recording interval, then in the amplifier 11 the gain is reduced, for example, by half. When measuring the level of vibration in this case, multiply the obtained value by two.
При уменьшении уровня вибраций, например, ниже 10 мм по размаху термопера увеличивают коэффициент усиления, а при измерении применяют соответствующий коэффициент. With a decrease in the level of vibrations, for example, below 10 mm, the gain of the thermopera is increased, and the corresponding coefficient is used in the measurement.
Коммутирующий узел 6 при регистрации и измерении уровня вибраций устанавливают в положение "диагностика". The switching node 6 when registering and measuring the level of vibration is set to the "diagnostics" position.
Полученную в итоге контрольную виброграмму, соответствующую минимальному уровню вибраций при заданном значении производительности насоса, используют при последующем периодическом контроле установки. Оценку технического состояния УЭЦН производят по уровню и характеру вибраций относительно контрольной виброграммы. The resulting control vibration program, corresponding to the minimum level of vibration at a given value of pump performance, is used for subsequent periodic monitoring of the installation. Evaluation of the technical state of the ESP is carried out by the level and nature of the vibrations relative to the control vibrogram.
Измерение уровня жидкости производят в режиме "локация", который устанавливают переключением коммутирующего узла 6. Коммутирующий узел 6 ослабляет сигнал в данном режиме примерно в 20 раз. The liquid level is measured in the "location" mode, which is set by switching the switching node 6. The switching node 6 attenuates the signal in this mode by about 20 times.
Зондирующий сигнал в режиме "локация" производят путем нажатия на рычаг подпружиненного клапана, установленного в волномере. При этом акустическая волна, вызванная кратковременным стравливанием газа, распространяется по затрубному пространству, представляющему собой закрытый акустический канал, до границы раздела сред "газ-жидкость", отражается от него и возвращается на устье скважины. The sounding signal in the "location" mode is produced by pressing the lever of a spring-loaded valve installed in the wave meter. In this case, the acoustic wave caused by short-term bleeding of the gas propagates through the annulus, which is a closed acoustic channel, to the gas-liquid interface, is reflected from it and returned to the wellhead.
Измерение уровня жидкости производят по интервалу между зондирующим и отраженным сигналом с учетом скорости движения лентопротяжного механизма 12 и скорости звука в скважине. The liquid level is measured by the interval between the probe and reflected signal, taking into account the speed of the tape drive mechanism 12 and the speed of sound in the well.
В результате экспериментальных исследований устройства установлено следующее. As a result of experimental studies of the device, the following was established.
Устройство позволяет регистрировать и измерять уровень вибраций в затрубном пространстве скважин, оборудованных УЭЦН, во всем интервале глубин подвески насосов и уровней жидкости в скважине. При этом уровень вибраций существенно зависит от режима работы насосной установки и изменяется по полученным данным от 1,5 до 9 раз для различных экземпляров УЭЦН. Выбор режима работы УЭЦН позволяет значительно увеличить срок их
службы, в частности, можно прогнозировать увеличение интервала межремонтного периода скважин в 1,25-2 раза в зависимости от исходного состояния установки.The device allows you to register and measure the level of vibration in the annulus of wells equipped with ESPs, in the entire range of pump suspension depths and fluid levels in the well. At the same time, the level of vibration significantly depends on the operating mode of the pumping unit and varies according to the data obtained from 1.5 to 9 times for various ESP units. The choice of the ESP operation mode allows you to significantly increase their life
service, in particular, it is possible to predict an increase in the interval of the overhaul period of wells in 1.25-2 times depending on the initial state of the installation.
Устройство позволяет регистрировать сигналы, вызванные колебаниями в газовом столбе скважины при работе станков-качалок, с целью контроля технического состояния штанговых глубинных насосов. The device allows you to register signals caused by fluctuations in the gas column of the well during the operation of pumping units, in order to monitor the technical condition of sucker rod pumps.
Устройство позволяет измерять уровень жидкости в газлифтных и насосных скважинах в интервале от 7 до 3 000 м во всем диапазоне рабочих давлений затрубного пространства с погрешностью, не превышающей ± 2% при известном значении скорости звука в скважине. The device allows you to measure the liquid level in gas lift and pump wells in the range from 7 to 3,000 m in the entire range of working pressure of the annulus with an error not exceeding ± 2% at a known value of the speed of sound in the well.
В итоге предлагаемое устройство может быть использовано для контроля технического состояния УЭЦН при выводе ее на рабочий режим и в процессе дальнейшей эксплуатации, а также для измерения уровня жидкости в скважинах и контроля технического состояния станков-качалок по оперативной методике. As a result, the proposed device can be used to monitor the technical condition of the ESP during its putting into operation and during further operation, as well as to measure the liquid level in the wells and to monitor the technical condition of the pumping units according to the operational method.
Источники информации
1. Устройство для измерения уровня жидкости в скважине. Федотов В.И., Федотов А.В. Патент РФ N 2030577.Sources of information
1. Device for measuring fluid level in a well. Fedotov V.I., Fedotov A.V. RF patent N 2030577.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98110195A RU2139451C1 (en) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | Device for monitoring technical state of electric centrifugal pumping plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98110195A RU2139451C1 (en) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | Device for monitoring technical state of electric centrifugal pumping plant |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2139451C1 true RU2139451C1 (en) | 1999-10-10 |
Family
ID=20206559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98110195A RU2139451C1 (en) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | Device for monitoring technical state of electric centrifugal pumping plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2139451C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2775640C1 (en) * | 2018-11-05 | 2022-07-05 | Грундфос Холдинг А/С | Layout of the sensor for monitoring, the circulation pump system and the method for monitoring the operation of the system |
-
1998
- 1998-05-29 RU RU98110195A patent/RU2139451C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2775640C1 (en) * | 2018-11-05 | 2022-07-05 | Грундфос Холдинг А/С | Layout of the sensor for monitoring, the circulation pump system and the method for monitoring the operation of the system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3854323A (en) | Method and apparatus for monitoring the sand concentration in a flowing well | |
| US3309656A (en) | Logging-while-drilling system | |
| US5154078A (en) | Kick detection during drilling | |
| US2156052A (en) | Logging device | |
| US2925251A (en) | Earth well borehole drilling and logging system | |
| US2350371A (en) | Borehole logging apparatus | |
| EP2300790B1 (en) | Method and apparatus for in situ test of sensors and amplifiers | |
| CA2455304A1 (en) | System and method for monitoring performance of downhole equipment using fiber optic based sensors | |
| EP1721180A2 (en) | Transducer in-situ testing apparatus and method | |
| JPS63259424A (en) | Method and device to measurement of drive and vibration characteristic of piezoelectric transducer | |
| US4035763A (en) | Wireline tool for measuring bottom-hole pressure in pumping wells | |
| US4183243A (en) | Gas flow monitor | |
| US2633016A (en) | Apparatus for measuring viscosity | |
| RU2139451C1 (en) | Device for monitoring technical state of electric centrifugal pumping plant | |
| WO2014025701A1 (en) | Differential pressure mud pulse telemetry while pumping | |
| US2190141A (en) | Pressure wave velocity measuring system | |
| RU2097553C1 (en) | Device for controlling operational condition of depth casing pumps | |
| JPH06343200A (en) | Ultrasonic wave transmitter | |
| RU2112879C1 (en) | Device for measuring level of liquid in gas-lift wells | |
| RU2152510C1 (en) | Acoustic method of test of technical state of electric centrifugal pump plant | |
| US20210148222A1 (en) | Short-range telemetry system | |
| RU2382196C1 (en) | Individual oil reservoirs production rate continuous control method during multi zone production | |
| RU2370737C1 (en) | Device for measuring vibration of high-voltage elements (versions) | |
| RU2726723C1 (en) | Device for measuring drilling mud pressure in well | |
| RU2804066C1 (en) | Device for measuring viscosity of drilling fluids at the bottom of the well during the drilling process |