RU2148709C1

RU2148709C1 - Device for diagnosing condition of productive wells

Info

Publication number: RU2148709C1
Application number: RU98107679A
Authority: RU
Inventors: З.Р. Борсуцкий; Л.И. Локшин; С.Е. Ильясов
Original assignee: Открытое акционерное общество "ПермНИПИнефть"
Priority date: 1998-04-21
Filing date: 1998-04-21
Publication date: 2000-05-10

Abstract

FIELD: oil production industry. SUBSTANCE: device has force sensor rigidly secured by its ends on polished rod of deep-well sucker rod pump. Also provided is position sensor similarly mounted of polished rod of sucker rod pump with possibility of axial displacement. Unit of recording and converting of signals is connected with force sensor and position sensor. Force sensor is made in the form of elongated rigid strip with non-uniform cross-section over its length. Rigidly fastened on central part of strip is resistance strain gauge. End portions of strip are rigidly fattened by means of yokes on polished rod of sucker rod pump in parallel to its longitudinal axis. Position sensor is made in the form of limit switch with push-button 1. Position sensor is installed on polished rod of sucker rod pump with possibility of axial displacement. Force sensor is connected with signal recording and converting unit through resistance strain gauge and position sensor. Application of aforesaid embodiment of device allows for enhancing reliability of diagnosing condition of well due to higher degree of sensitivity of force sensor with simultaneous ensuring phase coincidence and synchronism of time-base of this force when moving string of rods or polished rod. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к контролю в нефтедобывающей промышленности, и предназначено для исследования работы и состояния оборудования в скважинах со штанговыми насосами. The invention relates to the field of oil production, in particular to control in the oil industry, and is intended to study the operation and condition of equipment in wells with sucker rod pumps.

Известно устройство для диагностики состояния эксплуатационных скважин, содержащее датчик усилия, выполненный в форме полукруга, датчик скорости, выполняющий роль датчика положения, интегратор скорости и блок регистрации сигналов (см. журнал "Нефтяное хозяйство", М.: Недра, N 3, 1988 г., с. 44-46). При этом на поверхности датчика усилия установлено тензосопротивление, а сам датчик усилия установлен в узле канатной подвески и подключен на вход вертикальной координаты блока регистрации сигналов, а датчик скорости через интегратор скорости подключен на вход горизонтальной координаты блока регистрации сигналов. A device for diagnosing the state of production wells, comprising a force sensor made in the form of a semicircle, a speed sensor that acts as a position sensor, a speed integrator and a signal recording unit (see the journal "Oil Industry", M .: Nedra, N 3, 1988 ., p. 44-46). At the same time, strain resistance is installed on the surface of the force sensor, and the force sensor itself is installed in the cable suspension unit and is connected to the input of the vertical coordinate of the signal registration unit, and the speed sensor is connected through the speed integrator to the horizontal coordinate input of the signal registration unit.

При работе станка-качалки скважины создается подъемное усилие, и в полированном штоке возникает упругая деформация растяжения, которая фиксируется датчиком усилия и передается тензосопротивлению, установленному на датчике усилия, и далее - на вход блока регистрации сигнала. When the well pumping machine is operating, a lifting force is created, and an elastic tensile deformation occurs in the polished rod, which is recorded by the force sensor and transmitted to the strain resistance installed on the force sensor, and then to the input of the signal registration unit.

Однако указанное известное устройство не обеспечивает высокую достоверность диагностики состояния скважины по следующим причинам. However, the specified known device does not provide high reliability diagnostics of the state of the well for the following reasons.

Во-первых, датчик усилия в известном устройстве имеет недостаточную чувствительность, т. к. реальная величина упругой деформации колонны штанг и величина этой упругой деформации, передаваемая корпусом датчика усилия тензосопротивлению, будут различаться вследствие того, что конструктивно датчик усилия выполнен таким образом, что тензосопротивлению передается величина упругой деформации только той части корпуса датчика, которая ограничена длиной тензосопротивления. Firstly, the force sensor in the known device has insufficient sensitivity, because the real value of the elastic deformation of the rod string and the value of this elastic deformation transmitted by the body of the force sensor to the strain resistance will differ due to the fact that the force sensor is designed in such a way that the strain resistance the value of elastic deformation is transmitted only to that part of the sensor housing, which is limited by the length of the strain resistance.

Во-вторых, неравномерное сечение корпуса датчика усилия, выполненного в форме полукруга, приводит к неравномерному сжатию тензосопротивления (величина деформации в центре тензосопротивления минимальна, а на концах - максимальна), что приводит к искажению результатов. Secondly, an uneven cross-section of the body of the force sensor, made in the form of a semicircle, leads to uneven compression of the strain resistance (the strain at the center of the strain resistance is minimal, and at the ends it is maximum), which leads to distortion of the results.

В-третьих, вследствие того что в известном устройстве в конструкцию датчика скорости (датчика положения) входит ролик, приводимый во вращение движением полированного штока, возможно его проскальзывание при неблагоприятных условиях (из-за обледенения, дождя, смазки штока и т.п.), что приводит к расфазировке, т. е. смещению фаз в движение штока и во временной развертке динамограммы. Thirdly, due to the fact that in the known device the speed sensor (position sensor) includes a roller driven by the movement of the polished rod, it can slip under adverse conditions (due to icing, rain, rod lubrication, etc.) , which leads to misphasing, i.e., a phase shift in the movement of the rod and in the time base of the dynamogram.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является динамограф для контроля работы скважин, оборудованных штанговыми насосами, содержащий датчик усилия с пьзоэлементами, датчик положения, взаимодействующий с полированным штоком насоса, и блок регистрации и преобразования сигналов, связанный с датчиками. Датчик усилия в цветном устройстве выполнен в виде герметичного корпуса с усилителем заряда и с вырезом для штока насоса, а пьезоэлементы расположены в корпусе по вершинам равностороннего треугольника, центр тяжести которого совпадает с осью выреза корпуса, а датчик положения выполнен в виде дополнительного корпуса с фиксирующими электромагнитами и обрезиненным роликом, смонтированным на полой оси, в которой размещен многооборотный резистор, ползун которого расположен соосно с роликом и жестко соединен с последним (см. авт. свид. СССР N 1686143, кл E 21 B 47/00, от 1989 г.). Closest to the proposed solution in technical essence is a dynamograph for monitoring the operation of wells equipped with rod pumps, comprising a force sensor with piezoelectric elements, a position sensor interacting with a polished pump rod, and a signal recording and conversion unit associated with the sensors. The force sensor in the color device is made in the form of a sealed housing with a charge amplifier and with a cutout for the pump rod, and the piezoelectric elements are located in the housing along the vertices of an equilateral triangle, the center of gravity of which coincides with the axis of the cutout of the housing, and the position sensor is made in the form of an additional housing with locking electromagnets and a rubberized roller mounted on a hollow axis in which a multi-turn resistor is placed, the slider of which is coaxial with the roller and rigidly connected to the latter (see ed. certificate of the USSR N 1686143, CL E 21 B 47/00, 1989).

При динамометрировании работы скважинного насоса известным динамографом усилия, возникающие в канатной подвеске, передаются на датчик усилия, а возвратно-поступательное движение полированного штока передается на ролик датчика положения. Сигналы от этих датчиков предаются на самопишущий прибор - блок регистрации и преобразования сигналов для регистрации в прямоугольной системе координат зависимости двух функционально связанных параметров, по которым оценивают показатели работ насоса. When dynamometering the operation of a well pump with a known dynamograph, the forces arising in the cable suspension are transmitted to the force sensor, and the reciprocating movement of the polished rod is transmitted to the position sensor roller. The signals from these sensors are transmitted to a recording device - a unit for recording and converting signals for registration in a rectangular coordinate system of the dependence of two functionally related parameters, which evaluate the performance of the pump.

Недостатком известного динамографа является недостаточная достоверность диагностики скважины, т.к. чувствительность датчика усилия является недостаточной вследствие тех же причин, что и в аналоге, а кроме того, не обеспечивается синфазность и синхронность временной развертки усилия и перемещения полированного штока, т.к. датчик положения содержит ролик, который может проскальзывать при движении штока, а значит, возможно смещение фаз в движении штока и во временной развертке усилия, что снижает достоверность диагностики. A disadvantage of the known dynamograph is the lack of reliability of the diagnosis of the well, because the sensitivity of the force sensor is insufficient due to the same reasons as in the analogue, and in addition, the in-phase synchronism and time synchronization of the force and the movement of the polished rod are not provided, because the position sensor contains a roller that can slip during the movement of the rod, which means that a phase shift in the movement of the rod and in the time base of the force is possible, which reduces the reliability of the diagnosis.

Целью настоящего изобретения является повышение достоверности диагностики состояния скважины за счет увеличения чувствительности датчика усилия с одновременным обеспечением синфазности и синхронности временной развертки этого усилия с перемещением колонны штанг или полированного штока. The aim of the present invention is to increase the reliability of the diagnosis of the state of the well by increasing the sensitivity of the force sensor while ensuring in-phase and synchronization of the time base of this effort with the movement of the rod string or polished rod.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для диагностики состояния эксплуатационных скважин, оборудованных глубиннонасосными установками, включающем датчик усилия, датчик положения, взаимодействующий с полированным штоком насоса, и блок регистрации и преобразования сигналов, связанный с датчиками, новым является то, что датчик усилия выполнен в виде жесткой удлиненной пластины неравномерного сечения по длине с уменьшенным не менее чем в 10 раз сечением в центральной части, на указанном участке которой жестко укреплено тензосопротивление, при этом высота центральной части пластины выполнена в 1,5 раза больше длины тензосопротивления, пластина датчика усилия на концевых участках жестко укреплена на полированном штоке параллельно его продольной оси, датчик положения выполнен в виде конечного выключателя и установлен на полированном штоке с возможностью осевого перемещения, а блок регистрации и преобразования сигналов выполнен с возможностью формирования временной синусоидальной развертки, заданной датчиком положения. This goal is achieved by the fact that in the known device for diagnosing the condition of production wells equipped with deep pump installations, including a force sensor, a position sensor interacting with a polished pump rod, and a signal recording and conversion unit associated with the sensors, the force sensor is new made in the form of a rigid elongated plate of uneven cross-section along the length with a section reduced in at least 10 times in the central part, in the indicated section of which it is rigidly fixed strain resistance, the height of the central part of the plate is 1.5 times the length of the strain resistance, the plate of the force sensor at the end sections is rigidly mounted on the polished rod parallel to its longitudinal axis, the position sensor is made in the form of a limit switch and mounted on the polished rod with the possibility of axial movement, and the signal recording and conversion unit is configured to generate a temporary sinusoidal scan defined by the position sensor.

В настоящее время из общедоступных источников информации нам не известны устройства для диагностики состояния эксплуатационных скважин, оборудованных глубиннонасосными установками такого конструктивного выполнения. Currently, from publicly available sources of information, we do not know devices for diagnosing the condition of production wells equipped with deep-pumping units of such a design.

Физическая сущность заявляемого устройства, позволяющего достичь поставленную цель, заключается в следующем. The physical nature of the claimed device, which allows to achieve the goal, is as follows.

Благодаря тому что датчик усилия выполнен в виде жесткой удлиненной пластины, концевые участки которой жестко укреплены на полированном штоке параллельно его продольной оси, обеспечивается возможность охватить больший участок полированного штока с целью получения большей, а значит, более достоверной информации о величине упругой деформации. Due to the fact that the force sensor is made in the form of a rigid elongated plate, the end sections of which are rigidly mounted on the polished rod parallel to its longitudinal axis, it is possible to cover a larger portion of the polished rod in order to obtain more, and therefore more reliable, information about the amount of elastic deformation.

А благодаря тому что указанная удлиненная пластина имеет неравномерное сечение по длине с уменьшенным не менее чем в 10 раз сечением в центральной части, обеспечивается передача тензосопротивлению, жестко укрепленному в узкой части пластины, всей величины упругой деформации того большого участка полированного штока, охваченного датчиком усилия. При этом потери величины упругой деформации штока по длине корпуса датчика усилия на участках, где нет тензосопротивления, практически оказались исключены благодаря конструктивному выполнению пластины датчика усилия, имеющей в сечении уменьшенную не менее чем в 10 раз центральную часть по сравнению с верхней и нижней частями. При этом высота центральной части пластины должна быть выполнена в 1,5 раза больше длины тензосопротивления, чтобы последнее принимало информацию только центральной части пластины. And due to the fact that the specified elongated plate has an uneven cross section along the length with a cross section not less than 10 times in the central part, the tensile resistance, rigidly fixed in the narrow part of the plate, is transferred to the entire amount of elastic deformation of that large portion of the polished rod covered by the force sensor. In this case, the loss of the elastic deformation of the rod along the length of the force sensor housing in areas where there is no strain resistance, were practically eliminated due to the structural design of the force sensor plate, having in its cross section a central part reduced by at least 10 times compared with the upper and lower parts. In this case, the height of the central part of the plate should be 1.5 times greater than the length of the strain resistance so that the latter receives information only of the central part of the plate.

Все указанные конструктивные параметры пластины получены экспериментальным путем. All the indicated design parameters of the plate were obtained experimentally.

Благодаря такому конструктивному выполнению датчика усилия увеличивается величина упругой деформации, действующей на тензосопротивление, а значит, и сам датчик усилия будет обладать более высокой чувствительностью и способен фиксировать любые, даже самые малые нагрузки на колонну штанг. Due to such a structural embodiment of the force sensor, the magnitude of the elastic deformation acting on the strain resistance increases, which means that the force sensor itself will have a higher sensitivity and will be able to record any, even the smallest loads on the rod string.

А благодаря тому что датчик положения в предлагаемом устройстве выполнен в виде конечного выключателя и установлен на полированном штоке с возможностью осевого перемещения, обеспечивается точное, не зависящее от внешних факторов и безынерционное поступление сигнала на блок регистрации о моменте смещения штанг вверх из нижней "мертвой" точки и о возврате их в эту точку, отсекая время для выбора периода синусоиды развертки. Этим обеспечивается синхронность начала движения и начала развертки в блоке регистрации, а также обеспечивается синфазность дальнейшего движения и развертки, т.к. у выбранной синусоиды амплитуда изменяется со скоростью, равной скорости движения штанг (а скорость штанг описывается также синусоидальней зависимостью). Благодаря этому создаются условия получения достоверной информации о величине и изменениях нагрузки на колонну штанг. And due to the fact that the position sensor in the proposed device is made in the form of a limit switch and mounted on a polished rod with the possibility of axial movement, an accurate, instantaneous, independent of the external factors and inertialess signal arrives at the registration unit about the moment the rods move up from the bottom dead center and about returning them to this point, cutting off the time for choosing the period of the sinusoidal sweep. This ensures the synchronism of the beginning of movement and the beginning of the sweep in the registration unit, as well as the in-phase synchronization of further movement and sweep, as for the selected sinusoid, the amplitude changes with a speed equal to the speed of the rods (and the speed of the rods is also described by a sinusoidal dependence). This creates the conditions for obtaining reliable information about the magnitude and changes in the load on the rod string.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. The essence of the invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена монтажная схема предлагаемого устройства в скважинных условиях; на фиг. 2 - общий вид предлагаемого устройства. In FIG. 1 shows a wiring diagram of the proposed device in downhole conditions; in FIG. 2 - General view of the proposed device.

Устройство для диагностики состояния эксплуатационных скважин содержит датчик усилия 1, жестко укрепленный концами на полированном штоке 2 станка-качалки 3 скважинного штангового насоса; датчик положения 4, также установленный на полированном штоке 2 с возможностью осевого перемещения, и блок регистрации и преобразования сигналов 5, связанный с датчиками 1 и 4. A device for diagnosing the condition of production wells contains a force sensor 1, rigidly fixed by the ends on the polished rod 2 of the rocking machine 3 of the downhole sucker rod pump; a position sensor 4, also mounted on a polished rod 2 with the possibility of axial movement, and a unit for recording and converting signals 5, associated with sensors 1 and 4.

Датчик усилия 1 выполнен в виде жесткой удлиненной пластины 6 неравномерного по длине сечения с уменьшенным не менее чем в 10 раз сечением в центральной части 7. При этом высота центральной части 7 пластины 6 выполнена в 1,5 раза больше длины тензосопротивления 8. На центральной части 7 пластины 6 жестко укреплено тензосопротивление 8. Пластина 6 датчика усилия 1 на концевых участках жестко укреплена посредством хомутов 9 на полированном штоке 2 параллельно его продольной оси. The force sensor 1 is made in the form of a rigid elongated plate 6 of uneven cross-sectional length with a section not less than 10 times smaller in the central part 7. Moreover, the height of the central part 7 of the plate 6 is 1.5 times the length of the strain resistance 8. On the central part 7 plate 6 is rigidly strengthened strain resistance 8. Plate 6 of the force sensor 1 at the end sections is rigidly fixed by means of clamps 9 on the polished rod 2 parallel to its longitudinal axis.

Датчик положения 10 выполнен в виде конечного выключателя с кнопкой 11 и установлен на полированном штоке 2 с возможностью осевого перемещения. The position sensor 10 is made in the form of a limit switch with a button 11 and mounted on a polished rod 2 with the possibility of axial movement.

Датчик усилия 1 через тензосопротивление 8 и датчик положения 10 связаны с блоком 5 регистрации и преобразования сигналов. The force sensor 1 through the strain resistance 8 and the position sensor 10 are connected with the block 5 registration and conversion of signals.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В процессе работы станка-качалки 3 сначала создается подъемное усилие. При этом в колонне штанг (а значит, и в полированном штоке 2) возникает упругая деформация растяжения, которая передается на датчик усилия 1, который, в свою очередь, передает информацию об этой деформации на блок регистрации 5. В момент сдвига колонны штанг вверх кнопка 11 датчика положения 10 освобождается и сигнал о начале движения колонны штанг вверх с датчика положения 10 подается на блок регистрации 5. При этом блок 5 регистрации и преобразования сигналов измеряет время цикла движения штанг и формирует временную синусоидальную развертку с периодом, равным этому циклу. Все изменения нагрузки на колонну штанг при ее движении регистрируются блоком 5 и последовательно разворачиваются для визуального наблюдения, оперативного контроля и детальной обработки. После прохождения верхней точки колонна штанг опускается вниз, и в момент возвращения ее в нижнюю точку кнопка 11 датчика положения 10 отключает блок регистрации 5. In the process, the rocking machine 3 first creates a lifting force. In this case, an elastic tensile strain occurs in the rod string (and, therefore, in the polished rod 2), which is transmitted to the force sensor 1, which, in turn, transmits information about this strain to the recording unit 5. At the moment the rod string is shifted up, the button 11, the position sensor 10 is released and the signal about the beginning of the movement of the rod string up from the position sensor 10 is supplied to the registration unit 5. In this case, the signal registration and conversion unit 5 measures the cycle time of the movement of the rods and generates a temporary sinusoidal scan with Heat-equal to this cycle. All changes in the load on the rod string during its movement are recorded by unit 5 and sequentially deployed for visual observation, operational control and detailed processing. After passing the upper point, the rod string goes down, and at the moment of returning to the lower point, the button 11 of the position sensor 10 turns off the registration unit 5.

Диагностика состояния эксплуатационных скважин с помощью предлагаемого устройства позволит более точно и достоверно оценить показатели работы скважины. Diagnosis of the condition of production wells using the proposed device will allow more accurately and reliably evaluate the performance of the well.

Claims

A device for diagnosing the condition of production wells equipped with deep-well pumping units, including a force sensor, a position sensor interacting with a polished pump rod, and a signal recording and conversion unit associated with sensors, characterized in that the force sensor is made in the form of a rigid elongated plate of uneven cross-section along the length with a cross section not less than 10 times in the central part, in the indicated section of which the strain resistance is rigidly strengthened, while the height of the central the second part of the plate is 1.5 times the length of the strain resistance, the plate of the force sensor at the end sections is rigidly mounted on the polished rod parallel to its longitudinal axis, the position sensor is made in the form of a limit switch and mounted on the polished rod with the possibility of axial movement, and the registration unit and the signal conversion is configured to generate a temporary sinusoidal scan specified by the position sensor.