SU1229426A1 - Устройство дл автоматического управлени глубиннонасосной установкой малодебитных нефт ных скважин - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к нефтедобыче , в частности к устройствам дл  автоматического управлени  глубинно- насосными установками, и может быть использовано при эксплуатации малоде битных нефт ных скважин в режиме периодической откачки жидкости.

Цель изобретени  - повьшение точности контрол  работы в режиме пе.рио дической откачки жидкости из скважи- ны.

На фиг. 1 представлена функциональна  блок-схема устройства дл  автоматического управлени  глубиннонасос най установкой малодебитных нефт ных скважин; на фиг. 2 - временна  зависимость сигнала усили  предлагаемого устройства; на фиг. 3 - динамограммы нормальной работы насоса и работы насоса с незаполнением жидкостью устройства; на фиг. 4 - функциональна  схема блока управлени .

Устройство содержит частотный датчик 1 усили , формирователь 2 напр жени  сети, три элемента И (соответственно первьй И1, второй И2 и третий ИЗ), два элемента ИЛИ (соответственно первый ИЛИ 1 и второй ИЛИ 2),, блок 3 управлени , счетчик 4 числа циклов незаполнени  насоса, две схемы 5 и 6 сравнени , выходной триггер 7, исполнительное реле 8, счетчик 9 времени работы глубиннонасос- ной установки и блок 10 индикации. Выходы датчика 1 усили  и формирова- тел  2 напр жени  сети соединены соответственно с первыми входами первого И1 и второго И2 элементов.

Выходы последних св заны с входом первого элемента ИЛИ 1, а второй вход второго элемента И2 - с выходом блока 3 управлени , другие выходы которого соединены с одним входом первой схемы 5 сравнени . Выход последней через второй элемент ИЛИ 2 подключен к одному из входов счетчика 4 числа 1ЩКЛОВ незаполнений насоса, один выход которого соединен с одним из вхо- дсгв второй схемы 6 сравнени , своим выходом св занной с входом блока 3 управлени , выходы которого также Подключены соответственно к второму входу счетчика 4 числа 1диклов незаполнени  насоса и одному из входов выходного триггера 7. Последний своим выходом св зан с входом исполнительного реле 8 и одним из входов третьего элемента И 3,

5

0

5 0

5

0

0

5

второй вход которого подключен к формировател  2 напр жени  ,сети, а выход - к входу счетчика 9 времени работы глубинно-насосной установки, своим выходом соединенного с блоком 10 индикации.

Устройство дл  автоматического управлени  глубиннонасосной установкой малодебитных нефт ных скважин снабжено отметчиком 11 крайних положений и реверсивным счетчиком 12 площади динамограммы. Выход отметчика 11 крайних положений св зан с входом блока 3 управлени , последнего подключены к второму входу первого элемента И 1 и трем входам реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, четвертый вход которого св зан с выходом первого элемента ИЛИ 1. Выходы реверсивного счетчика 12 площади динамограммы подключены соответственно к вторым входам обеих схем 5 и 6 сравнени  и второго элемента ИЛИ 2, а выход счетчика 4 числа циклов незаполнени  насоса св зан одновременно с выходом блока 3 управлени  и вторым входом выходного триггера 7,

При этом входы сброса реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, счетчика 4 числа циклов незаполнени  насоса и счетчика 9 времени работы глубиннонасосной установки обозначены через cip , соответственно суммирующий и вы tнтaюuщй входы рей рсивного счетчика 12 площади динамограммы обозначены через а , и счетные входы реверсивного счетчика 12 площади динамограммы , счетчика 4 числа циклов незаполнени  насоса и счетчика 9 времени работы глубиннонасосной установки через (х д , Через /, обозначены информационные счетчика 4 циклов незаполнени  насоса, реверсивного счетчика 12 площади динамограммы и счетчика 9 времени работь глубинно- «асосной установки (причем код, полученный на выходе / , характеризует содержимое каждого из указанных счетчиков ) 5 а через j выходы переноса двоичных разр дов реверсивного счетчика 12 площади динамограммы и счетчика 4 числа циклов незаполнени  насоса .

На фиг, 2 прин ты следую1цие обозначени , t - врем ;, Р - усилие,; N - код измеренного значе1{и  усили ; t - момент начала хода гатанг вверх; t - момент начала хода штанг вниз;, t к

момент окончани  периода измерени  площади динамограммы; Тц - врем  движени  штанг вверх (первый полупериод Т - врем  движени  штанг вниз (второй полупериод); Т - период качани  станка-качалки; N,Ng, Ng, N и Nдl - коды значений усили  , измеренные в точках А,Б5В,Г иА ; О АБВ;0; - площадь динамограммы , измеренна  к моменту времени относительно нулевого уровн ; О,АБВО площадь динамограммы, измер ема  в течение первого полупериода качани  станка-качалки относительно нулевого уровн  00 ; О ВГА 0 - площадь динамограммы, измер ема  в течение второго полупериода качани  относительно нулевого уровн  00, при нормальной работе насоса; - площадь динамограммЫ; измеренна  в течение второго полупериода качани относительно нулевого уровн  00 при незаполнении насоса жидкостью.

На фиг. 3 показаны реальна  дина- мограмма нормальной работы насоса , регльна  динамо грамма при незаполнении насоса жидкостью АБ,, и теоретическа  динамо- грамма нормальной работы насоса АБВГ

Блок 3 управлени  (фиг. А) содержит фазовый детектор 13, фильтр 14; пару транзисторных ключей 15,. тук триггера 16 - 18, два элемента ИЛИ (КГМЗ и ИЛИ4). два элемента ( и И-НЕ2), два элемента задержки (31 и 32), два элемента НЕ (НЕ1 и НЕ2) и элемента И (И4), причем выход отметчика 11 крайних положений подключен через фазовый детектор 13 и фильтр 14 к входу транзисторных ключей 15, два выхода которых ( а, и cjj) подключены соответственно к двум входам элементов И-НЕ1 и И- НЕ2, два выхода которых подключены к двум входам триггера 16, два выход которого подключены соответственно к входам d и ск реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, при этом выход элемента И-НЕ1 через элемент НЕ1 подключен к входу первой схемы 5 сравнени  , через элементы НЕ 1 и 31 - к входу elg реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, через элементы НЕ 1, .32, И 4 и ИЛИ 4 - к входу и о счетчи1са 4 числа циклов неза-

полнени  насоса, а выход элемента И-НЕ2 через триггер 18 подключен к второму входу элемента И4. Кроме того, входы кнопки Пуск и второй

1& t5 20

5

5 0 0 5

схемы 6 сравнени  подключены через элемент ШИЗ к входу выходного три:- гера 7, а через элемент ИЛИЗ и триггер 17 - к входам элементов И-НЁ2, И-НЕ1 и И1, причем выход /3 счетчика 4 числа циклов незаполнени  насоса через триггер 17 соединен с входом элемента И2, а через элемент НЕ2 подключен к второму входу элемента ИЛИ4, причем выход первой схемы 5 сравнени  св зан с вторым входом триггера 18.

Устройство работает следующим образом.

При первоначальном включении устройства , т.е. поступлении сигнала Пуск, счетчик 9 времени работы глубиннонасосной установки сбрасываетс  в нулевое состо ние, а сигналом с соответствующего выхода блока 3 управлени  выходной триггер 7 устанавливаетс  в единичное состо ние , срабатывает исполнительное реле 8, включающее глубиннонасосную установку. Кроме того, по сигналу Пуск в блоке 3 управлени  (фиг.4) триггер 17 устанавливаетс  в единичное состо ние и на двух соответствующих выходах блока 3 управлени  по вл ютс  сигналы, разрешающие прохождение .импульсов с вькода частотного датчика 1 усили  через открытый элемент И1 и элемент ИЛИ1 на счетный вход й з реверсивного счетчика 12 площади динамограммы. При этом частота импульсов на выходе датчика 1 усили  пропорциональна значени м сигнала усили  на полированном штоке станка- качалки .

При поступлении с отметчика 11 .крайних положений сигнала о нахождении полированного штока в крайнем . нижнем положении блоком 3 управлени  вырабатываетс  сигнал, поступающий на входы сброса rt реверсивного счет- чика 12 площади динамограммы и счетчика 4 числа циклов незааолнени  насоса , устанавлива  их в нулевое состо ние .

Кроме того, с соответствующего выхода блока 3 управлени  подаетс  управл ющий сигнал на суммируюшлй вход Ы. реверсивного счетчика 12 площади динамограммы.

Таким образом, реверсивный счетчик 12 площади динамограммы, начина  с момента t начала хода штанг вверх, осуществл ет подсчет импульсов, поступающих с выхода датчика 1 усили . Так как частота поступающих импульсов пропорциональна усилию на поли- фованном штоке, код на выходе /, реверсивного счетчика 12 площади дина- мограммы в любой момент времени оказываетс  пропорциональным площади S фигуры, ограниченной кривой усили  P(t), нулевой линией 0,0 и ординаустанавливаетс  в режим суммировани  и оказываетс  подготовленным к следующему циклу качани , Код на выходе 1, реверсивного счетчика 12 пло J щади динамограммы в этот момент оказываетс  пропорциональным площади ре альной динамограммы (фиг, 3), полученной путем вычитани  площадей под кривой усили  P(t) за первый и второ

тами 0 А и 0; В. , соответствующими мо- 10 полупериоды качани . Таким образо , меМтам времени tjj и t; (фиг. 2 и 3). полученное значение Sp площади ре- Суммирование импульсов в реверсивном счетчике 12 площади динамограммы

альной динамограммы не зависит от по

нулевой линии 0,0. Так как максимальна  частота импульсов 15 на выходе частотного датчика 1 усипродолжаетс  до поступлени  на блок 3 управлени  с отметчика 11 крайних положений сигнала о нахождении полированного штока в крайнем верхнем положении .

В момент времени t код на выхо де й| реверсивного счетчика 12 пло щади динамограммы пропорционален площади динамограммы, измеренной в течение первого полупериода качани  относительно нулевой линии 0 0 , т.е. площади фигуры 0 АБВО,,. Сигнал о нахождении полированного штока в крайнем верхнем положении поступае с выхода отметчика 11 крайних положений на вход блока 3 управлени  и, пройд  через фазовый детектор 13 и фильтр 14, поступает на вход пары разнопол рных ключей 15, на выходе а которой по вл етс  импульс устанавливающий триггер 16 в единичное состо ние (фиг, 4). В результате этого с выхода блока 3 управлени  на вычитающий вход ci реверсивного счетчика 12 площади динамограммы поступает сигнал, устанавливаюпщй этот счетчик в режим вычитани . При этом импульсы , поступающие с выхода датчика 1 усилий на вход ei реверсивного счетчика 12 площади динамограммы, теперь вычитаютс  из накопленной в счетчике суммы.

Вычитание продолжаетс  до тех пор пока с отметчика 11 крайних положений на блок 3 управлени  не поступит сигнал о нахождении полированного штока в крайнем нижнем положении. Этот сигнал, пройд  в блоке 3 управлени  через фазовый детектор 13 и фильтр 14, поступает на вход пары транзисторных ключей 15, на вькоде

л-

л-

д, которой по вл етс  импульс, уста навливающий триггер 16 в нулевое состо ние . При этом реверсивный счетчик 12 площади динамограммы вновь

устанавливаетс  в режим суммировани  и оказываетс  подготовленным к следующему циклу качани , Код на выходе 1, реверсивного счетчика 12 пло- J щади динамограммы в этот момент оказываетс  пропорциональным площади реальной динамограммы (фиг, 3), полученной путем вычитани  площадей под кривой усили  P(t) за первый и второй

полупериоды качани . Таким образо , полученное значение Sp площади ре-

альной динамограммы не зависит от по10 полупериоды качани . Таким образо , полученное значение Sp площади ре-

нулевой линии 0,0. Так как максимальна  частота импульсов 15 на выходе частотного датчика 1 уси

ЛИЙ f

Л|С1ИС

3200 Гц (диапазон частот датчика uf 2800-3200 Гц), а максимальный период качани  Т„., 15 с

/ ( кач./мин, то максимальный код

выходе , реверсивного счетчика 12 площади динамограммы определ етс  как

N„„,0 2400 бит.

Следовательно, разр дность (16дво- разр дов) реверсивного счетчика 12 площади динамограммы вполне достаточна дл  преобразовани  площади динамограммы Sp в цифровой код за один период качани . При этом реверсивный счетчик 12 площади динамо- граммы может быть выполнен на базе мргкросхем К155ИЕ7.

П)и поступлении сигнала о нахождении полированного штока в крайнем нижнем положении блок 3 управлени  разрешает работу первой схемы 5 сравнени , где осуществл етс  сравнение кода на выходе j, реверсивного счетчика 12 динамограммы

с .

45

50

55

с величиной уставки S

Чет

котора 

заранее определена соотношением

с -с 17

тй 3

где S - значение шю ;ади теоретической динамограммы нормальной работы насоса дл  данной скважины;

Kj - допустимый коэф(})ициент заполнени  насоса  сидкостью. Если S , , то это означает, что коэффициент заполнени  насоса еще не снизилс  до заданной величины. При этом на выходе второй схемы 6 сравнени  сохран етс  уровель логической единиць, и в следующем цикле качани  вновь осуществл етс  измерение площади динамограммы Sp и сравнение ее с уставкой Syt-Y .

7

Если Sp t S,j

TO это означает,

что возможно уже коэффициент заполнени  насоса жидкостью снизилс  до заданной величины. При этом на выходе первой схемы 5 сравнени  получаетс  сигнал О, который поступает на вход блока 3 управлени  и через элемент ИЛИ 2 на счетный вход (У счетчика 4 числа циклов незаполнени  насоса , код на выходе р, которого увели- ю ходе в нулевое состо ние выходного чиваетс  на единицу.Подсчет продолжа- триггера 7, выход которого подключен етс  в течение 15 циклов работы на- к одному из входов элемента ИЗ, имсоса . Это происходит следуюш тм образом .

Б каждом цикле качани  в момент нахождени  полированного штока в крайнем верхнем положении с отметчика 11 крайних положений на вход блока 3 управлени  поступает сигнал, который устанавливает триггер 18 в единичное состо ние и ра зрешает работу элемента Н 4. В момент нахождени  полированного штока в крайнем нижнем положении , т.е. по окончании периода качани  , с отметчика 11 крайних положений на вход блока 3 управлени  поступает импульс, в течение которого анализируетс  состо ние первой схемы 5 сравнени . Этот импульс подаетс  на вход элемента И 4 с задержкой Tj , большей времени срабатывани  t

первой схемы 5 сравнени .

iS

Если S р

то на выходе первой схемы 5

сравнени  по вл етс  нулевой сигнал, сбрасывающий в О триггер 18. Уро- .вень логического О, проход  через элемент И 4, поступает на сбросный вход счетчика 4 числа циклов незаполнени  насоса и разрешает подсче импульсов. Если (- , то на выход первой схемы 5 сравнени  сохран етс  уровень логической 1, триггер 18 остаетс  в единичном состо нии и разрешает прохождение единичного импульса с выхода а, пары транзисторных ключей 15 через элемент Н 4 на вход счетчика 4 числа циклов незаполнени  насоса. При этом счетчик 4 (например, К155ИЕ7) сбрасываетс  в нулевое состо ние и подсчет числа циклов незаполнений насоса начинаетс  заново. В этом случае принимаетс  решение о случайности возникновени  ситуации незаполнени  насоса жидкостью . Если в течение 15 циклов подр д подтверждаетс  состо ние незаполнени  насоса жидкостью, то Снижение коэффициента заполнени  насоса

саР ненн 

94268

до заданной величины считаетс  достоверным . При этом на выходе перено- .

счетчика 4 числа циклов незапол- насоса по вл етс  сигнал логического О , который устанавливает выходной триггер 7 в нулевое состо ние , что обесточивает исполнительное реле 8 и выключает электродвигатель станка-качалки. Кроме того, при пере

пульсы с частотой 25 Гц с выхода формировател  2 напр жени  сети через

элемент ИЗ не проход т, и поэтому заполнение счетчика 9 времени работы глубиннонасосной установки прекращаетс , т.е. заканчиваетс  подсчет времени ее работы.

Начина  с этого момента устройство переходит к подсчету времени накоплени  жидкости t . При этом нулевой сигнал с выхода р. счетчика 4 числа циклов незаполнени  насоса поступает на

вход блока 3 управлени  и устанавливает в нулевое состо ние триггер 17, выходы которого подключены к входам . элементов И1 и И2. При этом блок 3 управлени  -запрещает прохождение импульсов с выхода датчика 1 усилий через элемент И1 и разрешает прохождение импульсов частотой 25 Гц с выхода формировател  2 напр жени  сети через открытый элемент И2на счетный вход (xLj последовательно соединенных через элемент ИЛИ2 реверсивного счетчика 12 площади динамограммы и счетчика 4 числа циклов незаполнени  насоса , образующих 24-разр дный счетчик . При этом счетчик 4 числа циклов не заполнени  насоса может быть вьтол- нен в виде последовательно соединенных двух микросхем К155ИЕ7, причем выход переноса первой микросхемы ( 15)  вл етс  выходом j переноса счетчика 4, который св зан с входами выходного триггера 7 и блока 3 управлени . При подсчете импульсов с выхода формировател  2 напр жени  сети счетчики 12 и 4 используютс  дл  подсчета времени накоплени  жидкости t, причем сигнал с выхода переноса ( реверсивного счетчика 12 площади динамограммы , пройд  через элемент ИЛИ2, поступает на счетный вход oCj счетчиj a 4 числа циклов незаполнени  насоса. Информационные выходы , счетчиков 12 и 4 подключены к входам второй схе- мь 6 сравнени . Таким образом, на

вторую схему 6 сравнени  подаетс  текущее значение времени накоплени  жидкости tj. Заданное значение времени накоплени  жидкости t идустанав- ливаетс  во второй схеме 6 сравнени  заранее. В процессе работы происходит сравнение t., с заданной величиной

г1

-Н ЧДА

Если t.it,,.. то на выходе второй

Н п, тСЯД

схемы 6 сравнени  сохран етс  уровень 1, и поэтому подсчет времени накоплени  жидкости продолжаетс .. Если ..--. , то на выходе второй схеП А ИгчИ

МЫ 6 сравнени  получаетс  сигнал О , который поступает на вход блока 3 .. управлени , триггер 17 устанавливаетс  в единичное состо ние, что означает окончание времени накоплени  жидкости и начало очередного цикла изме.- рени  площади динамограммы. При этом по сигналу с блока 3 управлени  за- крьгоаетс  элемент И2 и открываетс  элемент И1, разреша  прохождение импульсов с выхода частотного датчика усилий на счетный вход oi реверсив- кого счетчика 12 площади динамограм- мы. Кроме того, с выхода блока 3 управлени  на установочный вход выходного триггера 7 поступает сигнал О, который устанавливает выходной триггер 7 в единичное состо ние, поэтому срабатывает исполнительное

реле 8 и включаетс  электродвигатель станка-качалки. При этом сигнал 1 иа выходе выходного триггера 7 разре- шает прохождение импульсов частотой 25 Гц с выхода формировател  2 напр жени  сети через элемент ИЗ на счетньш вход ot счетчика 9 времени работы глубиннонасосной установки. Устройство переходит в состо ние ожидани  сигнала с выхода отметчика 11 крайних положений о нахождении полированного штока в крайнем нижнем положении . При получении этого сигнала блок 3 управлени  обнул ет реверсив-- ныл счетчик 12 площади динамограммы и счетчик 4 числа циклов незаполнени  насоса, устанавливает реверсивный счетчик 12 в режим суммировани ;, и цикл контрол  работы глубиннонасос- ной установки возобновл етс .

Таким образом, счетчик 9 времени работы глубиннонасосной установки подсчитывает фактическое суммарное врем  работы глубиннонасосной установки , а блок 10 индикации показывает фактическое суммарное врем  работы глубиннонасосной установки. При этом показани  блока 10 индикации за определенный промежуток времени характеризуют эффективность эксплуатации малодебитных скважин в режиме периодической откачки.

Фиг. I

е

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГЛУБИННОНАСОСНОЙ УСТАНОВКОЙ МАЛОДЕБИТНЫХ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН, содержащее датчик усилия, формирователь напряжения сети, три элемента И, два элемента ИЛИ, блок управления, счетчик числа циклов незаполнения насоса, две схемы сравнения, выходной триггер, исполнительное реле, счетчик времени работы глубиннонасосной установки и блок индикации, причем выходы датчика усилия и формирователя напряжения сети соединены соответственно с- первыми входами первого и второго элементов И, выходы последних связаны с входом первого элемента ИЛИ, а второй вход второго элемента И - с выходом блока управления, другие выходы которого соединены с одним входом первой схемы сравнения, выход которой через

   - второй элемент ИЛИ подключен к одному' из входов счетчика числа циклов не заполнения насоса, один выход последнего соединен с одним из входов второй схемы сравнения, выходом связанной с входом блока управления, выходы которого также подключены соответственно к второму входу счетчика числа циклов незаполнения насоса и первому входу выходного триггера, выходом связанного с входом исполнитель ного реле и первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к выходу формирователя напряжения сети, а выход - к входу счетчика времени работы глубиннонасосной установки., выходом соединенного с блоком индикации, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности контроля работы в режиме периодической откачки жидкости из скважины, оно снабжено отметчиком крайних положений и реверсивным счетчиком площади динамограммы, выход отметчика крайних положений связан с входом блока управления, выходы последнего подключены к второму входу первого рлемента И и трем входам реверсивного счетчика площади динамограммы, четвертый вход которого связан с выходом первого элемента ИЛИ, при этом выходы реверсивного счетчика площади динамограммы подключены соответственно к вторым входам обеих схем сравнения и второго элемента ИЛИ, а выход счетчика числа циклов незаполнения насоса связан одновременно с входом блока управления и вторым

   SU „„ 1229426 входом выходного триггера.