устройство для контроля работы глубинного штангового насоса

Формула изобретения

Устройство для контроля работы глубинного штангового насоса, содержащее датчик перемещения штока, установленный на устье скважины, и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что в него дополнительно введены глубинный датчик перемещения плунжера штангового насоса, состоящий из немагнитной трубы, расположенной над штанговым насосом в виде вставки в колонну насосно-компрессорных труб, кольцевого постоянного магнита, закрепленного на штанге в зоне немагнитной трубы, магниточувствительных элементов, установленных равномерно вдоль немагнитной трубы на внешней ее поверхности, и глубинного кабеля, проложенного по внешней поверхности насосно-компрессорных труб, формирователь импульсов, реверсивный счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь, причем регистрирующий прибор представляет собой двухкоординатный самописец с двумя входами, к одному из которых подключен выход датчика перемещения штока, установленного на устье скважины, а к другому входу через последовательно соединенные формирователь импульсов, реверсивный счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь подключен выход глубинного датчика перемещения плунжера штангового насоса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтедобычи и предназначено для контроля работы глубинного штангового насоса.

Известно устройство контроля подачи жидкости скважинных штанговых насосов, содержащее обратный клапан в выкидной линии скважинного штангового насоса, генератор, датчик, согласующий блок, источник опорного напряжения, компаратор, триггер, счетчик, блок уставок, блок сравнения кодов, элемент пуска (см. А.С. SU 1488457 А1 по кл. Е 21 В 47/10, Б.И. 23, 1989 г.). Контроль подачи жидкости в этом устройстве осуществляется путем замера времени между сигналом от элемента пуска и сигналом от установленного на корпусе обратного клапана датчика вибраций.

Недостатки этого устройства связаны с его ограниченными функциональными возможностями, не позволяющими оценить характер движения плунжера насоса.

Известно устройство для контроля технологического состояния штанговых глубинных насосов, содержащее пьезоэлектрический преобразователь, подавитель сетевых помех, фильтр с регулируемой полосой пропускания по верхним и нижним частотам, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, индикаторное устройство и блок управления (см. патент RU 2097553 С1 по кл. Н 21 В 47/04, Б.И. 33, 1997 г.).

Недостатки этого устройства связаны с тем, что контроль технического состояния штангового глубинного насоса производится посредством анализа акустических шумов, воспринимаемых на устье скважины пьезоэлектрическим преобразователем. Этот анализ не дает полной картины состояния и режимов работы штангового насоса, а при глубоких скважинах затруднен из-за сильного затухания акустических сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для диагностики состояния эксплуатационных скважин, содержащее датчик усилия, жестко укрепленный концами на полированном штоке станка-качалки скважинного штангового насоса, датчик положения, также установленный на полированном штоке с возможностью осевого перемещения, и блок регистрации и преобразования сигналов, связанный с датчиком усилия и положения (см. патент RU 2148709 С1 по кл. Е 21 В 47/00 от 10.05.2000 г.).

Недостатки этого устройства связаны с его ограниченными функциональными возможностями, так как оно позволяет получить зависимость усилия, приложенного к штанге на устье скважины, от перемещения этой штанги, но не позволяет определить характер движения плунжера штангового насоса.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в известное устройство для контроля работы глубинного штангового насоса, содержащее датчик перемещения штока, установленный на устье скважины, и регистрирующий прибор, дополнительно введены глубинный датчик перемещения плунжера штангового насоса, состоящий из немагнитной трубы, расположенной над штанговым насосом в виде вставки в колонну насосно-компрессорных труб, кольцевого постоянного магнита, закрепленного на штанге в зоне немагнитной трубы, магниточувствительных элементов, установленных на внешней поверхности немагнитной трубы, и глубинного кабеля, проложенного по внешней поверхности насосно-компрессорных труб, формирователь импульсов, реверсивный счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь, при этом регистрирующий прибор представляет собой двухкоординатный самописец с двумя входами, к одному из которых подключен выход датчика перемещения штока, установленного на устье скважины, а к другому входу через последовательно соединенные формирователь импульсов, реверсивный счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь подключен выход глубинного датчика перемещения плунжера штангового насоса.

Решаемая задача заключается в расширении функциональных возможностей устройства.

На чертеже представлена схема устройства для контроля работы глубинного штангового насоса. Устройство содержит датчик перемещения штока 1, установленный на устье скважины, немагнитную трубу 2, расположенную над штанговым насосом 10 в виде вставки в колонну насосно-компрессорных труб 11, кольцевой постоянный магнит 3, закрепленный на штанге 12 в зоне немагнитной трубы, магниточувствительные элементы 4, установленные вдоль немaгнитной трубы 2 равномерно на внешней ее поверхности, глубинный кабель 5, который проложен по внешней поверхности насосно-компрессорных труб и к которому подключены магниточувствительные элементы 4, формирователь импульсов 6, реверсивный счетчик электрических импульсов 7, цифроаналоговый преобразователь 8 и регистрирующий прибор 9.

Датчик перемещения 1 преобразует перемещения штока 13 станка-качалки 14 в электрический сигнал, который подается на вход Х регистрирующего прибора 10.

Электрические сигналы, генерируемые магниточувствительными элементами 4 под действием постоянного магнита 3, через глубинный кабель 5 и последовательно соединенные формирователь импульсов 6, реверсивный счетчик импульсов 7 и цифроаналоговый преобразователь 8 подаются на вход Y регистрирующего прибора 9.

В качестве регистрирующего прибора 9 используется двухкоординатный самописец, имеющий два входа Х и Y и осуществляющий запись одновременно по двум координатам.

Устройство работает следующим образом.

Перемещение штока 13 станка-качалки 14 преобразуется датчиком 1 в электрический сигнал и регистрируется двухкоординатным самописцем 9 по оси X.

Во время движения постоянного магнита 3 под действием его магнитного поля последовательно срабатывают магниточувствительные элементы 4, генерирующие электрические импульсы. Таким образом, глубинный датчик перемещения преобразует перемещение плунжера глубинного штангового насоса в дискретный электрический сигнал. Дискретность преобразования определяется расстоянием между магниточувствительными элементами. Электрические импульсы магниточувствительных элементов через глубинный кабель 5 подаются на вход формирователя импульсов 6, который распределяет их по двум каналам в зависимости от направления движения магнита 3.

Импульсы с выхода формирователя 6 подаются на вход реверсивного счетчика импульсов 7, в котором эти импульсы суммируются при движении плунжера насоса вниз или вычитаются при движении плунжера вверх. Цифровой код с выхода счетчика импульсов 7 преобразуется цифроаналоговым преобразователем 8 в аналоговый электрический сигнал, который подается на вход Y регистрирующего прибора 9.

Таким образом, на диаграммной ленте регистрирующего прибора одновременно регистрируются по оси Х перемещение штока 13 станка-качалки, а по оси Y - перемещение плунжера глубинного насоса.

Если перемещение плунжера штангового насоса 10 соответствует перемещению штока 13 станка-качалки, то на диаграммной ленте прибора 9 регистрируется прямая линия, показанная пунктиром OF на чертеже. Если же движение плунжера насоса отстает по времени от движения штока станка-качалки, то на диаграммной ленте регистрируется эллипс, по параметрам которого определяется характер движения плунжера насоса. В этом случае используется метод исследования, применяемый при анализе электрических сигналов по фигурам Лиссажу (см. Электрические измерения. Учебник для вузов. Под ред. А.В. Фремке и Е.М. Душина - 5-е изд. перераб. и доп. - Л.: Энергия, 1980. Стр 183-185).

Отрезок ОА (см. чертеж) является проекцией эллипса на ось Х и соответствует перемещению штока 13 станка-качалки.

Отрезок ОВ характеризует перемещение плунжера насоса. Отрезок СЕ характеризует запаздывание перемещения плунжера насоса относительно перемещения штока. Фазовое запаздывание определяется выражением



Так как период движения штока 13 станка-качалки известен, то по параметрам эллипса легко определяется скорость движения плунжера насоса в любой момент времени.

В качестве датчика перемещения 1 может быть использован многооборотный потенциометр, ротор которого посредством обрезиненного ролика касается штока 13 и подпружинен к нему.

В качестве магниточувствительных элементов 4 используются датчики Холла или магниточувствительные контакты (герконы). Формирователь импульсов 6, реверсивный счетчик импульсов 7 и цифроаналоговый преобразователь 8 строятся на стандартных элементах микросхемотехники.

Для регистрации сигналов используется стандартный двухкоординатный самопишущий прибор, например, типа Н307.

Предложенное устройство для контроля работы глубинного штангового насоса обладает широкими функциональными возможностями.

Совмещенная во времени регистрация перемещения штанги станка-качалки и плунжера штангового насоса позволяет определять характер движения плунжера насоса в функции перемещения штока на устье скважины, определять запаздывание перемещения плунжера относительно перемещения штока, определять скорость движения элементов привода штангового насоса и косвенным методом определять деформацию элементов привода.