УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ШТАНГОВЫХ ГЛУБИННЫХ НАСОСОВ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ШТАНГОВЫХ ГЛУБИННЫХ НАСОСОВ


RU (11) 2097553 (13) C1

(51) 6 E21B47/04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 96112611/03 
(22) Дата подачи заявки: 1996.06.25 
(45) Опубликовано: 1997.11.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Индикатор контроля глубинных насосов ИКГН-1. Руководство по эксплуатации ГД2-899.001 РЭ. - Баку, 1987. RU, патент, 2030577, кл. E 21 B 47/04, 1995. 
(71) Заявитель(и): Федотов Василий Иванович (RU) 
(72) Автор(ы): Федотов Василий Иванович[RU]; Федотов Андрей Васильевич[UA]; Ковалев Роман Викторович[RU] 
(73) Патентообладатель(и): Федотов Василий Иванович (RU) 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ШТАНГОВЫХ ГЛУБИННЫХ НАСОСОВ 

Назначение: изобретение предназначено для контроля технического состояния штанговых глубинных насосов, а также может быть использовано для изменения уровня жидкости в скважинах методом акустической локации. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно включенные пьезокерамический преобразователь, выполняющий роль чувствительного элемента, подавитель сетевых наводок, фильтр с регулируемой полосой пропускания по верхним и нижним частотам, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, индикаторное устройство и блок управления. Выход последнего подключен ко вторым входам блока памяти и индикаторного устройства, а вход блока управления подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя. Применение аналого-цифрового преобразователя, блока памяти, блока управления и индикаторного устройства, а также фильтра с регулируемой полосой пропускания по верхним и нижним частотам позволяет расширить функциональные возможности и повысить качество контроля штанговых глубинных насосов. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области контроля штанговых глубинных насосов (ШГН), а также может быть использовано для измерения уровня жидкости в скважине акустическим методом.

Известны устройства контроля технического состояния ШГН, например, индикатор контроля глубинных насосов [1] основанный на регистрации динамических механических нагрузок в процессе работы скважинной штанговой глубинно-насосной установки (УСШГН), содержащий датчик тензометрического типа и регистрирующий механический прибор.

Недостатками этого устройства являются низкая оперативность контроля, связанная с необходимостью проведения подготовительных работ, и низкое качество контроля, обусловленное ограниченной разрешающей способностью при регистрации динамической нагрузки на фоне существенно превышающей ее статической нагрузки в подвижной части УСШГН.

В результате в ряде случаев динамограммы соответствуют нормальному режиму работы ШГН, а его производительность при этом существенно ниже расчетного значения. Недостоверные результаты контроля в указанных случаях обусловлены тем обстоятельством, что в известном устройстве с применением датчиков тензометрического типа производится регистрация процесса изменения механических нагрузок при работе УСШГН, а не контроль работы гидравлической системы насос пласт, определяющий процесс нефтедобычи.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для измерения уровня жидкости в скважине [2] которое также может быть использовано и для диагностики скважинного оборудования, содержащее генератор акустических сигналов, пьезокерамический преобразователь, лентопротяжный механизм, калибратор времени и последовательно соединенные фильтр нижних частот, усилитель и регистрирующий узел, ко второму входу которого подключен лентопротяжный механизм, причем выход калибратора подключен к входу усилителя.

Недостатком известного устройства является ограниченная функциональная возможность, в частности отсутствие выхода для компьютерной обработки информации, которую оно регистрирует в виде эхограмм на термочувствительной бумаге.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей устройства и повышение качества контроля.

Достигается это тем, что регистрирующий узел выполнен в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и блока памяти, выход которого подключен к входу индикаторного устройства, причем выход АЦП дополнительно подключен к входу блока управления, выход которого подключен к входам блока памяти и индикаторного устройства, а фильтр выполнен с регулируемой полосой пропускания по верхним и нижним частотам.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает следующее. АЦП, блок памяти, индикаторное устройство, блок управления м фильтр с регулируемой полосой пропускания частот являются известными элементами схемотехнических устройств.

Однако применение указанных устройств в соответствии с приведенными функциональными связями, а также с учетом регулируемой полосы пропускания частот в приемном тракте акустических сигналов, позволяет повысить возможности контроля технического состояния ШГН.

В частности, применение АЦП и блока памяти позволяет осуществить компьютерную обработку записанной в блоке памяти информации о техническом состоянии определенного количества ШГН, например, 50.

Применение фильтра с регулируемой полосой пропускания по верхним и нижним частотам позволяет повысить разрешающую способность контроля за счет локализации контролируемых параметров УСШГН в выбранном частотном диапазоне, так как локализация контроля приводит к существенному снижению взаимного влияния сигналов, создаваемых работой различных узлов и механизмов УСШГН.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является прямой контроль работы гидравлической системы насос-пласт, что повышает достоверность контроля и позволяет определить причины снижения производительности ШГН.

Совокупность указанных факторов позволяет расширить функциональные возможности и повысить качество контроля технического состояния ШГН.

Изложенное свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

На чертеже приведена структурная схема устройства для контроля технического состояния ШГН.

На схеме последовательно соединенные пьезокерамический преобразователь 1, подавитель сетевых наводок 2, фильтр 3 с регулируемой полосой пропускания по верхним и нижним частотам, аналого-цифровой преобразователь 5, блок памяти 6, индикаторное устройство 7, а также блок управления 8.

Выход АЦП 5 дополнительно подключен к входу блока управления 8, выход которого подключен ко вторым входам блока памяти 6 и индикаторного устройства 7.

Конструктивно пьезокерамический преобразователь 1 выполнен в виде отдельного узла, в котором имеется резьбовое соединение для подключения к патрубку на устье скважины. Кроме того, узел снабжен электрическим разъемом для подключения кабеля, при помощи которого пьезокерамический преобразователь 1 соединяют с входом вторичного регистрирующего прибора, содержащего последовательно соединенные подавитель сетевых наводок 2, фильтр с регулируемой полосой пропускания частот 3, усилитель 4, АЦП 5, блок памяти 6, индикаторное устройство 7, а также блок управления 8.

Вторичный прибор снабжен также дополнительным разъемом для подключения выхода блока памяти 6 к компьютеру. Кроме того, во вторичном приборе устанавливают автономный внутренний источник питания, подключенный к блоку памяти 6.

Устройство работает следующим образом.

Для проведения контроля технического состояния ШГН узел преобразователя 1 соединяют с патрубком для эхолотирования на устье скважины, а выход преобразователя 1 подключают через соединительный кабель ко входу вторичного прибора. УСШГН при этом не останавливают.

Вторичный прибор работает в трех режимах: режиме контроля, режиме регистрации и в режиме вывода информации. Режим работы устанавливают в блоке управления, например, с помощью переключателя.

В режиме контроля технического состояния ШГН перепады давления, вызванные работой насоса, через столб жидкости и газовый столб в затрубном пространстве скважины воздействуют на обкладки преобразователя 1, сообщающегося через патрубок для эхолотирования с затрубным пространством скважины.

При этом на выходе преобразователя 1 образуются переменные электрические сигналы, которые через подавитель сетевых наводок 2, выполненный, например, в виде двойного T-образного моста, поступают на вход фильтра 3. С выхода фильтра 3 электрические сигналы поступают на вход усилителя 4, который усиливает их до уровня, необходимого для нормальной работы АЦП 5. Усиленные сигналы с выхода усилителя 4 поступают на вход АЦП 5, который преобразует их в кодовую последовательность, соответствующую мгновенным значениям амплитуды сигнала на выходе усилителя 4. С выхода АЦП 5 кодовая последовательность поступает на вход блока памяти 6 и блока управления 8.

В режиме контроля кодовая последовательность в блок памяти 6 не записывается, а поступает с выхода блока управления 8 на вход индикаторного устройства 7, которое преобразует ее, например, в последовательность точек на дисплее, положение которых отражает огибающую электрического сигнала на выходе усилителя 4, соответствующую перепадам давления в газовом столбе затрубного пространства скважины.

В режиме регистрации предварительно производят маркировку информационного массива блока памяти 6 путем записи в него номера скважины, куста, даты проведения исследования, а также контрольных сигналов, например, с помощью кнопочного набора.

Запись информации о техническом состоянии ШГН производят в течение одного или кратного количества рабочих циклов УСШГН, например, с помощью кнопки. Рабочий цикл определяют по интервалу времени между двумя мертвыми точками положения балансира УСШГН, например, верхними, в течение которого балансир совершит путь от верхнего положения до нижнего и обратно. Преобразователь 1, подавитель сетевых наводок 2, фильтр 3, усилитель 4 и АЦП 5 работают при этом аналогично режиму контроля, а индикаторное устройство 7 отражает огибающую электрического сигнала на выходе усилителя 4.

Как в режиме контроля, так и в режиме регистрации локализацию контролируемых параметров УСШГН осуществляют путем регулирования полосы пропускания фильтра 3, например, с помощью переключателя в четырех фиксированных диапазонах: обзорном с использованием полной полосы пропускания частот, низкочастотном, среднечастотном и высокочастотном.

В режиме вывода информация, записанная в блоке памяти 6, поступает с его выхода на вход индикаторного устройства 7.

Блок управления 8 при этом циклически считывает записанную в блоке памяти 6 кодовую последовательность, которая поступает с выхода блока памяти 6 на вход индикаторного узла 7, образуя на его дисплее неподвижное изображение огибающей сигнала в пределах записанного в блоке памяти 6 рабочего цикла УСШГН.

Режим вывода используют для оперативного контроля технического состояния ШГН непосредственно на нефтепромысле, а также при анализе результатов в стационарных условиях. В последнем случае вторичный регистрирующий прибор подключают через дополнительный разъем к компьютеру. Информация, записанная в блоке памяти, при отключении вторичного прибора не разрушается, что обеспечивается автономным источником питания блока памяти 6.

Для экспериментальных исследований предлагаемого устройства были использованы пьезокерамический преобразователь ЦТНС B1, подавитель сетевых наводок в виде двойного T-образного моста с частотой режекции 50 Гц и глубиной подавления основной гармоники промышленной сети не менее 40 дБ, четырехзвенный активный фильтр 8-го порядка на микросхемах серии 544УД1А, а также АЦП, блок памяти, индикаторное устройство и блок управления фирмы HELLIGE (Германия).

В результате экспериментальных исследований устройства на нефтепромыслах Самотлорского месторождения были установлены следующие закономерности.

Нормальная работа приемного и нагнетательного клапана ШГН сопровождается колебаниями в низкочастотном диапазоне, период которых зависит от установленного числа качаний подвижной части УСШГН, а форма колебаний близка к синусоидальной с наличием третьей и пятой гармоник основной частоты. Снижение производительности насоса, связанное с появлением негерметичности приемного и нагнетательного клапана, приводит к заметному искажению формы колебаний и уменьшению амплитуды вплоть до появления практически прямой линии с незначительными пульсациями, когда ШГН работает вхолостую.

При износе деталей подвижной части УСШГН или при недостаточно тщательной ее сборке снижение производительности, связанное с появлением вибраций в подвижной части установки, сопровождается характерными колебаниями в среднечастотном диапазоне, форма которых близка к синусоидальным сигналам. При нормальной работе УСШГН эти колебания не наблюдаются.

При неправильном положении плунжера ШГН устройство регистрирует кратковременные затухающие колебания в среднечастотном диапазоне, вызванные ударами металлических частей внутри насоса, которые приводят к быстрому износу оборудования.

При трении и ударах штанг о муфты, что также приводит к потере производительности насоса и преждевременному износу оборудования, устройство регистрирует специфические колебания в высокочастотном диапазоне, повторяющиеся четное количество раз в течение рабочего цикла УСШГН, а огибающая сигнала на дисплее индикаторного устройства имеет характерные размытые участки.

Устройство может быть также использовано для контроля монтажа и установки электрических центробежных насосов (ЭЦН). При некачественном монтаже или при неправильной установке ЭЦН возникают вибрации в процессе его работы, приводящие к быстрому износу оборудования и последующему обрыву насоса, которые регистрируются устройством в виде периодических стационарных колебаний.

Устройство может быть использовано и для измерения уровня жидкости как в скважинах механизированного фонда, так и в газлифтных скважинах.

Для этого вторичный регистрирующий прибор устанавливают в режим регистрации и производят запись в блок памяти кодовой последовательности, отражающей процесс распространения акустической волны в затрубном пространстве скважины. Запись производят в интервале времени от начала зондирующего сигнала до появления отраженного от границы раздела сред газ-жидкость обратного сигнала, а в режиме вывода измеряют длину этого интервала, делят его пополам и умножают на скорость звука в затрубном пространстве скважины.

Зондирующий сигнал создают, например, путем кратковременного стравливания газа из затрубного пространства скважины.

В результате применение предлагаемого устройства позволяет расширить функциональные возможности и повысить качество контроля технического состояния штанговых глубинных насосов. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Устройство для контроля технического состояния штанговых глубинных насосов, содержащее последовательно соединенные пьезокерамический преобразователь, подавитель сетевых наводок, фильтр, усилитель и регистрирующий узел, отличающееся тем, что регистрирующий узел выполнен в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя и блока памяти, выход которого подключен к входу индикаторного устройства, причем выход аналого-цифрового преобразователя дополнительно подключен к входу блока управления, выход которого подключен к вторым входам блока памяти и индикаторного устройства, а фильтр выполнен с регулируемой полосой пропускания по верхним и нижним частотам.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru