способ автоматического управления глубинно-насосной установкой нефтяных скважин, оборудованной станком-качалкой

Формула изобретения

Способ автоматического управления глубинно-насосной установкой со станком-качалкой, преимущественно для нефтяных скважин, при котором подают задающее напряжение на приводной двигатель с помощью устройства управления, измеряют величину пульсаций давления в выходной магистрали, фиксируют участок процесса, равный полупериоду хода штока, и по результатам измерений осуществляют управление приводным двигателем для стабилизации заполнения насоса, отличающийся тем, что дополнительно измеряют продолжительность временного интервала от начала хода нагнетания до момента увеличения давления в выходной магистрали за несколько ходов штока, вычисляют среднее значение продолжительности этого временного интервала и преобразуют его в напряжение обратной связи, которое алгебраически суммируют с задающим напряжением и осуществляют ступенчатое регулирование скорости приводного двигателя до величины, при которой продолжительность указанного временного интервала станет равной нулю.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемый способ управления относится к области систем управления насосами и может быть использован при автоматизации процессов управления глубинно-насосными установками, оборудованными станком-качалкой.

Известен способ управления работой агрегата для откачки нефти из скважин [1] для корректировки работы которого определяют мгновенное значение скорости вращения ротора двигателя во время завершения или осуществления определенной части цикла возвратно-поступательного движения агрегата, или определяют другой параметр или группу: выходную мощность двигателя, среднюю величину тока двигателя, коэффициент мощности, максимальный крутящий момент силовой передачи агрегата и полную работу штока. Определяют величину параметра и сравнивают его с предварительно установленной величиной для этого же выбранного параметра, с целью обнаружения находится ли замеренная величина параметра в диапазоне указанных величин. При наличии отклонения указанных параметров производят регулировку скорости.

Указанный способ не обладает достаточной точностью, т.к. указанные выше параметры (величина тока двигателя, мощность двигателя и т.д.) агрегата могут меняться не только из-за изменения заполнения насоса жидкостью, но и из-за влияния внешних факторов, таких как изменение окружающей температуры, изменение вязкости нагнетаемой жидкости (нефти), износ агрегата и т.д. Причем влияние факторов на контроль соизмеримо, а иногда и более весомо, чем изменение электрических параметров от изменения нефтеотдачи, что сказывается на точности регулирования.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, реализованный в устройстве [2] для автоматического управления глубинно-насосной установкой нефтяных скважин, сущность которого состоит в повышении точности, в измерении длительностей импульсов датчика усилий, определяющего полезную работу глубинно-насосной установки со станком-качалкой, для чего фиксируется участок процесса, равный полупериоду хода штока, затем измеряется длительность периода спада сигнала датчика усилий до уровня фиксации и по результатам измерений осуществляется управление приводным двигателем для стабилизации заполнения насоса.

Недостатком прототипа является низкая точность, т.к. более 60% мощности приводного двигателя расходуется на потери в механизмах глубинно-насосной установки со станком-качалкой и, следовательно, изменение усилия за счет снижения заполнения насоса на несколько процентов компенсируется за счет колебаний напряжения сети, изменения вязкости жидкости и т.д. Кроме того, пульсации усилий при работе глубинно-насосной установки со станком-качалкой не полностью повторяются при каждом ходе качалки, вследствие чего сложно фиксировать их средний уровень и фиксировать момент спада пульсации до нуля.

Технический результат увеличение точности регулирования скорости приводного двигателя.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе, при котором подают задающее напряжение на приводной двигатель с помощью устройства управления измеряют величину пульсаций давления в выходной магистрали, фиксируют участок процесса, равный полупериоду хода штока, и по результатам измерений осуществляют управление приводным двигателем для стабилизации заполнения насоса, дополнительно измеряют продолжительность временного интервала от начала хода нагнетателя до момента увеличения давления в выходной магистрали за несколько ходов штока, вычисляют среднее значение продолжительности этого временного интервала и преобразуют его в напряжение обратной связи, которое алгебраически суммируют с задающим напряжением и осуществляют ступенчатое регулирование скорости приводного двигателя до величины, при которой продолжительность указанного временного интервала станет равной нулю.

Предлагаемый способ может быть реализован, например, устройством, представленным на чертеже, где приняты следующие обозначения: 1 приводной двигатель, 2 устройство управления приводным двигателем, 3 сумматор (блок алгебраического суммирования сигнала задания скорости и сигнала, пропорционального величине интервала запаздывания момента начала роста давления в выходной магистрали трубопровода), 4 преобразователь числа импульсов в напряжение, 5 арифметическое устройство, 6 генератор импульсов, 7 датчик направления хода штока, 8 датчик давления.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит приводной двигатель 1, устройство управления приводным двигателем 2, укомплектованный преобразователем для регулирования скорости, блок 3 алгебраического суммирования сигнала задания скорости и сигнала, пропорционального величине интервала запаздывания момента начала роста давления в выходной магистрали трубопровода станка-качалки относительно начала периода нагнетания; блок 4 - преобразователь числа импульсов, пропорционального длительности интервала запаздывания в напряжение, блок 5, усредняющий число импульсов в периоде запаздывания за n ходов станка-качалки; блок 6, содержащий генератор импульсов определенной длительности; датчик 7 направления хода штока станка-качалки, датчик 8 давления.

Способ автоматического управления глубинно-насосной установкой нефтяных скважин, оборудованных станком-качалкой, реализуется устройством, в котором в начале периода нагнетания жидкости при изменении направления хода штока с датчика 7 направления хода штока выдается сигнал на разрешение генерирования импульсов в генератор импульсов, когда в выходной магистрали трубопровода станка-качалки появится превышение давления над существующим ранее, с датчика давления 8 поступает сигнал в генератор импульсов 6 на окончание генерации импульсов, импульсы с блока 6 передаются в арифметическое устройством 5, где они запоминаются в регистрах и их количество усредняется за n ходов штока станка-качалки, далее информация передается в блок преобразования числа импульсов в напряжение, где усредненное число импульсов за n ходов преобразуется в напряжение, которое в сумматоре 3 алгебраически складывается с задающим напряжением и в устройство управления 2 приводным двигателем выдается сигнал на ступенчатое регулирование скорости приводного двигателя 1.

Заявляемый способ позволяет улучшить точность регулирования и снизить эксплуатационные расходы (экономия электроэнергии, снижение затрат на ремонт оборудования).