устройство для автоматического управления глубинно-насосной установкой малодебитных нефтяных скважин

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления глубинно-насосной установкой малодебитных нефтяных скважин, содержащее датчик усилия привода насоса, формирователь импульсов реверса привода насоса и систему регулирования уровня нефти в затрубном пространстве, включающую управляемый блок памяти, отличающееся тем, что система регулирования уровня нефти в затрубном пространстве выполнена в виде системы стабилизации работы, затрачиваемой приводом за цикл, и снабжена управляемым инвертором, управляемым интегратором и регулятором скорости привода, выполненным с возможностью определения скорости, соответствующей величине затраченной работы, причем вход регулятора скорости соединен с выходом блока памяти, информационный вход которого соединен с выходом интегратора, информационный вход интегратора соединен с выходом инвертора, а информационный вход последнего подключен к выходу датчика усилия привода насоса, при этом управляющие входы инвертора, интегратора и блока памяти соединены с выходами формирователя импульсов реверса привода насоса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для повышения эффективности добычи нефти из малодебитных нефтяных скважин.

Уровень техники заключается в следующем. Известно устройство для автоматического управления глубинно-насосной установкой малодебитных нефтяных скважин, содержащее датчик усилий привода насоса, формирователь импульсов реверса привода насоса, блок памяти, блок для измерения полупериодов рабочего цикла насоса и блок для отключения привода насоса при превышении отношения указанных полупериодов относительно заданной величины [1]

Известно также устройство для автоматического управления глубинно-насосной установкой малодебитных нефтяных скважин, являющееся наиболее близким к заявляемому [2]

Известное устройство (прототип) содержит датчик усилий привода насоса, формирователь импульсов реверса привода насоса, блок памяти, блок для измерения полупериодов рабочего цикла насоса, блок для проверки достоверности снижения возможного уровня нефти в затрубном пространстве, а также блок для включения и отключения привода насоса.

Причина, препятствующая получению в прототипе требуемого технического результата, заключается в том, что для регулирования уровня нефти в затрубном пространстве об указанном уровне судят по отношению длительностей импульсов датчика усилий привода, что дает, как известно, значительную погрешность. С целью снижения этой погрешности в прототипе используют упомянутый блок для проверки достоверности. Это, однако, усложняет конструкцию, а достоверность повышается незначительно.

Изобретение направлено на повышение точности регулирования уровня нефти в затрубном пространстве.

Технический результат заключается в том, что уровень нефти в затрубном пространстве регулируют путем автоматического поддержания величины работы насоса на заданном уровне.

Данный технический результат достигается тем, что устройство для автоматического управления глубинно-насосной установкой малодебетных нефтяных скважин, содержащее датчик усилий привода насоса, формирователь импульсов реверса привода насоса и систему регулирования уровня нефти в затрубном пространстве, включающую управляемый блок памяти, согласно изобретению система регулирования уровня нефти в затрубном пространстве выполнена в виде системы стабилизации работы, затрачиваемой приводом за цикл, и снабжена управляемым инвертором, управляемым интегратором и регулятором скорости привода, выполненным с возможностью определения скорости, соответствующей величине затраченной работы, причем вход регулятора скорости соединен с выходом блока памяти, информационный вход которого соединен с выходом интегратора, информационный вход интегратора соединен с выходом инвертора, а информационный вход последнего подключен к выходу датчика усилия привода насоса, при этом управляющие входы инвертора, интегратора и блока памяти соединены с выходами формирователя импульсов реверса привода насоса.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - сигнал на выходе датчика усилий; на фиг. 3 сигнал на выходе интегратора.

Устройство содержит датчик 1 усилия привода насоса, формирователь 2 импульсов реверса привода насоса, управляемый инвертор 3, интегратор 4, блок 5 памяти, регулятор 6 скорости движения привода насоса. Кроме того, на фиг 1 буквами "D" и "C" обозначены соответственно информационные и управляющие входы соответствующих блоков, на фиг. 2 обозначено: Up(t) сигнал датчика усилия, T длительность одного периода работы глубинного насоса, A работа насоса (A Up(t) dt).

Датчик 1 выполнен частотным или аналоговым (тензометрическим). Формирователь 2 импульсов реверса привода насоса выполнен в виде, например, микропереключателей, расположенных в верхней и нижней точках перемещения штанги привода насоса, и вырабатывает два импульса, первый при нахождении канатной подвески штанги в крайнем нижнем положении, второй при нахождении канатной подвески в крайнем верхнем положении, сигналы с выхода формирователя 2 поступают на второй вход инвертора 3, предназначенного для изменения полярность сигналов. Интегратор 4 выполнен, например, в виде или операционного усилителя или счетчика импульсов, в последнем случае датчик 1 усилия должен быть частотным или содержать преобразователь напряжение-частота. Регулятор 6 скорости движения привода может быть выполнен в виде частотного регулятора асинхронного короткозамкнутого двигателя. Привод насоса состоит из двигателя с редуктором, преобразователя вращательного движения в возвратно-поступательное и штанги, соединенной одним концом с данным преобразователем посредством канатной подвески; другим с поршнем насоса (насос и его привод не показаны на прилагаемых фиг.).

Действие устройства заключается в следующем. В исходном состоянии привода (первое крайнее положение штанги) в момент времени to начинается прямой ход штанги привода насоса. При этом сигнал Up(t), пропорциональный усилию привода (фиг. 2), поступает с выхода датчика 1 на информационный вход D инвертора 3. В этот же момент времени to с одного выхода формирователя 2 поступает импульс на управляющие входы C4 и C5 интегратора 4 и блока памяти 5. Данный импульс сначала (по входу C5) обеспечивает запись в блок 5 памяти выходного сигнала интегратора 4, а затем (по входу C4) обнуляет интегратор 4. Сигнал с другого выхода формирователя 2 по входу C3 устанавливает инвертор 3 в неинвертируемое состояние. По этой причине сигнал с выхода датчика 1 проходит на вход D4 интегратора 4 без изменения знака, в результате чего осуществляется его прямое интегрирование в течение полупериода t0 t1 (фиг. 3). В момент времени t1, когда штанга привода достигает другого крайнего положения, формирователь 2 вырабатывает соответствующий импульс, который по входу C3 переключает инвертор 3 в противоположное (инверсное) состояние, в котором проходящий с выхода датчика 1 сигнал инвертируется и в таком инверсном виде подается на вход интегратора 4. В результате этого в течение полупериода t1 t2, т.е. в полупериод обратного движения штанги, интегратор 4 работает в противоположном направлении. По этой причине сигнал A2 на выходе интегратора 4, накапливаемый в течение второго полупериода t1 t2, вычитается из того сигнала A1, который был накоплен интегратором в течение первого полупериода t0 t1. В конце периода T, т.е. в момент времени t2, на выходе интегратора 4 будет сигнал A1 - A2, отражающий проделанную насосом за период T работу по выкачиванию жидкости. В этот же момент времени t2 формирователь 2 вновь вырабатывает импульс, который по входу C5 обеспечивает запись в блок 5 памяти результирующего сигнала с выхода интегратора 4, затем по входу C4 обнуляет интегратор 4, переключает инвертор 3 в прежнее, т. е. неинвертируемое состояние. И цикл далее повторяется. В течение следующего цикла хода штанги насоса запомненный в блоке 5 памяти сигнал не изменяется и с выхода блока 5 памяти поступает на вход регулятора 6 в качестве информационного сигнала, определяющего скорость работы насоса.

Таким образом, скорость работы глубинного насоса регулируется так, что величина этой работы в течение цикла поддерживается постоянной, что с достаточной точностью и надежностью обеспечивает постоянство уровня нефти в затрубном пространстве глубинно-насосной установки, так как заполнение насоса определяется этим уровнем.