RU138359U1 - HYDRAULIC DRIVE DRIVE CONTROL SYSTEM - Google Patents

Abstract

Система управления гидравлическим приводом скважинного штангового насоса, включающая управляемый гидравлический привод возвратно-поступательного движения штанг штангового насоса, локальную систему управления конкретным гидравлическим приводом и центральный процессор, при этом локальная система управления содержит локальный контроллер обработки информации и локальный контроллер управления приводом, выход которого подключен к управляемому гидравлическому приводу, несколько датчиков хода штока штангового насоса, установленных с определенным шагом и подключенных выходами к входам локального контроллера обработки информации, выполненного с возможностью управления максимальной длиной хода привода, подавая сигналы переключения на соответствующие переключатели гидравлического привода, отличающаяся тем, что между датчиками хода привода и контроллером установлено управляемое этим контроллером реле задержки сигнала, позволяющее плавно регулировать длину хода штока штангового насоса в пределах одного шага между датчиками, а между контроллером и переключателем размещен преобразователь, позволяющий увеличить время переключения направления движения поршня.The control system of the hydraulic drive of the sucker-rod pump, including the controlled hydraulic drive of the reciprocating motion of the sucker-rod pump rods, a local control system for a specific hydraulic drive and a central processor, while the local control system contains a local information processing controller and a local drive control controller, the output of which is connected to controlled hydraulic drive, several rod pump stroke sensors installed with in a certain step and connected by outputs to the inputs of the local information processing controller, configured to control the maximum stroke length of the drive by supplying switching signals to the corresponding hydraulic drive switches, characterized in that a signal delay relay controlled by this controller is installed between the drive travel sensors and allowing smooth adjust the stroke length of the rod pump rod within one step between the sensors, and between the controller and switch p A transducer is positioned to increase the time for switching the direction of movement of the piston.

Description

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам управления наземного гидравлического привода погружного скважинного штангового насоса.The utility model relates to the oil and gas industry, in particular to control devices for a surface hydraulic drive of a submersible well pump.

Известен гидравлический привод скважинного насоса, содержащий рабочий цилиндр с поршнем, разделяющим его на две полости, штоковая из которых соединена нагнетательной линией через гидрораспределитель в одном его положении с насосом, сливной линией со сливом через гидрораспределитель - в другом его положении, при котором насос соединен сливной линией со сливом, отличающийся тем, что он снабжен регулируемым дросселем, установленным в сливной линии штоковой полости рабочего цилиндра, которая гидравлически разобщена от сливной линии насоса, причем он содержит блок управления, вход которого соединен с датчиками конечных положений поршня рабочего цилиндра, а выход - с узлом переключения гидрораспределителя (патент ПМ RU №117527, F04B 47/04, опубл. 27.06.2012).A well-known hydraulic drive of a borehole pump, comprising a working cylinder with a piston dividing it into two cavities, the rod of which is connected by the discharge line through the valve in one of its positions with the pump, the drain line with the drain through the valve, in its other position, in which the pump is connected to the drain a discharge line, characterized in that it is equipped with an adjustable throttle installed in the drain line of the rod cavity of the working cylinder, which is hydraulically disconnected from the drain line of the pump , Wherein it comprises a control unit whose input is connected to the sensors end positions of the working piston, while the output - to the control valve switching node (PM patent RU №117527, F04B 47/04, published on 27.06.2012.).

Известен также гидропривод штангового скважинного насоса, содержащий силовой гидроцилиндр, гидробак, приводной электродвигатель, напорный трубопровод, отличающийся тем, что в качестве приводного электродвигателя применен двигатель-генератор, а в качестве силового гидронасоса применен насос-мотор, причемон снабжен электронной системой управления (патент ПМ RU №120153, F04B 47/04, опубл. 10.09.2012).Also known is a hydraulic drive of a sucker rod pump containing a power hydraulic cylinder, a hydraulic tank, a drive electric motor, a pressure pipe, characterized in that a motor generator is used as a drive electric motor, and a pump motor is used as a power hydraulic pump, and it is equipped with an electronic control system (patent PM RU No. 120153, F04B 47/04, publ. 09/10/2012).

Недостатками систем управления обоих устройств является необходимость остановки и перемещения конечных датчиков переключения направления движения для изменения при необходимости длины хода гидравлического привода, причем это должно быть осуществлено специальными бригадами, оснащенными специальным оборудованием, что приводит к постоянным материальным затратам, связанным с остановкой насоса и обслуживанием привода.The disadvantages of the control systems of both devices is the need to stop and move the end sensors for switching the direction of movement to change the stroke length of the hydraulic drive if necessary, and this should be done by special teams equipped with special equipment, which leads to constant material costs associated with stopping the pump and servicing the drive .

Наиболее близким является система управления гидравлическим приводом скважинного штангового насоса, включающая управляемый гидравлический привод возвратно-поступательного движения штанг штангового насоса, локальную систему управления конкретным гидравлическим приводом и центральный процессор, при этом локальная система управления содержит локальный контроллер обработки информации и локальный контроллер управления приводом, выход которого подключен к управляемому гидравлическому приводу, датчики хода штока штангового насоса, подключенные выходами к входам локального контроллера обработки информации, при этом локальный контроллер управления приводом выполнен с возможностью управления приводом по скорости, отличающаяся тем, что локальный контроллер управления приводом, кроме того, выполнен с возможностью управления максимальной длиной хода штока насоса и контроля усилия на штоке, а также с возможностью контроля динамического уровня жидкости в скважине и/или давления на приеме насоса, для чего в локальную систему управления введены дополнительно соответствующие датчики, при этом система управления содержит несколько идентичных локальных систем управления конкретными гидравлическими приводами, причем локальные системы управления объединены в группы, каждая из которых снабжена групповым контроллером, который, в каждой входящей в группу локальной системе управления, соединен средством обмена информацией с входами-выходами локального контроллера обработки информации и входами локального контроллера управления приводом, кроме того, в систему управления введен центральный контроллер, который средством обмена информацией соединен с каждым из групповых контроллеров и центральным процессором (патент ПМ RU №126061, F04B 49/06, 47/04, E21B 44/00, опубл. 20.03.2013).The closest is the control system of the hydraulic drive of the sucker-rod pump, including the controlled hydraulic drive of the reciprocating motion of the sucker-rod pump rods, a local control system for a specific hydraulic drive and a central processor, while the local control system contains a local information processing controller and a local drive control controller, output which is connected to a controlled hydraulic actuator, rod pump stroke sensors, p Connected by the outputs to the inputs of the local information processing controller, while the local drive control controller is configured to control the drive by speed, characterized in that the local drive control controller is also configured to control the maximum stroke length of the pump rod and control the force on the rod, as well as with the ability to control the dynamic fluid level in the well and / or pressure at the pump inlet, for which additional corresponding sensors, the control system contains several identical local control systems for specific hydraulic drives, and the local control systems are combined into groups, each of which is equipped with a group controller, which, in each local control system included in the group, is connected by an information exchange means with inputs the outputs of the local information processing controller and the inputs of the local drive control controller, in addition, a central controller, a cat, is introduced into the control system The other means of exchanging information is connected to each of the group controllers and the central processor (patent PM RU No. 126061, F04B 49/06, 47/04, E21B 44/00, publ. 03/20/2013).

Недостатками данной системы управления является ступенчатое регулирование длины хода с шагом не менее 25 см, так как технологически трудно разместить дополнительные концевые датчики с меньшим шагом на приводе без резкого удорожания, что делает невозможном применение такой системы управления на малодебитных скважинах, при этом не реализована система плавного замедления и ускорения штанг в крайних верхнем и нижнем положениях, что может привести к обрыву штанг или выходу из строя самого привода, из-за гидроударов и резких пиковых нагрузок, связанных с резким изменением направления движения штанг, которые в 3-10 раз больше веса самих штанг.The disadvantages of this control system is the step-by-step control of the stroke length with a pitch of at least 25 cm, since it is technologically difficult to place additional end sensors with a smaller step on the drive without a sharp rise in price, which makes it impossible to use such a control system in low-production wells, while a smooth system is not implemented deceleration and acceleration of the rods in the upper and lower positions, which can lead to breakage of the rods or failure of the drive itself, due to water hammer and sharp peak loads associated with a sharp change in the direction of movement of the rods, which are 3-10 times the weight of the rods themselves.

Технической задачей предлагаемой системы управления гидравлическим приводом скважинного штангового насоса является создание простой, дешевой и надежной системы плавного регулирования хода штанг и значительного уменьшения гидроударных и пиковых нагрузок.The technical task of the proposed hydraulic drive system for a borehole sucker rod pump is to create a simple, cheap and reliable system for smooth regulation of the stroke of the rods and a significant reduction in shock and peak loads.

Техническая задача решается системой управления гидравлическим приводом скважинного штангового насоса, включающей управляемый гидравлический привод возвратно-поступательного движения штанг штангового насоса, локальную систему управления конкретным гидравлическим приводом и центральный процессор, при этом локальная система управления содержит локальный контроллер обработки информации и локальный контроллер управления приводом, выход которого подключен к управляемому гидравлическому приводу, несколько датчиков хода штока штангового насоса, установленных с определенным шагом и подключенных выходами к входам локального контроллера обработки информации, выполненного с возможностью управления максимальной длиной хода привода, подавая сигналы переключения на соответствующие переключатели гидравлического приводаThe technical problem is solved by the control system of the hydraulic drive of the sucker rod pump, including the controlled hydraulic drive of the reciprocating motion of the sucker rod pump rods, a local control system for a specific hydraulic drive and a central processor, while the local control system contains a local information processing controller and a local drive control controller, output which is connected to a controllable hydraulic actuator, several rod stroke sensors a new pump installed with a certain step and connected by outputs to the inputs of the local information processing controller, configured to control the maximum stroke length of the drive by supplying switching signals to the corresponding switches of the hydraulic drive

Новым является то, что между датчиками хода привода и контролером установлено управляемое этим контроллером реле задержки сигнала, позволяющее плавно регулировать длину хода штока штангового насоса в пределах одного шага между датчиками, а между контроллером и управлением гидравлического привода размещен преобразователь, позволяющий увеличить время переключения направления движения плунжерного насоса.What is new is that a signal delay relay controlled by this controller is installed between the drive’s travel sensors and the controller, which allows you to smoothly control the stroke length of the rod pump rod within one step between the sensors, and a converter is installed between the controller and the hydraulic drive control, which allows to increase the time for switching the direction of movement plunger pump.

На фиг. 1 изображена схема системы управления гидравлическим приводом.In FIG. 1 shows a diagram of a hydraulic drive control system.

На фиг. 2 изображен совмещенный график входного и выходного сигнала на реле задержки.In FIG. 2 shows a combined graph of the input and output signal to the delay relay.

На фиг. 3 изображен график входного сигнала на преобразователе.In FIG. 3 shows a graph of the input signal on the converter.

На фиг. 4 изображен график выходного сигнала преобразователя, идущего переключателю.In FIG. 4 shows a graph of the output of the converter going to the switch.

На графиках (фиг. 2-4) горизонтальная ось соответствует положению штока, измеряемому в метрах.In the graphs (Fig. 2-4), the horizontal axis corresponds to the position of the rod, measured in meters.

Гидравлический привод содержит силовой гидроцилиндр 1 (фиг. 1) с поршнем 2, шток 3 которого посредством муфты 4 соединен с штангами 5, соединенными со штоком скважинного насоса (на фиг. 1 не показан), а также гидробак 6, приводной управляемый локальной системой управления 7 насоса 8 с переключателем 9. Локальная система 7 содержит локальный контроллер обработки информации (на фиг. 1 не показан) и локальный контроллер управления приводом (на фиг. 1 не показан), выход 10 и 10' подключены соответственно к управляемому гидравлическому приводу 8 и его переключателю 9, несколько датчиков 11-15 хода штока штангового насоса, установленных с определенным шагом L и подключенных выходами к входам локального контроллера обработки информации, выполненного с возможностью управления максимальной длиной хода штока 3 и, как следствие, плунжера насоса, подавая сигналы переключения на соответствующие переключатели 9 гидравлического привода. Между датчиками 11-15 хода штока 3 привода и конторолером локальной системы 7 установлено управляемое этим контроллером обработки информации локальной системы 7 реле 16 задержки сигнала, позволяющее плавно регулировать длину хода штока 3 и поршня 2 привода пределах одного шага между датчиками 11, 12 или 11, 13 и т.п., которые с контроллера активизируются для снятия сигналов переключения. Между контроллером управления локальной системы 7 и переключателем 9 размещен преобразователь 17, позволяющий увеличить время переключения направления движения поршня 2.The hydraulic drive contains a power hydraulic cylinder 1 (Fig. 1) with a piston 2, the rod 3 of which is connected via a coupling 4 to the rods 5 connected to the rod of the borehole pump (not shown in Fig. 1), as well as a hydraulic tank 6 driven by a local control system 7 of pump 8 with switch 9. Local system 7 contains a local information processing controller (not shown in FIG. 1) and a local drive control controller (not shown in FIG. 1), output 10 and 10 'are connected respectively to a controlled hydraulic actuator 8 and I will switch it 9, several sensors 11-15 of the stroke of the rod pump installed with a certain step L and connected to the inputs of the local controller of information processing, configured to control the maximum stroke length of the rod 3 and, as a consequence, the plunger of the pump, giving switching signals to the corresponding switches 9 hydraulic drive. Between the sensors 11-15 of the stroke of the rod 3 of the actuator and the controller of the local system 7, a signal delay relay 16 controlled by this controller for processing the information of the local system 7 is installed, which allows smoothly adjusting the stroke length of the rod 3 and the piston 2 of the actuator within one step between the sensors 11, 12 or 11, 13, etc., which are activated from the controller to remove switching signals. Between the control controller of the local system 7 and the switch 9 is placed the Converter 17, which allows to increase the switching time of the direction of movement of the piston 2.

Система управления работает следующим образом.The control system operates as follows.

Штанговый насос, плунжер которого соединяют со штангами 5, спускают в скважину 18 в интервал установки (на фиг. 1 не показан). Штанги 5 через муфту 4 соединяют со штоком 3 и поршнем 2 гидравлического привода. Определяют максимальный ход штока 3 с поршнем 2, для чего устанавливают крайние датчики 11 и 15, которые при проходе муфты 4 дают на сигнал через реле задержки 16 контроллер обработки информации локальной системы 7 для переключения направления движения штока 3. Между крайними датчиками на равном расстоянии с шагом L устанавливают другие датчики 12-14. Скорость хода штока 3 определяется производительностью насоса 8, который выбирают из максимального дебита скважины 18, а частоту вращения регулируют сигналом на выходе 10 с контроллера управления приводом локальной системы 7. Насос 8 через переключатель 9, управляемый через преобразователь 17 сигналом на выходе 10' с контроллера управления приводом локальной системы 7, сообщают попеременно с верхом и низом гидроцилиндра 1. Верх и низ гидроцилиндра 1 также сообщены с питательной емкостью 6 насоса 8 в противофазе с насосом 8 (переключатели для емкостей 6 на фиг. 1 не показаны). Емкость 6 может быт выполнена открытой или герметичной, связанной с пневматическим конденсатором (на фиг. 1 не показан) для возможности накопления энергии при опускании штанг 5 в скважину 18. После установки калибруют локальный контроллер обработки информации локальной системы 7, для этого производят один цикл вверх-вниз поршня 2 и штока 3 гидравлического привода. Сигналы с датчиков 11-15 и соответствующее им положение муфты 4 штока 3 (см или м) запоминаются локальным контроллером обработки информации локальной системы 7. После этого делают несколько циклов вверх-вниз поршня 2 и штока 3 гидравлического привода, калибруя реле задержки 16 так, чтобы иметь возможность смещения управляющего сигнала на всем шаге l, места остановки муфти 4 штока 3 (см или м) в зависимости от работы реле 16 задержки запоминаются локальным контроллером обработки информации локальной системы 7. При этом настраивают преобразователь 17 переключателя 9, чтобы в крайних точках положения поршня 2 в гидроцилиндре 1 не было резких остановок и набора скорости (то есть снижения ускорения) для исключения гидроудара в гидроцилиндре 1 и больших динамических нагрузок на шток 3, муфту 4 штанги 5 и плунжер штангового насоса.The sucker rod pump, the plunger of which is connected to the rods 5, is lowered into the well 18 in the installation interval (not shown in Fig. 1). The rod 5 through the coupling 4 is connected to the rod 3 and the piston 2 of the hydraulic actuator. The maximum stroke of the rod 3 with the piston 2 is determined, for which extreme sensors 11 and 15 are installed, which, when the coupling 4 passes, give a signal through the delay relay 16 to the information processing controller of the local system 7 to switch the direction of movement of the rod 3. Between the extreme sensors at an equal distance from step L install other sensors 12-14. The stroke rate of the rod 3 is determined by the performance of the pump 8, which is selected from the maximum flow rate of the well 18, and the rotation frequency is controlled by the signal at the output 10 from the controller for controlling the drive of the local system 7. The pump 8 through the switch 9, controlled through the converter 17 by the signal at the output 10 'from the controller drive control of the local system 7, is reported alternately with the top and bottom of the hydraulic cylinder 1. The top and bottom of the hydraulic cylinder 1 are also communicated with the feed capacity 6 of the pump 8 in antiphase with the pump 8 (switches for Tei 6 in FIG. 1 not shown). The tank 6 can be made open or sealed, connected with a pneumatic capacitor (not shown in FIG. 1) for the possibility of energy storage when lowering the rods 5 into the well 18. After installation, calibrate the local information processing controller of the local system 7, for this one cycle is performed up - down the piston 2 and rod 3 of the hydraulic actuator. The signals from the sensors 11-15 and the corresponding position of the clutch 4 of the rod 3 (cm or m) are stored by the local information processing controller of the local system 7. After that, several cycles of the piston 2 and the rod 3 of the hydraulic drive are made up and down, calibrating the delay relay 16 so in order to be able to shift the control signal at the whole step l, the stops of the coupling 4 of the rod 3 (cm or m), depending on the operation of the relay 16, the delays are stored by the local information processing controller of the local system 7. In this case, the converter 17 is set up switch 9, so that at the extreme points of the position of the piston 2 in the hydraulic cylinder 1 there are no sudden stops and acceleration (i.e., acceleration reduction) to exclude water hammer in the hydraulic cylinder 1 and high dynamic loads on the rod 3, the coupling 4 of the rod 5 and the plunger of the rod pump.

После этого дают сигнал пуска на локальную систему 7, локальный контроллер управления приводом которой подает с выхода 10 сигнал на работу насоса 8. Данные о положении муфты 4 и штока 3 снимаются с крайних датчиков 11 и 15 и проходя через реле задержки 16 обрабатываются локальным контроллером обработки информации локальной системы 7, после чего обработанный сигнал подается локальный контроллер управления приводом, а с него - через преобразователь 17 на переключатель 19 для изменения направления движения штока 3. При этом плунжер штангового насоса совершает возвратно-поступательные движения, и скважинная жидкость поднимается из скважины 18 на поверхность, где отводится по трубопроводу 19.After that they give a start signal to the local system 7, the local drive control controller of which gives output 10 to the pump 8. The position data of the coupling 4 and rod 3 are taken from the extreme sensors 11 and 15 and passed through the delay relay 16 are processed by the local processing controller information of the local system 7, after which the processed signal is supplied to the local drive control controller, and from it through the converter 17 to the switch 19 to change the direction of movement of the rod 3. In this case, the piston of the rod pump performs reciprocating movements, and the borehole fluid rises from the borehole 18 to the surface, where it is discharged through the pipeline 19.

При необходимости изменения длины хода штока 3 (например, при изменении продуктивности вскрытого в скважине 18 пласта - не показан) на локальную систему 7 подают останавливающий сигнал, и локальный контроллер управления приводом подает останавливает работу насоса 8. Без вызова высокооплачиваемых специальных бригад, оператор выставляет необходимую длину хода на локальной системе 7, локальный контроллер обработки информации которой автоматически из введенных параметров выбирает какие пары датчиков 11, 12, 13, 14 или 15, и задействовать (например: 12 и 14), и какое время задержки выбрать, отстраивая реле задержки 16. После чего дают сигнал пуска на локальную систему 7, локальный контроллер управления приводом которой подает с выхода 10 сигнал на работу насоса 8.If it is necessary to change the stroke length of the rod 3 (for example, when the productivity of the layer discovered in the bore 18 is not shown), a stop signal is sent to the local system 7, and the local drive control controller stops the pump 8. Without calling highly paid special teams, the operator sets the necessary the stroke length on the local system 7, the local information processing controller which automatically selects from which the selected parameters pairs of sensors 11, 12, 13, 14 or 15, and use it (for example: 12 and 14), and what delay time to choose by building the delay relay 16. Then they give a start signal to the local system 7, the local drive control controller of which gives output 10 to the pump 8.

Рассмотрим работу двухметрового привода с пятью датчикам 11-15, на котором выставили 1,3 м хода, например: задействованы локальной системой 12 и 14. Сигналы с этих датчиков 12 и 14 приходят на вход реле задержки 16 (см. график 1 на фиг. 2). При этом муфта 4 проходит 1 м. На выходе реле задержки 16 сигнал датчика 11 задерживается так, чтобы муфта 4 до переключения прошла еще 0,3 м (см. график 2 на фиг. 2). Сигнал с выхода реле задержки 16 подаются контроллер обработки информации локальной системы 7 и далее на контроллер обработки информации, на выходе 10' которого формируются разно переменные управляющие сигналы (см фиг. 3), преобразующиеся в плавно нарастающие управляющие сигналы на его выходе (см. фиг. 4), обеспечивающие плавную работу переключателя 9 и, как следствие всего гидропривода без гидроударов и высоких динамических пиковых нагрузок.Consider the operation of a two-meter drive with five sensors 11-15, which set 1.3 m of travel, for example: the local system 12 and 14 are used. The signals from these sensors 12 and 14 come to the input of the delay relay 16 (see graph 1 in FIG. 2). In this case, the coupling 4 passes 1 m. At the output of the delay relay 16, the signal of the sensor 11 is delayed so that the coupling 4 passes another 0.3 m before switching (see graph 2 in Fig. 2). The signal from the output of the delay relay 16 is supplied to the information processing controller of the local system 7 and then to the information processing controller, at the output 10 'of which differently variable control signals are generated (see Fig. 3), which are converted into smoothly increasing control signals at its output (see Fig. . 4), ensuring the smooth operation of the switch 9 and, as a consequence of the entire hydraulic actuator without water hammer and high dynamic peak loads.

Система 7 для визуализации процессов может быть снащена экраном.System 7 for visualizing processes can be equipped with a screen.

Предлагаемая система управления гидравлическим приводом скважинного штангового насоса проста, дешева и надежна за счет простого плавного регулирования хода штанг и значительного уменьшения гидроударных и пиковых нагрузок.The proposed control system for the hydraulic drive of a borehole sucker rod pump is simple, cheap and reliable due to a simple smooth regulation of the stroke of the rods and a significant reduction in water hammer and peak loads.

Claims (1)

Система управления гидравлическим приводом скважинного штангового насоса, включающая управляемый гидравлический привод возвратно-поступательного движения штанг штангового насоса, локальную систему управления конкретным гидравлическим приводом и центральный процессор, при этом локальная система управления содержит локальный контроллер обработки информации и локальный контроллер управления приводом, выход которого подключен к управляемому гидравлическому приводу, несколько датчиков хода штока штангового насоса, установленных с определенным шагом и подключенных выходами к входам локального контроллера обработки информации, выполненного с возможностью управления максимальной длиной хода привода, подавая сигналы переключения на соответствующие переключатели гидравлического привода, отличающаяся тем, что между датчиками хода привода и контроллером установлено управляемое этим контроллером реле задержки сигнала, позволяющее плавно регулировать длину хода штока штангового насоса в пределах одного шага между датчиками, а между контроллером и переключателем размещен преобразователь, позволяющий увеличить время переключения направления движения поршня.

The control system of the hydraulic drive of the sucker-rod pump, including the controlled hydraulic drive of the reciprocating motion of the sucker-rod pump rods, a local control system for a specific hydraulic drive and a central processor, while the local control system contains a local information processing controller and a local drive control controller, the output of which is connected to controlled hydraulic drive, several rod pump stroke sensors installed with in a certain step and connected by outputs to the inputs of the local information processing controller, configured to control the maximum stroke length of the drive by supplying switching signals to the corresponding hydraulic drive switches, characterized in that a signal delay relay controlled by this controller is installed between the drive travel sensors and allowing smooth adjust the stroke length of the rod pump rod within one step between the sensors, and between the controller and switch p A transducer is positioned to increase the time for switching the direction of movement of the piston.

Images