RU2400647C1

RU2400647C1 - Method to diagnose rod pump plants

Info

Publication number: RU2400647C1
Application number: RU2009113883/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Гусаров (RU); Александр Андреевич Гусаров; Владимир Александрович Гусаров (RU); Владимир Александрович Гусаров; Владимир Дмитриевич Шевеленко (RU); Владимир Дмитриевич Шевеленко
Priority date: 2009-04-13
Filing date: 2009-04-13
Publication date: 2010-09-27

Abstract

FIELD: engines and pumps. ^ SUBSTANCE: proposed method comprises reading off the dynamograms of controlled rod pump plant and determining difference in current values of force P(t) and stroke S(t) between controlled and reference pump plants built around pump plant electronic model to reveal the deviation of controlled pump plant operations conditions from those of reference pump plant. Then force signal P(t) is differentiated in time, while signal is discriminated in duration and amplitude. ^ EFFECT: possibility to determine unambiguously rod pump plant operating conditions. ^ 2 dwg

Description

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для преобразования состояния штанговой насосной установки (ШНУ) в соответствующие сигналы в отсутствии эталонной штанговой насосной установки (ШНУ), что позволяет существенно уменьшить объем оборудования, необходимого для диагностирования (ШНУ).The invention relates to information-measuring equipment and can be used to convert the state of a sucker rod pump unit (SHNU) into the corresponding signals in the absence of a standard sucker rod pump unit (SHNU), which can significantly reduce the amount of equipment needed for diagnosis (SHNU).

Известен способ диагностики (ШНУ) [патент РФ на изобретение № 1707239, МКИ 5 F04В 51/00. БИ №3, 1992. Гольдштейн Е.И., Даудрих Б.Д., Конради Л.К], включающий снятие диагностической ваттметрограммы и анализ ее параметров и в котором сначала снимают ваттметрограмму эталонной ШНУ и выделяют нулевую и первую гармоники спектра ваттметрограммы, а затем диагностируемой, в качестве основного диагностического параметра принимают отношение амплитуд нулевой и первой гармоник, при этом исправной считается ШНУ, удовлетворяющая условиюA known diagnostic method (SHNU) [RF patent for the invention No. 1707239, MKI 5 F04B 51/00. BI No. 3, 1992. Goldstein EI, Daudrich BD, Konradi L.K], which includes the removal of the diagnostic wattmeter program and analysis of its parameters and in which the wattmeter program of the reference SNU is first removed and the zero and first harmonics of the wattmeter program spectrum are extracted, and then diagnosed, the ratio of the amplitudes of the zero and first harmonics is taken as the main diagnostic parameter, while the SHNU that satisfies the condition

,

где С₀, С₁ - амплитуды нулевой и первой гармоник в спектре мощности контролируемой ШНУ; С_0Э, С_1Э - то же для эталонной ШНУ.where C ₀ , C ₁ - the amplitudes of the zero and first harmonics in the power spectrum of the controlled SHNU; C _0E , C _1E - the same for the reference SHNU.

Существенным недостатком этого способа диагностирования ШНУ является необходимость определения амплитуд С₀, С₁ и С_0Э, С_1Э, а следовательно и необходимость доставки эталонной (ШНУ) к месту эксплуатации контролируемой ШНУ, так как только в режиме одновременного функционирования диагностируемой ШНУ и эталонной ШНУ возможно получение значений

и

.A significant drawback of this method for diagnosing SHNU is the need to determine the amplitudes С ₀ , С ₁ and С _0Э , С _1Э , and therefore the need to deliver a reference (SHNU) to the place of operation of the controlled SHNU, since only in the mode of simultaneous operation of the diagnosed SHNU and reference SHNU getting values

and

.

Другим существенным недостатком является необходимость выделения нулевой и первой гармоник спектров ваттметрограмм эталонной ШНУ и диагностируемой ШНУ, так как периодичность обеих ваттметрограмм определяется периодом динамограмм станка-качалки (СК), который для типовых СК составляет Т_СК=4÷12 с (секунд), что соответствует частотам

, то есть диапазону инфранизких частот, где реализация фильтров затруднена.Another significant drawback is the need to distinguish the zero and first harmonics of the spectra of the wattmetrograms of the reference SHNU and the diagnosed ShNU, since the frequency of both wattmetrograms is determined by the period of the dynamogram of the rocking machine (SK), which for typical SK is T _SK = 4 ÷ 12 s (seconds), which corresponds to frequencies

, i.e., the range of infra-low frequencies, where filter implementation is difficult.

Но даже при создании технической возможности выделения гармоник спектра ваттметрограмм используемый критерий исправности ШНУBut even when creating the technical ability to highlight the harmonics of the spectrum of wattmeter programs, the used criterion for the health of the SNU

позволяет лишь качественно (по системе «исправная ШНУ» - «неисправная ШНУ») определять состояние ШНУ в процессе диагностики (без определения возможной неисправности).it allows only qualitatively (according to the system “serviceable SHNU” - “faulty SHNU”) to determine the state of the SHNU during the diagnostic process (without determining a possible malfunction).

Известно устройство диагностирования скважинных штанговых насосов [патент РФ на изобретение № 1224444, MKH4F04B47/00, БИ № 14, 1986. Алиев Т.М.], содержащее датчики усилия P(t) и хода S(t), выходы которых подключены соответственно к входам двух преобразователей напряжения, формирователь тактовой частоты, выход которого подключен к одному из входов блока управления, имеющего выходы, соединенные с входами блока памяти, и три счетчика импульсов, причем другие входы первого и второго счетчиков импульсов подключены соответственно к выходам преобразователей напряжения, один выход второго счетчика импульсов подключен к другому входу третьего счетчиков импульсов, а другой выход второго и выход третьего счетчиков импульсов соединены с двумя входами схемы сравнения, выход которой подключен к другому входу блоку управления, блок индикации. Устройство дополнительно снабжено цифровым анализатором спектра и решающим блоком, входы цифрового анализатора спектра подключены соответственно к выходам первого счетчика импульсов, формирователя тактовой частоты и блока управления, выходы - к входу решающего блока и третьему входу блока управления, а выход решающего блока связан с входом блока индикации, причем цифровой анализатор спектра и блок памяти, а также решающий блок и блок управления соответственно взаимно связаны между собой, и решающий блок связан с блоком памяти.A device for diagnosing borehole sucker rod pumps [RF patent for invention No. 1224444, MKH4F04B47 / 00, BI No. 14, 1986. Aliev TM], containing force sensors P (t) and stroke S (t), the outputs of which are connected respectively to the inputs of two voltage converters, a clock driver, the output of which is connected to one of the inputs of the control unit having outputs connected to the inputs of the memory unit, and three pulse counters, the other inputs of the first and second pulse counters connected respectively to the outputs of the converters conjugation, a second pulse counter output is connected to another input of the third pulse counters, and another output of the second and third output pulse counters are connected to two inputs of the comparison circuit, whose output is connected to another input of the control unit, display unit. The device is additionally equipped with a digital spectrum analyzer and a deciding unit, the inputs of the digital spectrum analyzer are connected respectively to the outputs of the first pulse counter, clock generator and control unit, the outputs are connected to the input of the deciding unit and the third input of the control unit, and the output of the deciding unit is connected to the input of the indicating unit moreover, the digital spectrum analyzer and the memory unit, as well as the decision unit and the control unit, respectively, are mutually interconnected, and the decision unit is connected to the memory unit.

Так как основу устройства диагностирования скважинных штанговых насосов составляет электронная модель эталонной ШНУ, то результатом диагностирования контролируемой ШНУ может быть установление малых отклонений зависимостей усилия P(t) и хода S(t) от соответствующих значений Рэ(t) и Sэ(t) для эталонной ШНУ.Since the basis of the diagnostic device for borehole sucker rod pumps is an electronic model of the reference SHNU, the result of diagnosing the controlled SHNU can be the establishment of small deviations of the dependences of the force P (t) and stroke S (t) from the corresponding values of Pe (t) and Se (t) for the reference SHNU.

Поэтому существенным недостатком способа диагностирования ШНУ, реализуемого рассматриваемым устройством диагностирования скважинных штанговых насосов, является невозможность диагностирования состояний ШНУ, отличных от эталонных (например: откачки нефти с газом; утечки в нагнетательном клапане и других отклонений режима работы ШНУ).Therefore, a significant drawback of the method for diagnosing SHNU, implemented by the considered device for diagnosing borehole sucker rod pumps, is the inability to diagnose conditions of SHNUs other than the reference ones (for example: pumping oil with gas; leaks in the discharge valve and other deviations of the SHNU operating mode).

Известно устройство диагностирования скважинных штанговых насосов [Патент РФ на изобретение № 1245753, МКИ 4 F04В 47/02, БИ № 27, 1986], содержащее датчик усилия, подключенный выходом к входу преобразователя напряжения, блок управления, три выхода которого подключены соответственно к входам первого, второго и третьего счетчиков импульсов, блок памяти, выход которого подключен к входу первой схемы сравнения, а вход - к выходу первого счетчика импульсов, второй выход которого через вторую схему сравнения подключен к одному из входов блока управления, причем выход преобразователя напряжения подключен к одному из входов первого счетчика импульсов, а также блок индикации, счетчик импульсов, генератор тактовых импульсов, блок приращения и делитель, входы которого связаны с четвертым выходом блока управления и выходами второго и третьего счетчиков импульсов, а выход через первую схему сравнения подключен к второму входу блока управления, выход первого счетчика импульсов соединен с одним из входов блока приращения, два других входа блока приращения подключены к второму выходу блока памяти и пятому выходу блока управления, а три соответствующих выхода блока памяти и три соответствующих выхода блока управления связаны соответственно с тремя выходами блоков управления и блоков приращения, причем третий выход блока памяти связан с другим входом второй схемы сравнения, генератор тактовых импульсов подключен соответственно к третьему входу блока управления и входам двух основных и дополнительного счетчиков импульсов, а другой вход и выход последнего связаны соответственно с шестым выходом блока управления и входом блока индикации.A device for diagnosing borehole sucker rod pumps [RF Patent for the invention No. 1245753, MKI 4 F04B 47/02, BI No. 27, 1986], comprising a force sensor connected by an output to the input of the voltage converter, a control unit, three outputs of which are connected respectively to the inputs of the first , the second and third pulse counters, a memory unit whose output is connected to the input of the first comparison circuit, and the input to the output of the first pulse counter, the second output of which through the second comparison circuit is connected to one of the inputs of the control unit, p The output of the voltage converter is connected to one of the inputs of the first pulse counter, as well as an indication unit, a pulse counter, a clock generator, an increment unit and a divider, the inputs of which are connected to the fourth output of the control unit and the outputs of the second and third pulse counters, and the output through the first the comparison circuit is connected to the second input of the control unit, the output of the first pulse counter is connected to one of the inputs of the increment unit, the other two inputs of the increment unit are connected to the second output of the memory unit and the fifth output of the control unit, and the three corresponding outputs of the memory unit and three corresponding outputs of the control unit are connected respectively to the three outputs of the control units and increment units, the third output of the memory unit being connected to another input of the second comparison circuit, the clock generator is connected respectively to the third input the control unit and the inputs of two main and additional pulse counters, and the other input and output of the latter are connected respectively with the sixth output of the control unit and the input of the unit and dikatsii.

Так как основу устройства диагностирования скважинных штанговых насосов составляет электронная модель эталонной ШНУ, то результатом диагностирования контролируемой ШНУ может быть установление малых отклонений зависимостей усилия P(t) и хода S(t) от соответствующих значений Рэ(t) и Sэ(t) для эталонной ШНУ [эталонность электронной модели в рассматриваемом аналоге проявляется в меньшей мере, чем в устройстве диагностирования скважинных штанговых насосов, по авторскому свидетельству № 1224444, из-за отсутствия датчика сигнала хода Sэ(t)].Since the basis of the diagnostic device for borehole sucker rod pumps is an electronic model of the reference SHNU, the result of diagnosing the controlled SHNU can be the establishment of small deviations of the dependences of the force P (t) and stroke S (t) from the corresponding values of Pe (t) and Se (t) for the reference SHNU [the reference model of the electronic model in the considered analogue is manifested to a lesser extent than in the device for diagnosing well sucker-rod pumps, according to the copyright certificate No. 1224444, due to the lack of a travel signal sensor Se (t)].

Поэтому существенным недостатком способа диагностирования состояний ШНУ реализуемого рассматриваемым устройством диагностирования скважинных штанговых насосов, является невозможность диагностирования состояний ШНУ, отличных от эталонных (как в предыдущем аналоге).Therefore, a significant drawback of the method for diagnosing the conditions of SHNU implemented by the considered device for diagnosing borehole sucker rod pumps is the impossibility of diagnosing the conditions of SHNU other than the reference ones (as in the previous analogue).

Однако определение возможных существенных отклонений режима работы ШНУ от эталонного является важной задачей.However, the determination of possible significant deviations of the operating mode of the SHNU from the reference is an important task.

Этот способ выбран в качестве прототипа. Таким образом, рассмотренные аналоги не обеспечивают решения задачи однозначного определения состояния ШНУ, то есть их диагностирования.This method is selected as a prototype. Thus, the considered analogues do not provide a solution to the problem of unambiguous determination of the condition of the SHNU, that is, their diagnosis.

Техническим результатом заявляемого способа является принципиальная возможность однозначного определения состояния ШНУ.The technical result of the proposed method is the fundamental possibility of an unambiguous determination of the condition of the SHNU.

Задача, на решение которой направлено техническое решение, достигается тем, что в известном способе диагностирования ШНУ, заключающемся в сравнении зависимостей P(t) и S(t) для контролируемой ШНУ с их идеальными реализациями электронной моделью ШНУ, выступающей в роли образцовой ШНУ с целью однозначного определения состояния контролируемой ШНУ подвергают дифференцированию по времени выходной сигнал датчика усилия P(t)) с последующим дискриминированном сигнала

по длительности и амплитуде.The problem the technical solution is aimed at is achieved by the fact that in the known method for diagnosing SHNU, which consists in comparing the dependencies P (t) and S (t) for a controlled SHNU with their ideal implementations, an electronic model of SHNU acting as an exemplary SHNU with the aim of unambiguous determination of the state of the controlled SHNU is subjected to time differentiation by the output signal of the force sensor P (t)), followed by the discriminated signal

by duration and amplitude.

На фиг.1 показана структурная схема устройства, реализующего способ диагностирования ШНУ.In Fig.1 shows a structural diagram of a device that implements a method for diagnosing SHNU.

На фиг.2 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.Figure 2 presents a timing diagram illustrating the operation of the device.

Здесь:Here:

1:-3 - счетчики импульсов;1: -3 - pulse counters;

4 - датчик сигнала усилия P(t);4 - sensor signal strength P (t);

5 - преобразователь напряжения в числовые эквиваленты;5 - voltage converter to numerical equivalents;

6 - датчик хода S(t);6 - stroke sensor S (t);

7 - преобразователь напряжения в числовые эквиваленты;7 - voltage to numerical equivalents converter;

8 - схема сравнения числовых эквивалентов;8 is a diagram for comparing numerical equivalents;

9 - блок управления, обеспечивающий синхронное воспроизведение зависимостей P(t) и S(t) диагностируемой ШНУ и электронной модели эталонной ШНУ;9 is a control unit that provides synchronous playback of the dependencies P (t) and S (t) of the diagnosed SHNU and the electronic model of the reference SHNU;

10 - формирователь тактовой частоты, обеспечивающий временной масштаб воспроизводимых зависимостей P(t) и S(t);10 is a clock frequency generator providing a time scale of reproducible dependencies P (t) and S (t);

11 - блок памяти, служит для хранения программы воспроизведения зависимости P(t);11 - a memory unit, serves to store the program for reproducing the dependence P (t);

12 - цифровой анализатор спектра, обеспечивающий определение числовых эквивалентов зависимостей P(t) для диагностируемой ШНУ и электронной модели эталонной ШНУ в частотной области;12 is a digital spectrum analyzer that provides the determination of the numerical equivalents of the dependences P (t) for the diagnosed SHNU and the electronic model of the reference SHNU in the frequency domain;

13 - решающий блок, служащий для определения степени отклонения зависимостей P(t) для диагностируемой ШНУ и электронной модели эталонной ШНУ в частотной области;13 - a decisive unit, which is used to determine the degree of deviation of the dependencies P (t) for the diagnosed SHNU and the electronic model of the reference SHNU in the frequency domain;

14 - блок индикации, обеспечивающий визуализацию результатов вычисления решающего блока и определения состояния контролируемой ШНУ;14 is a display unit that provides visualization of the results of the calculation of the crucial unit and determine the status of the controlled SHNU;

15 - дифференцирующее звено, обеспечивающее получение сигнала

, позволяющего однозначно определить состояние контролируемой ШНУ;15 - differentiating element, providing a signal

, allowing to unambiguously determine the state of the controlled SHNU;

16 - допусковый дискриминатор амплитуды импульсов, обеспечивающий получение перепада напряжения при превышении амплитудой импульсов Е порогового уровня;16 - tolerance discriminator of the amplitude of the pulses, providing a voltage drop when the amplitude of the pulses exceeds the threshold level;

17 - допусковый дискриминатор длительности импульсов, обеспечивающий получение перепада напряжения при превышении длительностью импульсов τ порогового уровня;17 - tolerance discriminator of the pulse duration, providing a voltage drop when the pulse duration exceeds τ threshold level;

18 - блок логической обработки информативных перепадов напряжений;18 - block logical processing of informative voltage drops;

Изменение характера преобразований над сигналами усилия P(t), поступающими от контролируемой ШНУ и электронной модели эталонной ШНУ, возможно на основе использования специфических свойств сигналов

контролируемой ШНУ. Действительно, результатом графического дифференцирования (то есть определения tg (тангенса) угла наклона касательных к оси времени) зависимостей P(t) для типовых состояний ШНУ(Современное состояние проблемы автоматизации диагностирования ШНУ штанговых насосных установок. Алиев Т.М., Костанян В.Р, Тер-Хачатуров А.А. «Измерения, контроль автоматизация» /Информприбор/, вып.4(68), 1988, стр.4-13) являются характерные последовательности импульсов, позволяющие организовать каналы обработки сигналов, обеспечивающие однозначное определение состояния контролируемой ШНУ.Changing the nature of the transformations over the force signals P (t) coming from the controlled SHNU and the electronic model of the reference SHNU is possible based on the use of specific signal properties

controlled SHNU. Indeed, the result of graphical differentiation (that is, the determination of the tan (tangent) of the angle of inclination of the tangents to the time axis) of the dependences P (t) for the typical states of SHNU (Current state of the problem of automating the diagnosis of SHNU sucker rod pump installations. Aliev TM, Kostanyan VR , Ter-Khachaturov AA “Measurements, control automation” / Informpribor /, issue 4 (68), 1988, pp. 4-13) are characteristic pulse sequences that allow organizing signal processing channels providing an unambiguous determination of the state of controlled SHNU.

Снятие динамограммы контролируемой ШНУ осуществляется с помощью датчика усилия Р(t), на выходе которого развивается напряжение, пропорциональное мгновенным значениям усилия P(t). Одновременно с выхода датчика хода снимается напряжение, пропорциональное ходу S(1). Эти напряжения преобразуются в числовые эквиваленты соответствующими преобразователями. Зависимости P(t) и S(t) диагностируемой ШНУ в виде соответствующих числовых эквивалентов сравниваются с числовыми эквивалентами эталонных зависимостей Рэ(t) и Sэ(t), записанными в блоке памяти и вызываемыми для сравнения сигналами блока управления. Результаты сравнения S(t) и 8э(t), с выхода схемы сравнения поступают в блок управления, где вырабатываются сигналы управления числом оборотов приводного двигателя ШНУ при изменении условий работы насоса (в частности, свойств закачиваемой жидкости). Результатом сравнения P(t) и Рэ(t) определяется тактовая частота формирователя. Выходные сигналы формирователя тактовой частоты определяются одновременно. Результаты сравнения частотных составляющих P(t) и Рэ(t) поступают на один из входов решающего блока, на два других входа которого подаются сигналы с выхода блока управления и выхода блока памяти, а выходные сигналы поступают на вход блока индикации, где фиксируется информация степень отклонения значений S(t) от эталонных значений Sэ(t). Для однозначного определения состояния контролируемой ШНУ сигнал усилия P(t) с выхода датчика поступает на вход дифференцирующего звена для получения на его выходе сигнала

, представляющего собой последовательность импульсов, характерную только для одного из возможных состояний ШНУ, что и вносит однозначность в определение контролируемой ШНУ. В качестве индикаторных параметров этих последовательностей выбраны амплитуды и длительности импульсов на выходе дифференцирующего звена. Этим определяется возможность однозначного определения состояния контролируемой ШНУ в результате логической обработки перепадов напряжения на выходах допусковых дискриминаторов амплитуды.The dynamogram of the controlled SHNU is removed using the force sensor P (t), the output of which develops a voltage proportional to the instantaneous values of the force P (t). At the same time, a voltage proportional to the stroke S (1) is removed from the output of the travel sensor. These voltages are converted into numerical equivalents by the respective converters. The dependences P (t) and S (t) of the diagnosed SHNU in the form of corresponding numerical equivalents are compared with the numerical equivalents of the reference dependencies Pe (t) and Se (t) recorded in the memory unit and called for comparison by the signals of the control unit. The comparison results S (t) and 8e (t), from the output of the comparison circuit, are sent to the control unit, where control signals are generated for the speed of the SHNU drive motor when the operating conditions of the pump change (in particular, the properties of the injected fluid). The result of the comparison of P (t) and Pe (t) determines the clock frequency of the shaper. The output signals of the clock frequency driver are determined simultaneously. The results of comparing the frequency components P (t) and Pe (t) are fed to one of the inputs of the deciding unit, the other two inputs of which are fed from the output of the control unit and the output of the memory unit, and the output signals are fed to the input of the display unit, where the degree information is recorded deviations of the values of S (t) from the reference values of Se (t). To unambiguously determine the state of the controlled SHNU, the force signal P (t) from the sensor output is fed to the input of the differentiating link to obtain a signal at its output

, which is a sequence of pulses characteristic of only one of the possible states of the SNU, which introduces unambiguity into the definition of the controlled SNU. The amplitude parameters and pulse durations at the output of the differentiating link were chosen as indicator parameters of these sequences. This determines the possibility of unambiguous determination of the state of the controlled SHNU as a result of the logical processing of voltage drops at the outputs of the tolerance amplitude discriminators.

Claims

Способ диагностирования штанговых насосных установок, включающий снятие динамограммы контролируемой штанговой насосной установки с одновременным определением разности текущих значений усилия P(t) и хода S(t) контролируемой штанговой насосной установки и эталонной штанговой насосной установки, реализуемой ее электронной моделью, для установления степени отклонения режима работы контролируемой штанговой насосной установки от эталонного, отличающийся тем, что подвергают дифференцированию по времени сигнал усилия P(t) с последующим дискриминированием сигнала

по длительности и амплитуде. A method for diagnosing sucker rod pump installations, which includes taking a dynamogram of a monitored sucker rod pump unit with a simultaneous determination of the difference between the current values of the force P (t) and stroke S (t) of a monitored sucker rod pump unit and a reference sucker rod pump unit, implemented by its electronic model, to determine the degree of deviation of the mode operation of a controlled sucker rod pump unit from a reference one, characterized in that the force signal P (t) is subjected to time differentiation with a subsequent disk iminirovaniem signal

by duration and amplitude.