Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ УРАВНОВЕШЕННОСТИ ПРИВОДА ШТАНГОВОГО ГЛУБИННОГО НАСОСА

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано в процессе нефтедобычи для контроля качества уравновешивания привода штанговых глубинных насосов (ПШГН).

Известен способ диагностирования уравновешенности ПШГН [1], заключающийся в измерении мгновенных значений тока и напряжений на входе ПШГН, определении активной мощности, выделении первой а₁ и второй а₂ гармоник мощности, а состояние уравновешенности определяют по условию а₁<а₂, при этом данное условие достаточно не определено.

Известен также способ диагностирования уравновешенности станков-качалок штанговых насосных установок [2], заключающийся в измерении мгновенных значений тока и напряжения на входе ПШГН, выделении первой и второй гармоник реактивной мощности и определении их соотношения. Критерием уравновешенности в данном случае служит превышение полученного значения по отношению к эталонному значению соотношения, определенного для данной скважины.

Известен способ уравновешивания штанговой глубиннонасосной установки [3], при котором измеряют и определяют среднеквадратические значения тока при ходе штока вверх и вниз, после чего полученные значения сравнивают. Критерием диагностирования уравновешенности считают их равенство.

Недостатком всех указанных выше способов является игнорирование факта генераторного режима работы электродвигателя ПШГН, а также требование измерения величин тока и напряжения, что вызывает необходимость привлечения дополнительного электротехнического персонала на выполнение механо-регулировочных работ.

Наиболее близким к заявляемому способу диагностирования уравновешенности ПШГН является способ, описанный в [4] и заключающийся в измерении значений тока, потребляемого приводным электродвигателем за один период качания, определении максимальных значений тока при подъеме и опускании штанги, сравнении этих значений тока и определении состояния уравновешенности из условия:

где I_1max, I_2max - максимальные значения силы тока, потребляемого приводным электродвигателем при подъеме и опускании штанги (согласно п.13.2.2 [4]).

Основным недостатком этого способа является определение максимальных значений тока с использованием штатных приборов ПШГН, инерционность которых сравнима с периодом его качания, что не позволяет достичь хороших результатов уравновешивания. Однако в [4] приведена диаграмма изменения крутящего момента электродвигателя в правильно уравновешенном ПШГН (фиг.1). На диаграмме М - крутящий момент; ϕ - угол поворота кривошипа; n_1min, n_2min - моменты, соответствующие минимальной частоте вращения электродвигателя ПШГН и максимальным значениям тока электродвигателя за один период качания. Из диаграммы видно, что часть времени электродвигатель работает в генераторном режиме.

Задачей создания изобретения является повышение точности уравновешивания привода и, как следствие, снижение его энергопотребления, а также уменьшение трудоемкости при выполнении данных работ.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе диагностирования уравновешенности ПШГН, заключающемся в измерении значений параметров режима эксплуатации приводного электродвигателя за один период качания, определении значений параметров при подъеме и опускании штанги, сравнении этих значений, определении состояния уравновешенности из условия, что разница между этими значениями не более произведения полусуммы этих значений на коэффициент 0,1, согласно изобретению измеряемыми значениями параметров режима эксплуатации приводного электродвигателя являются мгновенные значения скорости вращения ротора приводного электродвигателя, определяют и сравнивают минимальные значения мгновенной скорости вращения ротора приводного электродвигателя при подъеме и опускании штанги.

На фиг.1 приведена диаграмма изменения крутящего момента электродвигателя в правильно уравновешенном приводе; на фиг.2 - функциональная блок-схема реализации способа диагностирования уравновешенности ПШГН.

Известно [5], что крутящий момент на валу ротора асинхронного электродвигателя связан линейной зависимостью с потребляемым им током, а скорость вращения ротора асинхронного электродвигателя обратно пропорциональна его нагрузке (крутящему моменту). Из этого следует, что максимальные значения крутящего момента М на диаграмме (фиг.1) за один полный оборот кривошипа, т.е. за один период качания, соответствуют максимальному значению тока и минимальным значениям скорости вращения электродвигателя. Построив график мгновенных значений скорости вращения ротора приводного электродвигателя, можно определить минимальные значения мгновенной скорости. Вместо максимальных значений силы тока за один период качания в (1) можно использовать минимальные значения мгновенной скорости вращения ротора приводного электродвигателя за один период качания. Тогда согласно представленному изобретению условие уравновешенности ПШГН принимает следующий вид:

где v_1min и v_2min - минимальные значения скорости вращения приводного электродвигателя ПШГН при подъеме и опускании штанги за один период качания.

Предлагаемый способ отличается возможностью использования сравнительно простой технологии проведения диагностирования уравновешенности ПШГН, не требует выполнения электрических измерений, является точным и доступным. Он может быть реализован, например, в виде функциональной блок-схемы, которая представлена на фиг.2.

Блок-схема содержит датчик ускорения (ДУ) 1, преобразователь уровня (ПУ) 2 и вычислительное устройство (ПК)3.

Рассмотрим работу способа диагностирования уравновешенности ПШГН по функциональной блок-схеме.

Ось чувствительности ДУ 1 располагают перпендикулярно оси вращения ротора электродвигателя. Первая гармоника частоты вибрации, возникающей от вращения ротора электродвигателя, соответствует частоте вращения ротора. На вход ПУ 2 приходит электрический сигнал ДУ 1, который фильтруется. Выделяется первая гармоника, которая преобразовывается в короткий импульс с амплитудой, приемлемой для входных цепей ПК 3. Интервал времени между импульсами ПУ 2 соответствует времени одного оборота ротора электродвигателя. Вычислительное устройство ПК 3 измеряет временные интервалы между импульсами ПУ 2, строит график скорости вращения ротора электродвигателя ПШГН и сравнивает два минимальных значения его скорости вращения за один период качания.

Использование изобретения позволяет снизить эксплуатационные расходы для ПШГН за счет оптимизации его энергопотребления, достигаемого настройкой положения применяемых противовесов путем объективного приборного контроля качества уравновешивания, а также за счет сокращения численности технического персонала, привлекаемого к процессу уравновешивания.

Источники информации

1. RU 2129666 С1, МПК F04B 51/00, опубл. 1999.04.27.

2. RU 2227848 С1, МПК F04В 47/02, 51/00, опубл. 2004.04.27.

3. RU 2249677 С1, МПК Е21В 43/00, 47/00, F04В 47/02, опубл. 2005.04.10.

4. Привод штанговых глубинных насосов. Руководство по эксплуатации ПШГН.00.000 РЭ, Уралтрансмаш, Екатеринбург, 1997.

5. Пиотровский Л.М. Электрические машины. «Энергия». Л. 1972. С.316-318.