СИСТЕМА ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ РАБОТЫ И ДИАГНОСТИКИ НАЗЕМНОГО И ПОДЗЕМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НАСОСНЫХ СКВАЖИН (ВАРИАНТЫ)

полезной модели. Ч/«И 0
МПК7:Е21В47/00
Система для оперативного контроля работы и диагностики наземного и подземного оборудования насосных скважин (варианты).
Полезная модель относится к системам для оперативного контроля и диагностики оборудования для насосных скважин, а именно для определения технологических параметров (степени парафинизации скважин, изменение плотности жидкости в скважине, заполнение насоса и срыв подачи, протечки в скважине, работа нагнетательного и приёмного каналов, посадка и заклинивание плунжера, а также проскальзывание ремней, дефекты в работе редуктора, неуравновешенность станка-качалки по балансиру и кривошипу).
Известно устройство для диагностики состояния эксплуатационных скважин методом динамометрии (патент РФ RU2148709, МПК:Е21В47/00, дата публикации 10.05.2000), содержащее датчик усилия, жёстко укреплённый концами на полированном штоке станка-качалки скважинного штангового насоса, датчик положения, также установленный на полированном штоке, и блок регистрации и преобразования сигналов, связанный с указанными датчиками.
Устройство работает следующим образом: в процессе работы станкакачалки создаётся подъёмное усилие, при этом на полированном штоке возникает упругая деформация растяжения, которая передаётся на датчик усилия, который передаёт информацию на блок регистрации. Данные об изменениях нагрузки на колонну в течение цикла движения штанг позволяет оценить показатели работы скважины.
. 1. . Л/
Недостаток указанного устройства состоит в том, что установка датчика усилия и его демонтаж требует остановки работы скважины и трудоёмких операций со штангой, требующих специальных инструментов и приспособлений.
Прототипом заявленного устройства является устройство для контроля скважины при её эксплуатации (патент РФ RU2126885, МПК:Е21В47/00, дата публикации: 27.02.99), включающее в себя датчики токов и датчики напряжения электродвигателя насосного агрегата, подключенные к средствам обработки данных и индикации.
Основной недостаток указанного устройства - значительное время, затрачиваемое на проведение измерений, связанное с необходимостью включения датчиков тока в фазные цепи электродвигателя насосного агрегата и/или с медленной обработкой сигналов и длительной последующей обработкой данных.
Первый вариант полезной модели.
1.Система для оперативного контроля работы и диагностики наземного и подземного оборудования насосных скважин, включающая в себя датчик, по крайней мере, одного параметра фазной цепи электродвигателя насосного агрегата, подключенный к средствам обработки сигналов и индикации, отличающаяся тем, что указанный датчик выполнен в виде датчика дистанционного измерения указанного параметра фазной цепи указанного электродвигателя.
Второй вариант полезной модели.
измерений и записи данных, содержащее датчик, по крайней мере, одного параметра фазной цепи электродвигателя насосного агрегата, подключенный к средствам обработки сигналов и индикации, отличающаяся тем, что устройство измерений и записи данных включает в себя микроконтроллер.
Третий вариант полезной модели.
3. Система для оперативного контроля работы и диагностики наземного и подземного оборудования насосных скважин, включающая в себя устройство измерений и записи данных, содержащее датчик, по крайней мере, одного параметра фазной цепи электродвигателя насосного агрегата, подключенный к средствам обработки сигналов и индикации, отличающаяся тем, что устройство измерений и записи данных включает в себя аналого-цифровой преобразователь. 4. Система по п.З, отличающаяся тем, что разрядность указанного в п.З аналогоцифрового преобразователя не менее двенадцати.
Четвёртый вариант полезной модели.
5. Система для оперативного контроля работы и диагностики наземного и подземного оборудования насосных скважин, включающая в себя устройство измерений и записи данных, содержащее датчик, по крайней мере, одного параметра фазной цепи электродвигателя насосного агрегата, подключенный к средствам обработки сигналов и индикации, отличающаяся тем, что устройство измерений и записи данных включает в себя флэш-память. 6. Система по п.5, отличающаяся тем, что объёмом указанной в п.5 флэш-памяти не менее 64кбайт.
Пятый вариант полезной модели.
7. Система для оперативного контроля работы и диагностики наземного и подземного оборудования насосных скважин, включающая в себя датчик, по крайней мере, одного параметра фазной цепи электродвигателя насосного агрегата, подключенный к средствам обработки сигналов и индикации, отличающаяся тем, что включает в себя систему обработки данных в виде компьютера, указанный компьютер содержит микропроцессор с тактовой частотой не менее 100МГц.
Шестой вариант полезной модели.
8. Система для оперативного контроля работы и диагностики наземного и подземного оборудования насосных скважин, включающая в себя датчик, по крайней мере, одного параметра фазной цепи электродвигателя насосного агрегата, подключенный к средствам обработки сигналов и индикации, отличающаяся тем, что включает в себя систему обработки данных в виде компьютера, указанный компьютер содержит оперативную память объёмом не менее 8Мбайт.
Основной технический результат, получаемый в результате реализации заявленной группы полезных моделей, общий для всей группы - значительное сокращение времени проведения контроля, достигаемое за счёт использования дистанционных измерителей тока фазной цепи, использования в устройствах измерения программируемого микроконтроллера, АЦП большой разрядности и флэш-памяти, использования для обработки данных быстродействующего компьютера.
Развитие заявленной группы полезных моделей.
9.Система по любому из пп. 1,7,8, отличающаяся тем, что система включает в себя устройство измерений и записи данных, содержащее указанный в пп.1,7,8 датчик.
10.Система по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что указанный в пп. 1-3,5,7,8 датчик выполнен в виде датчика дистанционного измерения тока в фазной цепи указанного в пп. 1-3,5,7,8 электродвигателя.
11.Система по п.10, отличающаяся тем, что указанный в п.10 датчик тока выполнен в виде токоизмерительных клещей.
12.Система по п. 10, отличающаяся тем, что указанный в п. 10 датчик тока включает в себя магнитопровод, выполненный способным размыкаться, охватывать кабель фазной цепи указанного в пп. 1-3,5,7,8 электродвигателя и замыкаться вокруг указанного кабеля.
13.Система по п. 12, отличающаяся тем, что на указанном в п. 12 магнитопроводе установлен датчик магнитного или электромагнитного поля.
14.Система по п. 12, отличающаяся тем, что на указанном в п. 12 магнитопроводе установлен индукционный датчик.
15.Система по любому из пп.13,14, отличающаяся тем, что указанные в пп.13,5,7,8 средства обработки сигналов и индикации включают в себя усилитель, выпрямитель, АЦП, микроконтроллер, формирователь прямоугольных импульсов, выход указанного в пп.13,14 датчика подключен к входу усилителя, выход указанного усилителя через выпрямитель подключен к входу АЦП, выход АЦП подключен к микроконтроллеру, выход указанного усилителя подключен к формирователю прямоугольных импульсов, выход которого подключен к микроконтроллеру.
16.Система по п. 15, отличающаяся тем, что включает в себя тактовый генератор, флэш-память, формирователь импульсов для пьезоизлучателя, пьезоизлучатель, панель индикации, тактовый генератор выполнен в виде кварцевого генератора, выход которого подключен к указанному в п. 15 микроконтроллеру, выходы микроконтроллера подключены к панели индикации и указанному формирователю импульсов, выход указанного формирователя импульсов подключен к пьезоизлучателю, флэш-память связана с микроконтроллером шиной связи.
17.Система по п. 15, отличающаяся тем, что включает в себя систему обработки данных, подключенную к указанному в п. 15 микроконтроллеру, а также формирователь логических уровней для подкпючения системы обработки данных, вход которого подключен к указанной системе обработки данных, а выход которого подключен к микроконтроллеру.
На фиг.1 изображена схема, иллюстрирующая работу устройства измерений и записи данных;
на фиг.2 изображена схема, иллюстрирующая работу микроконтроллера; на фиг.З изображена схема, иллюстрирующая работу системы обработки данных.
Система для оперативного контроля работы и диагностики наземного и подземного оборудования насосных скважин фиг.1 включает в себя устройство измерений и записи данных 1 и систему обработки данных 2.
Устройство измерений и записи данных содержит датчик тока в фазной цепи электродвигателя насосного агрегата и включает в себя магнитопровод 3, выполненный способным размыкаться, охватывать кабель фазной цепи указанного ранее электродвигателя и замыкаться вокруг указанного кабеля в виде клещей. На указанном магнитопроводе 3 установлен датчик 4 магнитного или
электромагнитного поля в виде индукционного (предпочтительно) или полупроводникового датчика.
Система включает в себя также усилитель 5, формирователь опорного напряжения, выпрямитель 7, 12-ти разрядный АЦП 8, программируемый микроконтроллер 9, формирователь прямоугольных импульсов 10, выход датчика 4 магнитного или электромагнитного поля подключен к одному из входов усилителя, ко второму входу указанного усилителя подключен выход формирователя опорного напряжения, выход указанного усилителя 5 через выпрямитель 7 подключен к входу АЦП 8, выход АЦП 8 подключен к микроконтроллеру 9, выход указанного усилителя 5 подключен также к формирователю прямоугольных импульсов 10, выход которого подключен к микроконтроллеру 9. Система включает в себя тактовый генератор 11, флэшпамять 12 на 128кбайт, формирователь импульсов 13, пьезоизлучатель 14, панель индикации 15, тактовый генератор 11 выполнен в виде кварцевого генератора, выход которого подключен к указанному ранее микроконтроллеру 9, выходы микроконтроллера 9 подключены к панели индикации 15 и формирователю импульсов 13, выход формирователя импульсов 13 подключен к пьезоизлучателю 14, флэш-память 12 связана с микроконтроллером 9 шиной связи. Органы внешнего управления 16 (набор кнопок) подключены к программируемому микроконтроллеру 9; система обработки данных 2 подкпючена к микроконтроллеру 9.
Заявленная система включает в себя также формирователь 17 логических уровней для подключения системы обработки данных 2 к устройству 1 измерений и записи данных, вход формирователя 17 логических уровней подключен к указанной системе обработки данных 2, а его выход подключен к
микроконтроллеру 9. Указанная система обработки данных 2 выполнена в виде IBM PC-совместимого компьютера.
Программируемый микроконтроллер 9 фиг.2 реализует функции средств управления звуковой индикацией 21, выходы которых подключены к формирователю импульсов 13, средств управления визуальной индикацией 22, выходы которых подключены к панели индикации 15, средств контроля 23 обмена данными с системой обработки данных, выходы которых подключены к средствам сопряжения 18с системой обработки данных (фиг.1, фиг.2), а входы подключены к формирователю 17 логических уровней для подключения системы обработки данных 2. Микроконтроллер 9 реализует функции средств контроля 24 обмена данными с флэш-памятью, входы и выходы которых подключены к флэш-памяти 12 и средствам контроля 23 обмена данными с системой обработки данных.
Микроконтроллер 9 реализует также функции средств 25 анализа органов внешнего управления, входы которых подключены к органам внешнего управления 16, средств выделения 26 максимума полупериода сигнала, входы которых подключены к АЦП 8 и формирователю 10 прямоугольных импульсов, а выходы - к средствам контроля 24 обмена данными с флэш-памятью, а также средств управления 27 режимами работы, входы которых подключены к указанным выше средствам анализа 25 органов внешнего управления, а выходы подключены к указанным выше средствам выделения 26 максимума полупериода сигнала, средствам управления звуковой индикацией 21, средствам управления визуальной индикацией 22, средствам контроля 23 обмена данными с системой обработки данных и средствам контроля 24 обмена данными с флэш-памятью.
Система обработки данных 2 фиг.З включает в себя средства 31 считывания данных из устройства 1 измерений и записи данных, средства 32 фильтрации данных, средства 33 анализа данных, средства 34 визуального
отображения и средства 35 записи результатов на электронные (магнитные, оптические, магнито-оптические) и бумажный носители.
Система работает следующим образом.
На устройстве измерений и записи данных, часть которого выполнена в форме кпещей с размыкаемым магнитопроводом, размыкают магнитопровод, охватывают клещами кабель фазной цепи электродвигателя скважинного насоса, сжимают клещи, замыкая тем самым магнитопровод, включают измерение тока в течение цикла работы станка-качалки. Измерения повторяют для нескольких цепей, нескольких электродвигателей, нескольких скважин. Затем устройство измерений и записи данных подкпючают к компьютеру через один из портов компьютера, на компьютере запускают программу считывания данных из устройства измерений и записи данных и переносят в память (или на долговременный накопитель) комльютера. С помощью программных средств обрабатывают полученные данные, параметризуют и по характерным для насосных агрегатов зависимостям силы тока фазных цепей электродвигателей диагностируют состояние наземного и подземного оборудования насосных скважин.