Программно-аппаратный комплекс МИКОН-lOl

1. Назначение.

Программно-аппаратный комплекс МИКОН-lOl предназначен для:

определение уровня жидкости и измерения величины давления в за трубном пространстве нефтяных скважин;

исследования работы скважин с глубинными штанговыми насосам: методом динамометрирования с целью контроля работы насосного оборудования, получение динамограммы работы ШГН;

2. Общие сведения о комплексе.

Комплекс изготавливается в соответствии с требованиями ГОСТ22782.0 81, ГОСТ22782.5-78, в исполнении «взрывобезопасное электрооборудование», с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» и имеет маркировку взрывозащиты «lExibIIBT3 в комплекте МИКОН-101» (свидетельство ЦС ВЭ ИГД №2000.С86).

Комплекс состоит из аппаратной и программной частей.

2.1 Состав аппаратной части (рис.1).'

2.1.1 Система акустического контроля (эхолот).

I - блок регистрации (БР);

- 2 - устройство приема акустических сигналов (УПАС) с присоединенным к нему одним из устройств формирования акусти­ческого воздействия (клапан или устройст­во для генерации акустических сигналов (УГАС));

УПАС, имеет 2 исполнения: УПАС-22 и УПАС-23 (без микрофона). УПАС-23 предназначен для определения уровня при давлениях 5 - 160 кгс/см".

В УПАС установлены:

-- микрофон, предназначенный для ре­гистрации акустических сигналов (для УПАС-22);

- датчик давления.

УГАС имеет два исполнения: УГАС-25 (гофра) и УГАС-26 (насос).

2.1.2 Система динамометрического контроля (динамограф).

-3 - динамометр накладной (ДН-117);

-динамометр встраиваемый (ДВ-118).

В накладном динамометре установлены:

-датчик нагрузки, регистрирующий изменение диаметра штока;

-датчик перемещения, регистрирующий ускорение движения штока.

Во встраиваемом динамометре установлены:

-тензомост, регистрирующий изменение нагрузки на штоке;

-датчик перемещения, регистрирующий ускорение движения штока.

2.1.3 Блок регистрации.

Блок регистрации (БР) состоит из следующих функциональных узлов:

-микропроцессора, предназначенного для управления состоянием и режимами работы функциональных узлов в БР и обработки информации в соответствии с записанной программой.

-оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) блока регистрации, предназначенного для записи и обработки оперативных данных;

-энергонезависимого запоминающего устройства, предназначенного для записи и долговременного энергонезависимого хранения замеров;

-клавиатуры, предназначенной для ввода данных;

-устройства индикации, предназначенного для визуализации данных, в том числе эхограмм и динамограмм;

-таймера-календаря с запоминающим устройством, предназначенного для регистрации даты и времени.

Конструктивно БР выполнен в ударопрочном, антистатическом, пласт­массовом корпусе, состоящем из крышки верхней, крышки нижней и пане­ли передней.

При сборке корпуса, все стыкуемые поверхности герметизируются рези­новыми уплотнителями, обеспечивающими необходимую степень защиты печатных плат и элементов внутри корпуса от внешних воздействий.

Питание БР штатно осуществляется от внутреннего источника питания, состоящего из 4-х аккумуляторов или элементов типа "АА" с напряжением в заряженном состоянии 1,2В или 1,5В, соответственно. Отсек для автоном­ного источника питания расположен в нижней крышке БР. Полярность ус­тановки элементов указана на внутренней поверхности отсека.

На передней панели уста­новлены (см. рис. 2):

-14 - выключатель, предна­значенный для включения выклю­чения БР;

-15 - соединитель разъемный (розетка), предназначенный для подключения УПАС или датчика тока ДТ-004;

-16 - соединитель разъем­ный (розетка), предназначенный для связи с ПК или подключения датчи­ков динамометра (ДН-1 17 или ДВ-118):

-17 - выключатель, предназна­ченный для включения подогрева ин­дикатора.

В верхней крышке БР (рис.3) размещены:

-18 - жидкокристаллический графический (текстовый) индикатор, предназначенный для визуализации входных данных и результатов замеров;

-19 - клавиатура, состоящая из 16 цифровых и функциональных кла­виш, предназначенная для ввода необ­ходимых данных и управления режи­мами работы БР.

2.1.4 Устройство приема акусти­ческих сигналов (УПАС).

Устройство приема акустических сигналов (см. рис.4,5) состоит из корпуса 21 со скобами, в муфте которого, для герметичного соединения с патрубком затрубного пространства (см. рис. б), выполнена компрессорная резьба 60К по ГОСТ 633-80. Для присое­динения устройства генерации акустических импульсов Рис.3 Верхняя крышка БР

клапан. УГАС) служит штуцер с присоединительной резьбой МЗЗх 1.5.

Внутри корпуса (см. рис.6) устанавливается микрофон 23 (для УПАС-22), который крепится винтом со стороны клапана. Связь микрофона с пла­той предусилителя осуществляется через разъемное электрическое соедине­ние.

На корпусе УПАС установлен датчик давления 27 (рис.4).

Плата предусилителя выпол­нена в форме кольца и герме­тично закрывается колпачком. Электрическая связь предусили­теля с блоком регистрации (БР) осуществляется через разъем 26 (см рис.4).

2.15 Клапан.

Клапан 4 устанавливается на штуцер УПАС (см. рис. 4) и предназна­чен для создания акустического воздействия в скважинах с избыточным давлением путем кратковременного его открытия.

2.1.6 Устройство генерации акустических сигналов (УГАС).

Устройство генерации акустических сигналов устанавливается на штуцер УПАС (см. рис. 5) и предназначено для создания акустического воздействия в скважинах без давления путем быстрого сжатия гофры. Вы­пускается в двух исполнениях: УГАС-25 (гофра) и УГАС-26 (насос).

2.1.7 Накладной датчик динамометра (ДН-117).

Датчик (см. рис.7) устанавливается па нерабочую часть полированного
штока ШГН скважины и предназначен:

-для измерения относительной нагрузки на штоке;

-для измерения перемещения штока.

Зажимной винт предназначен для задания усилия зажима.

Внутри корпуса размещается электронная плата герметично за­крытая крышкой.

2.1.8 Встраиваемый датчик динамометра (ДВ-118).

Датчик устанавливается между траверсами канатной подвески ШГН и позволяет измерять абсолютное значение нагрузки на шток. Монтаж датчика производится с помощью

собственного домкрата, без разгрузки подвески колонны штанг.

2.1.9 Датчик тока ДТ-004

Датчик тока предназначен для снятия токограмм с целью баланси­ровки станка-качалки. Применяется для расчета необходимого смешения

грузов непосредственно на скважине. Принцип работы датчика тока осно­ван на бесконтактном съеме токовой информации (токовые клещи).

Питание электрической схемы ДТ-004 осуществляется от блока ре­гистрации через разъем «эхолот».

2.2 Принцип работы.

2.2.1 Метод регистрации уровня.

Определение уровня жидкости осуществляется акустическим методом, путем измерения времени прохождения акустического сигнала от устья скважины до границы раздела фаз "газ - жидкость". По величине измерен­ного времени и введенному значению скорости распространения акустиче­ского сигнала производится вычисление уровня.

Устройство приема акустических сигналов (УПАС) присоединяется к патрубку затрубного пространства исследуемой скважины и в газовую сре­ду скважины генерируется акустический сигнал.

Генерация сигнала производится:

-путем кратковременного открытия клапана (для скважин с избыточ­ным давлением или вакуумом);

-с помощью устройства генерации акустического сигнала (для скважин без избыточного давления).

Воздействующий и отраженные акустические сигналы регистрируются в виде эхограммы и запоминаются в оперативной памяти блока регистрация (БР), соединенного с УПАС.

По зарегистрированной эхограмме микропроцессор блока регистрации выделяет отраженные акустические сигналы и определяет время прихода отраженного сигнала.

Вычисление уровня производится по формуле:

Нд = (Vзвука * Т) / 2, где:

Vзвука - скорость звука для данного давления в затрубном пространстве ис­следуемой скважины, выбираемая по таблице скоростей занесен­ной в БР или устанавливаемая оператором.

Т - время, от момента воздействия до прихода первого отраженного им­пульса.

Вычисленное значение уровня в метрах, время в миллисекундах и коли­чество зарегистрированных отражений выводится на индикатор БР.

2.2.2 Погрешности определения уровня

Регистрация эхограммы производится БР с дискретностью 2 мс, что со­ответствует 0,6м.

Основную погрешность в определение уровня вносит неопределенность скорости звука для исследуемой скважины, которая зависит от давления в затрубном пространстве, температуры, газового состава и других парамет­ров, определяющих величину скорости.

2.2.3 Погрешности измерения давления

Погрешности измерения давления определяются погрешностями уст­ройств: УПАС и БР, образующих каналы измерения давления. Характери­стики преобразования каждого из этих устройств нормируются при произ­водстве, одноименные устройства являются взаимозаменяемыми.

Предел основной приведенной погрешности каналов измерения давления не превышает 1%. Допускается начальное смещение давления на 0,5атм.

2.2.4 Метод регистрации динамограммы накладным датчиком.

Регистрация динамограммы производится путем измерения изменяю­щейся нагрузки на полированный шток и перемещения полированного што­ка. Измерение нагрузки на устьевой шток с помощью накладного датчика осуществляется путем прямых измерений изменения диаметра штока и вы­числения нагрузки, вызвавших эти изменения диаметра штока.

Нагрузка F, прикладываемая к стержню в перпендикулярном направле­нии к плоскости поперечного сечения, вызывает его продольную и попе­речную деформации.

Величина поперечной деформации для круглого стержня диаметром D и площадью поперечного сечения S:

∆D=D*v*F/S*E

где: v - коэффициент Пуассона;

Е - модуль продольной упругости (модуль Юнга). По измеренному значению поперечной деформации производится вы­числение приращений нагрузки

∆F=∆D*S*E/ D*v=∆D*D*π*E/4v

2.2.5 Метод регистрации динамограммы встраиваемым датчи­ком.

Регистрация динамограммы производится путем прямого измерения нагрузки на штоке методом тензометрирования и перемещения штока.

2.2.6 Погрешности определения нагрузки накладным датчиком.

Погрешности измерений приращений нагрузки определяются:

погрешностью прямых измерений приращений диаметра (нормируе­мый предел приведенной погрешности 1,0 % (в диапазоне 10 мкм));

погрешностью справочных данных: D,E, v.

Погрешность данных о диаметрах штоков в диапазоне (28... 38) мм - не более (0.1 /28-0.1/38) 100 % = 0.38 % - 0.28 %.

Справочные значения модуля Юнга Е для углеродистых и слаболегиро­ванных сталей - в диапазоне (200 - 210) ГПа. Отклонения Е от среднего зна­чения –

(5 / 205)* 100% = 2.44%. Для нормализованной стали 40, Е = 212. Справочные значения коэффициента Пуассона v- в диапазоне 0.28-Ю.31. Отклонения от среднего значения - (0.015/0.295) 100 % = 5.08 %.

2.2.7 Погрешности определения положения

Положение вычисляется методом двойного интегрирования зарегистри­рованного массива ускорений. Суммарная погрешность определения поло­жения не превышает 5% при условии равномерного вращения станка-качалки. Большее отклонение от реального перемещения и отклонение ве­личины хода в последовательных циклах свидетельствует о неравномерной работе ШГН. При этом рекомендуется для отчета выбирать цикл динамо­граммы более близкий к реальному ходу штока станка-качалки.

2.2.8 Погрешности определения нагрузки встраиваемым датчи­ком.

Погрешности измерения нагрузки определяются погрешностями встраи­ваемого датчика динамометра и БР, образующих канал измерения нагрузки. Характеристики преобразования каждого из этих устройств нормируются при производстве, одноименные устройства являются взаимозаменяемыми.

Предел основной приведенной погрешности измерения нагрузки не пре­вышает 1%.

3. Указание мер безопасности.

При эксплуатации комплекса необходимо руководствоваться РД08-200-98 "Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленно­сти", утвержденным Госгортехнадзором.

К эксплуатации изделия допускаются лица, изучившие настоящую инст­рукцию и прошедшие необходимый инструктаж.

К эксплуатации допускаются технически исправные комплексы.

Замена аккумуляторов или батарей в отсеке автономного источника пи­тания БР должна производиться вне взрывоопасной зоны.

Категорически запрещается производить монтаж УПАС на ниппель устьевой арматуры в случае:

-недопустимой изношенности резьбы ниппельного отвода;

-наличия на поверхности резьбы грязевых и абразивных включений:

-неисправности запорного (вентильного)оборудования.

УПАС завинтить на патрубок затрубной арматуры БЕЗ ПЕРЕКОСОВ, ДО УПОРА!

Запрещается при подаче акустического сигнала на скважинах с избыточ­ным давлением находиться по направлению выброса газа в секторе, ограни­ченном углом 45°.

4. Инструкция по эксплуатации.
4.1 Регистрация уровня.

4.1.1 Подготовка к регистрации уровня.

Подготовка и выполнение операций по определению уровня жидкости в скважинах выполняется в следующей последовательности:

-кратковременно открыть задвижку патрубка затрубного пространства, убедиться в исправности задвижки и отсутствии выброса жидкости, закрыть задвижку. При нулевом давлении вместо клапана присоединить устройство генерации акустических сигналов;

-присоединить УПАС к патрубку затрубного пространства устьевого оборудования;

-открыть задвижку;

-соединить с помощью соединительных кабелей БР и VIIAC:

-включить БР;