DE2260490C2 - Method and apparatus for monitoring and controlling a borehole pumping device - Google Patents
Method and apparatus for monitoring and controlling a borehole pumping deviceInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen und Steuern des Betriebes einer Bohrloch-Pumpeinrichtung, die eine sich hin- und herbewegende Pumpenstange hat, bei welchem ein Signal erzeugt wird, welches die Belastung dar Pumpeinrichtung während des Betriebes darstellt und bei welchem dieses Signal für die Steuerung der Pumpeinrichtung verwendet wird.The invention relates to a method for monitoring and controlling the operation of a borehole pumping device, which has a reciprocating pump rod at which a signal is generated, which represents the load on the pump device during operation and at which this signal for the control of the pumping device is used.
Eines der Probleme, welches sich beim Arbeiten von Bohrloch-Pumpeinrichtungen ergibt, besteht darin, daß von Zeit zu Zeit nicht normale Bedingungen oder Zustände auftreten. Einer dieser Zustände ist als »Stampfen« bekannt. Unter »Stampfen« wird derjenige Zustand verstanden, bei welchem die Pumpe aus dem Bohrloch mehr Flüssigkeit herauspumpt als aus der Umgebung in das Bochloch nachfließt. Dies bedeutet, daß beim Aufwärtshub der Kolben der Pumpe außer Berührung mit der Flüssigkeit gelangt und demgemäß beim nachfolgenden Abwärtshub auf die Oberfläche der noch vorhandenen Flüssigkeit auftrifft. Dies führt bekanntlich zu starken mechanischen Stoßen und Schlagen in der Pumpeinrichtung. Wenn ein solcher Zustand andauert, kann die Pumpenstange bzw. der Pumpenstrang, der sich von der Oberfläche nach unten in das Bohrloch erstreckt, gegebenenfalls brechen.One of the problems which arises in the operation of downhole pumping equipment is that abnormal conditions or conditions occur from time to time. One of these states is as "Stomp" known. "Pounding" is understood to mean that state in which the pump from the Borehole pumps out more liquid than flows into the Bochloch from the surroundings. This means, that on the upstroke the piston of the pump comes out of contact with the liquid and accordingly hits the surface of the remaining liquid on the subsequent downward stroke. this leads to known to strong mechanical knocks and knocks in the pumping device. If such a The condition persists, the pump rod or the pump string, which extends from the surface downwards extends into the borehole, breaking if necessary.
Ein anderer nicht normaler Zustand wird beispielsweise angetroffen, wenn die Pumpenstange oder der Pumpenstangenstrang bricht, in welchem Fall die Pumpe wegen der dann geringeren Belastung gewöhnlich beschleunigt, so daß die Pumpe zerstört werden kann.Another abnormal condition is encountered, for example, when the pump rod or the Pump rod string breaks, in which case the pump usually breaks because of the lower load accelerated, so that the pump can be destroyed.
Die genannten nicht normalen Zustände können festgestellt werden, indem die Belastung an der Pumpeinrirhtung überwacht wird. Eine solche Arbeitsweise ist in der US-PS 33 59 791 beschrieben. Gemäß dieser Literaturstelle erfolgt die Steuerung der Pumpe durch das Überwachen der Belastung der Pumpe, und zwar in der Praxis dadurch, daß ein der Belastung der Pumpe entsprechendes Signal erzeugt wird. Dieses Belastungssignal wird überwacht, und wenn es einen gegebenen Wert übersteigt — oder einen gewissen minimalen Wert nicht erreicht — , wird die Pumpe angehalten. In jedem dieser Fälle wird der Steuervorgang eingeleitet beim Ansprechen auf direkte Messung der tatsächlichen Belastung an der Pumpe. Mit einer solchen Steuerung können gewisse Arten von nicht normalen Zuständen praktisch kaum festgestellt werden, bei denen beispielsweise der Zustand des »Stampfens« begleitet ist durch sehr schnelle Änderungen der Belastung der Pumpeinrichtung. Die tatsächliche Amplitude dieser Änderungen braucht nicht sehr groß zu sein, jedoch ist ihre Änderungsgeschwindigkeit so hoch, daß übermäßige Beanspruchungen an die Pumpeinrichtung angelegt werden, insbesondere an die Pumpenstange bzw. den Pumpenstrang, der sich nach unten durch das Bohrloch erstreckt.The mentioned abnormal conditions can be determined by the stress on the Pump device is monitored. Such a procedure is described in US Pat. No. 3,359,791. According to In this reference, the pump is controlled by monitoring the load on the pump, and in practice in that a signal corresponding to the load on the pump is generated. This The load signal is monitored and if it exceeds a given value - or a certain one minimum value is not reached - the pump is stopped. In each of these cases, the control process initiated when responding to direct measurement of the actual load on the pump. With a such control, certain types of abnormal conditions can hardly be detected in practice, in which, for example, the state of "stomping" is accompanied by very rapid changes the load on the pumping device. The actual amplitude of these changes does not need to be very important to be large, but their rate of change is so fast that excessive stresses on the Pump device are applied, in particular to the pump rod or the pump string, which is after extends down through the borehole.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Überwachen und Steuern des Betriebes einer Bohrloch-Pumpeinrichtung derart auszuführen, daß Beanspru-The object of the invention is to provide a method for monitoring and controlling the operation of a borehole pumping device to be carried out in such a way that
chungen der Pumpeinrichtung vermieden werden, die durch Änderung der Belastung der Pumpeinrichtung hervorgerufen werden. Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von einem Verfahren der einleitend genannten Art dadurch, daß das Belastungssignal zeitlich s differenziert und ein Differentialsignal erzeugt wird, welches die Änderungsgeschwindigkeit des Belastungssignales darstellt und zum Steuern der Pumpeinrichtung verwendet wird.Chungen the pumping device are avoided by changing the load on the pumping device be evoked. This problem is solved on the basis of one of the methods mentioned in the introduction Type in that the load signal is differentiated in time s and a differential signal is generated, which represents the rate of change of the load signal and for controlling the pumping device is used.
Durch die Erfindung wird die Geschwindigkeit der Änderung der Belastung der Pumpeinrichtung festgestellt, so daß die sich daraus ergebenden Beanspruchungen festgestellt werden können. Demgemäß können Schaden vermieden werden, die durch solche Beanspruchungen an de- Pumpeinrichtung hervorgerufen werden können.The invention determines the rate of change in the load on the pumping device, so that the resulting stresses can be determined. Accordingly, can Avoid damage caused by such stresses can be caused at de- pumping device.
Aus der US-PS 3610 782 ist es bekannt, eine Dosierpumpe bei industriellen Verfahren mittels eines Impulserzeugers zu steuern, wobei ein Impuls eine Hin- und Herbewegung der Pumpenmembran hervorruft Die Frequenz der vom Impulserzeuger erzeugten Impulse kann gemäß vorbestimmten Betriebsfunktionen geändert werden. Irgendein Hinweis, eine solche Ausführung zum Feststellen des Betriebszustandes einer Pumpe zu verwenden, ist nicht gegeben.From US-PS 3610 782 it is known a To control the dosing pump in industrial processes by means of a pulse generator, with a pulse and reciprocation of the pump diaphragm causes the frequency of the generated by the pulse generator Pulses can be changed according to predetermined operating functions. Some clue, one like that It is not possible to use the design to determine the operating status of a pump.
Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen unter Schutz gestellt.Further developments of the method according to the invention are protected in further claims posed.
Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zum Überwachen und Steuern des Betriebes einer Bohrloch-Pumpeinrichtung, die eine sich hin- und herbewegende Pumpenstange aufweist, mit einem mit der Puinpeinrichtung verbundenen Signalerzeuger, der ein der Pumpenbelastung entsprechendes Signal erzeugt, das an einen Pumpensteuerstromkreis anlegbar ist. Gemäß der Erfindung ist eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Belastungssignalerzeuger ein Differentiator verbunden ist, mit dem seinerseits der Pumpensteuerstromkreis verbunden ist.The invention also includes apparatus for monitoring and controlling the operation of a downhole pumping device, which has a reciprocating pump rod, with one with the pumping device connected signal generator, which generates a signal corresponding to the pump load, the can be applied to a pump control circuit. In accordance with the invention, such a device is thereby characterized in that a differentiator is connected to the load signal generator, with which in turn the Pump control circuit is connected.
Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in weiteren Ansprüchen unter Schutz gestellt.Further refinements of the device are protected in further claims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutertThe invention is explained below with reference to the drawing, for example
F i g. 1 ist eine Darstellung eines Bohrloches, das mit einer Pumpeinrichtung mit Pumpenstangenstrang ausgerüstet ist.F i g. 1 is an illustration of a wellbore associated with a pumping device is equipped with a pump rod string.
Fig.2 ist ein Blockdiagramm der funktioneilen Komponenten einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.FIG. 2 is a block diagram of the functional components of a preferred embodiment of FIG Invention.
F i g. 3 ist eine Darstellung von Wellenformen, wie sie an gewissen Stellen des Diagramms in F i g. 2 erscheinen können.F i g. FIG. 3 is an illustration of waveforms appearing at certain points on the diagram in FIG. 2 appear can.
F i g. 4 ist eine Darstellung von Wellenformen, wie sie bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erscheinen.F i g. Figure 4 is an illustration of waveforms as used in another embodiment of the invention appear.
Fig.5 ist ein Stromkreisdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung, bei der eine logische Hartdraht-Schaltung verwendet wird.Fig. 5 is a circuit diagram of an embodiment of the invention using a hard wire logic circuit.
Die am meisten verwendeten Stangenpumpen sind Schwengelpumpen, und die Erfindung wird in Verbindung mit einer solchen Schwengelpumpe beschrieben. In F i g. 1 ist der Bohrlochkopf 10 eines Bohrlochs dargestellt, welches sich von der Erdoberfläche 12 in nicht dargestellte unterirdische ölschichten erstreckt. Der Bohrlochkopf 10 umfaßt die oberen Teile eines Gehäusestranges 14 und eines Rohrstranges 16. Der Rohrstrang 16 erstreckt sich von dem Bohrlochkopf 10 bis auf eine zweckentsprechende Tiefe in dem Bohrloch, beispielsweise bis nahe zu der unterirdischen Formation. Flüssigkeit von dem Bohrloch wird über den Rohrstrang 16 mittels einer nicht dargestellten, Untertage angeordneten Pumpe zur Erdoberfläche gepumpt, wo es in eine Strömungsleitung 17 gelangtThe most widely used rod pumps are lever pumps and the invention will be used in conjunction described with such a lever pump. In Fig. 1 is the wellhead 10 of a well shown, which extends from the earth's surface 12 into subterranean oil layers, not shown. The wellhead 10 comprises the upper parts of a casing string 14 and a tubing string 16. The Tubing string 16 extends from wellhead 10 to an appropriate depth in the wellbore, for example up to close to the subterranean formation. Fluid from the borehole is passed over the tubing string 16 pumped by means of a not shown, arranged underground pump to the surface of the earth, where it is in a Flow line 17 arrives
Die Untertage angeordnete Pumpe wird durch Hin- und Herbewegung eines Pumpenstangenstranges 18 betätigt Der Stangenstrang 18 hängt von einer Übertage angeordneten Trageinrichtung 20 in das Bohrloch, die einen Schwengeibock 21 und einen Schwengel 22 aufweist, der mittels einer Zapfenverbindung 23 an dem Schwengelbock 21 schwenkbar angebracht ist Der Stangenstrang 18 umfaßt einen polierten Stangenabschnitt 18a, der sich durch eine nicht dargestellte Stopfbüchse am Oberende des Rohrstranges 16 erstreckt, und einen Abschnitt 18i>, der aus biegsamem Kabel gebildet ist Der Kabelabschnitt 18Z> ist mit dem Schwengel 22 mittels eines »Pferdekopfes« 24 verbunden.The underground pump is actuated by moving a pump rod string 18 back and forth actuated The rod line 18 hangs from a support device 20 arranged above in the Borehole, which has a Schwengeibock 21 and a lever 22, which by means of a mortise and tenon connection 23 is pivotally attached to the pivot bracket 21. The rod train 18 comprises a polished rod section 18a, which is through a non Stuffing box shown extends at the upper end of the pipe string 16, and a section 18i>, which consists of flexible cable is formed. The cable section 18Z> is connected to the handle 22 by means of a "horse's head" 24 connected.
Die Pumpeinrichtung wird von einer Antriebsvorrichtung 26, beispielsweise einem Elektromotor, angetrieben. Die Antriebsvorrichtung 26 treibt den Schwengel 22 über eine Antriebseinrichtung an, die einen Riemenantrieb 27, eine Kurbel 28, einen Kurbelarm 29 und eine Kurbelstange 30 aufweist, die mittels Zapfenverbindungen 32 und 33 schwenkbar zwischen den Kurbelarm 29 und den Schwengel 22 geschaltet ist Das Außenende des Kurbelarmes 29 ist mit einem Gegengewicht 35 versehen, welches einen Teil der Belastung an dem Pumpenstangenstrang ausbalanciert um für die Antriebsvorrichtung 26 eine gut verträgliche Belastung zu schaffen.The pumping device is driven by a drive device 26, for example an electric motor. The drive device 26 drives the handle 22 via a drive device which has a Belt drive 27, a crank 28, a crank arm 29 and a connecting rod 30, which by means of Pin connections 32 and 33 are pivotally connected between the crank arm 29 and the lever 22 The outer end of the crank arm 29 is provided with a counterweight 35 which is part of the The load on the pump rod string is balanced to a level that is well tolerated by the drive device 26 To create burden.
Die soweit beschriebene Ausführung ist bekannt und sie ist nur als ein mögliches Ausführungsbeispiel beschrieben, so daß andere geeignete Stangenpumpeneinrichtungen bei der Verwirklichung der Erfindung verwendet werden können. Für mehr Einzelheiten einer solchen Ausrüstung wird Bezug genommen auf Uren, LC, PETROLEUM PRODUCTION ENGINEERING - OIL FIELD EXPLOITATION, Third Edition, McGraw-Hill Book Company, Inc, New York, Toronto und London, 1953, und insbesondere auf Kapitel VI und Kapitel VII.The embodiment described so far is known and is only given as a possible embodiment so that other suitable rod pumping devices may be used in practicing the invention can be used. For more details of such equipment, reference is made to Uren, LC, PETROLEUM PRODUCTION ENGINEERING - OIL FIELD EXPLOITATION, Third Edition, McGraw-Hill Book Company, Inc, New York, Toronto and London, 1953, and particularly to Chapters VI and Chapter VII.
In F i g. 2 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Wandler 40 vorgesehen, der an irgendeiner geeigneten Stelle, wie es nachstehend beschrieben wird, mit der Pumpeneinrichtung verbunden sein kann. Die Ausführung umfaßt weiterhin eine Betätigungseinrichtung 42, an welche das Wandlersignal angelegt wird, und eine Steuereinrichtung 44, die auf Steuerfunktionen von der Betätigungseinrichtung 42 zweckentsprechend anspricht. Die Betätigungseinrichtung 42 weist einen ersten Abschnitt 42a, der eine Steuerfunktion erzeugt, die einen Mediumstampfzustand anzeigt, einen zweiten Abschnitt 426, der eine Steuerfunktion erzeugt, wenn das Signal von dem Wandler 40 nicht einen gewünschten hohen normalen Belastungszustand erreicht, und einen dritten Abschnitt 42c auf, der eine Steuerfunktion erzeugt, wenn das Belastungssignal eine maximale Grenze überschreitet oder eine minimale Grenze unterschreitetIn Fig. 2 is a block diagram of a preferred embodiment of the invention. At this Embodiment, a transducer 40 is provided in any suitable location as follows is described, can be connected to the pump device. The implementation also includes one Actuating device 42, to which the transducer signal is applied, and a control device 44, which on Control functions of the actuator 42 responds appropriately. The actuator 42 has a first portion 42a that generates a control function that causes a medium tamped condition indicates a second section 426 which generates a control function when the signal from the Converter 40 does not reach a desired high normal load condition, and a third section 42c, which generates a control function when the load signal exceeds a maximum limit or falls below a minimum limit
Der Wandler 40 kann irgendein geeigneter Wandler stv'n, und er kann an der Pumpeneinrichtung an irgendeinem Bauteil angeordnet sein, in welchem die Belastung sich in repräsentativer wiederholbarer Weise mit den Belastungsänderungen in dem Pumpenstangenstrang ändert. Eine naheliegende Anordnung für denThe converter 40 can be any suitable converter and it can be connected to the pump device any component in which the loading is representative, repeatable changes with the changes in load in the sucker rod string. An obvious arrangement for the
■ Wandler 40 ist selbstverständlich die Anordnung in dem Pumpenstangenstrang selbst. Jedoch ist es gewöhnlich erwünscht, einen Wandler zu verwenden, wie er in der nicht zum vorveröffentlichten Stand der Technik zählenden DE-OS 21 36 670 beschrieben ist, wobei der Wandler 40 an einem lasttragenden Träger angeordnet ist, wie es in der genannten Offenlegungsschrift beschrieben ist. Eine bevorzugte Anordnungsstelle für den Wandler 40 ist an dem Schwengel 22 in dem Bereich, der allgemein mit dem Bezugszeichen 38 bezeichnet ist und zwischen der Schwenkverbindung des Schwengels 22 an dem Schwengelbock 21 und der Pferdekopfverbindung liegt.The transducer 40 is of course the arrangement in the sucker rod string itself. However, it is common desirable to use a transducer such as that in the non-prepublished prior art counting DE-OS 21 36 670 is described, wherein the converter 40 is arranged on a load-bearing carrier is, as it is described in the cited laid-open specification. A preferred ordering point for the transducer 40 is on the handle 22 in the area generally designated by the reference numeral 38 is designated and between the pivot connection of the lever 22 on the lever bracket 21 and the Horsehead connection lies.
Die Arbeitsweise der Erfindung wird im einzelnen in Verbindung mit F i g. 2 und unter Bezugnahme auf die in F i g. 3 wiedergegebenen Wellenformen beschrieben. Die verschiedenen dargestellten Wellenformen und die betreffenden Punkte, an denen sie in F i g. 2 erscheinen, sind durch gemeinsame Bezugszeichen in den F i g. 2 und 3 bestimmt. Gemäß F i g. 2 erzeugt der Wandler 40 ein Ausgangssignal, welches die Belastungsänderungen in der Pumpeneinrichtung darstellt, wenn der Pumpenstangenstrang hin- und herbewegt wird. Das Ausgangssignal des Wandlers 40 kann sich beispielsweise proportional der Spannung, die in den Bauteil induziert wird, an welchem der Wandler angebracht ist innerhalb des Bereichs von 0 bis 25 Millivolt Gleichstrom ändern. Das Wandlersignal wird über einen Gleichstromverstärker 45 hoher Verstärkung angelegt, um ein leichter verwertbares Belastungssignal zu schaffen, beispielsweise ein Signal im Bereich von 0 bis 5 Volt Gleichstrom. Dieses Signal wird an die Abschnitte 42a, 42b und 42c angelegt.The operation of the invention is described in detail in connection with FIG. 2 and with reference to the in F i g. 3 shown waveforms. The various waveforms shown and the specific points at which they appear in FIG. 2 are indicated by common reference symbols in FIGS. 2 and 3 determined. According to FIG. 2, the transducer 40 generates an output signal which represents the changes in load in the pump device when the pump rod string is reciprocated. For example, the output of transducer 40 may vary proportionally to the voltage induced in the component to which the transducer is attached within the range of 0 to 25 millivolts DC. The transducer signal is applied through a high gain DC amplifier 45 in order to create a more easily usable load signal, for example a signal in the range of 0 to 5 volts DC. This signal is applied to sections 42a, 42b and 42c.
Im Abschnitt 42a wird das Belastungssignal von dem Wandler zuerst behandelt, um eine Funktion zu erhalten, die das Ausmaß oder die Geschwindigkeit der Änderung des Signals darstellt. Dies wird bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzielt, indem das Signal an einen Differentiator 46 angelegt wird, der eine zeitliche Ableitung des Beslastungssignals erzeugt. Die Amplitude der abgeleiteten Funktion vergrößert sich, wenn die Steigung oder das Ausmaß bzw. die Geschwindigkeit der Änderung des Belastungssignals zunimmt. In section 42a, the load signal from the transducer is first treated to have a function which represents the amount or speed of change in the signal. This is the case with the The preferred embodiment of the invention is achieved by applying the signal to a differentiator 46 which generates a time derivative of the traffic signal. The amplitude of the derived function increases as the slope or rate or rate of change in the load signal increases.
Der Ausgang des Differentiators 46 wird an einen Amplitudendiskriminator 47 angelegt der eine Amplitudenselektion des abgeleiteten Signals vornimmt um eine Restausgangsfunktion zu erzeugen, die einen vorbestimmten Mediumstampfzustand darstellt Insbesondere kann der Diskriminator 47 eine Vergleichseinrichtung sein, die den Differentiatorausgang mit einer voreingestellten Bezugsspannung vergleicht die einem gewünschten Selektionswert entspricht Somit wird jedesmal, wenn die Änderung des Wandlersignals derart ist, daß ein Differentiatorausgang oberhalb des besonderen Selektionswertes erhalten wird, ein Restsignalimpuls durch den Amplitudendiskriminator 47 erzeugtThe output of the differentiator 46 is applied to an amplitude discriminator 47 which performs an amplitude selection of the derived signal to generate a residual output function that is a In particular, the discriminator 47 can be a comparison device that compares the differentiator output with a preset reference voltage that compares the one desired selection value thus corresponds to each time the change in the transducer signal is that a differentiator output is obtained above the particular selection value, a residual signal pulse generated by the amplitude discriminator 47
Der Ausgang des Amplitudendiskriminators 47 wird angesammelt bis er eine begrenzende Anzeige eines unannehmbaren Mediumstampfzustandes erreicht zu eo welchem Zeitpunkt ein Steuersignal erzeugt wird. Insbesondere wird die Restfunktion vom Diskriminator 47 an einen Integrator 48 angelegt der mit einer Nachfolgeauslöseeinrichtung 50 versehen ist Wenn die angesammelten Restimpulse vom Diskriminator 47 eine besondere Grenze erreichen, wie es beispielsweise durch die Zeitkonstante des Integrators und den Aktivierungspegel der Auslöseeinrichtung 50 bestimmt sein kann, wird ein Steuersignal an ein Pumpenabschaltrelais 52 in der Steuereinrichtung 44 angelegt. Das Relais 52 leitet dann entsprechende Vorgänge ein, wie es nachstehend beschrieben ist.The output of the amplitude discriminator 47 is accumulated until it has a limiting indication of a unacceptable medium tamped condition reached at which point in time a control signal is generated. In particular, the residual function is applied by the discriminator 47 to an integrator 48 with a Follow-up triggering device 50 is provided when the accumulated residual pulses from the discriminator 47 a reach special limit, for example by the time constant of the integrator and the Activation level of the triggering device 50 can be determined, a control signal is sent to a pump cut-off relay 52 is applied in the control device 44. The relay 52 then initiates appropriate processes, such as it is described below.
Vorzugsweise umfaßt die Restfunktion vom Amplitudendiskriminator 47 eine Mehrzahl von Impulsen, die charakteristisch den Amplitudenunterschieden zwischen entsprechenden Spitzen der Ableitungsfunktion und dem Spannungspegel proportional sind, auf welchen der Amplitudendiskriminator 47 eingestellt ist. Auf diese Weise sind die Impulse vom Diskriminator 47 hinsichtlich einer Charakteristik, beispielsweise der Amplitude oder der Dauer, oder dem Produkt von Amplitude und Dauer, Beträgen oder Ausmaßen proportional, um welche die Spitzen des Signals von dem Differentiator 46 den Auswahlwert übersteigen. Diese Arbeitsweise ist vorteilhaft, da die Grenze, an der die Integratorauslösung wirksam wird, dann quantitativ zu dem Ausmaß oder der Geschwindigkeit des Auftretens von Mediumstampfen und weiterhin zur Größe solchen Mediumstampfens in Beziehung steht Somit wird für eine gegebene Einstellung der Integratorauslösung 50 die Steuerfunktion bei Auftreten einer gegebenen Anzahl von mäßigen Stampfzuständen oder bei Auftreten einer kleineren Anzahl von stärkeren Stampfzuständen erzeugtPreferably, the residual function from the amplitude discriminator 47 comprises a plurality of pulses which characteristic of the amplitude differences between corresponding peaks of the derivative function and are proportional to the voltage level to which the amplitude discriminator 47 is set. In this way, the pulses from the discriminator 47 are in terms of a characteristic such as the Amplitude or duration, or the product of amplitude and duration, amounts or dimensions proportional by which the peaks of the signal from the differentiator 46 exceed the selection value. This mode of operation is advantageous because the limit at which the integrator triggering becomes effective is then quantitative to the extent or rate of occurrence of media tamping and continue to Thus, for a given setting, the integrator trip is related to the magnitude of such medium pounding 50 the control function upon occurrence of a given number of moderate stomping conditions or generated when a smaller number of stronger tamped conditions occur
Die Arbeitsweise des Differentiators, des Amplitudendiskriminators und des Integrators kann am besten unter Bezugnahme auf die Kurven a, b, cund din Fi g. 3 verstanden werden, die analoge Werte sind, wobei die Amplitude auf der Ordinate und die Zeit auf der Abszisse aufgetragen sind. In F i g. 3 sind die Kurven b, c und d mit Bezug auf die Kurve a in umgekehrter Polarität dargestellt für leichte Bezugnahme. Zu einem Zeitpunkt fi beginnt das Belastungssignal a unüblich schnell zu einem Zustand geringer Belastung abzunehmen, so daß das Auftreten von Mediumstampfen angezeigt wird. Diese schnelle Änderung der Belastung wird in dem Differentiatorausgang b reflektiert der die Bezugsspannungseinstellung des Amplitudendiskriminators 47 (angedeutet durch die unterbrochene Linie 54) übersteigt. Der Restimpulsausgang vom Amplitudendiskriminator 47 ist durch die Kurve c angegeben. Wie aus einer Prüfung der Kurven b und c ersichtlich, haben die Impulse in der Kurve c gemeinsame Amplitude, jedoch ändern sie sich in ihrer Dauer proportional zu den Amplitudenunterschieden zwischen den entsprechenden Spitzen des Signals b und dem Selektionspegel 54. Beispielsweise jeträgt die Höhe der Spitze b\ des Differentiatorausgangssignals oberhalb des Pegels 54 etwa V3 der Höhe der Spitze fe. Demgemäß beträgt die Dauer des Impulses c<„ der der Spitze £> entspricht etwa V3 der Dauer des Impulses α, der der Spitze 62 entspricht Es wird bevorzugt Impulsdauer als proportionale Charakteristik zu verwenden, da, wenn die Impulsamplitude relativ konstant gehalten wird, das Ansprechen des Integrators beim Folgen oder Nachlaufen des Zeitintegrals der angelegten Impulse besser wiederholbar istThe operation of the differentiator, the amplitude discriminator and the integrator can best be seen with reference to curves a, b, c and din FIG. 3, which are analog values with amplitude on the ordinate and time on the abscissa. In Fig. 3, curves b, c and d are shown in reverse polarity with respect to curve a for easy reference. Fi at a time the load signal starts a unusually quickly to a state of low load decrease, so that occurrence of medium is displayed stamping. This rapid change in the load is reflected in the differentiator output b which exceeds the reference voltage setting of the amplitude discriminator 47 (indicated by the broken line 54). The residual pulse output from the amplitude discriminator 47 is indicated by curve c . As can be seen from an examination of curves b and c , the pulses in curve c have a common amplitude, but their duration changes proportionally to the differences in amplitude between the corresponding peaks of signal b and the selection level 54. For example, the height of the peak is b \ of the differentiator output signal above the level 54 approximately V3 the height of the peak fe. Accordingly, the duration of the pulse c corresponds to approximately V3 the duration of the pulse α which corresponds to the peak 62. It is preferred to use the pulse duration as a proportional characteristic since, if the pulse amplitude is kept relatively constant, the response of the integrator is better repeatable when following or after the time integral of the applied pulses
Der Ausgang vom Integrator 48 ist durch die Kurve d in Fig.3 dargestellt Wie dargestellt bleibt der Integratorausgang eben, solange der Differentiatorausgang eben ist Wenn der Differentiatorausgang den Selektionspegel 54 überschreitet bildet sich die Ladung am Integrator 48 proportional zu den Zeitintegralen der Impulse c\, Ci usw. auf. Wenn der Integratorauslösepegel (angegeben durch die unterbrochene Linie 55) erreicht ist wird ein Steuersignal an das Relais 52 angelegtThe output from the integrator 48 is shown by curve d in FIG. 3. As shown, the integrator output remains flat as long as the differentiator output is flat . Ci etc. on. When the integrator trip level (indicated by broken line 55) is reached, a control signal is applied to relay 52
Wenn das Mediumstampfen aufhört, bevor der Auslösepegel erreicht ist, beginnt der Integrator 48, sich zu entladen, und der Ausgang kehrt auf seinen früheren Pegel zurück.When the media pounding stops before the trigger level is reached, the integrator 48 begins to discharge and the output reverts to its previous one Level back.
Aus einer Prüfung der Kurve a in F i g. 3 ist ersichtlich, daß das Wandlersignal ebenfalls eine relativ schnelle Änderung während des Aufwärtshubes des Pumpenstangenstranges erfährt. Dies ist durch die Segmente a\ bis a* der Kurve a angezeigt, welche Verringerungen der Belastung wiedergeben, die im normalen Betrieb angetroffen werden können. In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit welcher der Stangenstrang hin- und herbewegt wird, kann die Belastungsänderung während des Aufwärtshubes sich einer Belastungsänderung nähern oder sie sogar überschreiten, die einen Mediumstampfzustand anzeigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden mögliche fehlerhafte Anzeigen aus dieser Erscheinung verhindert, indem der Differentiator mit einer anfänglichen Abkappeinrichtung ausgerüstet ist, die verhindert, daß die Spitzenamplitude des angelegten Belastungssignals einen vorbestimmten Wert überschreitet. Die Abkappeinrichtung ist auf eine Bezugsgrenze eingestellt, die beträchtlich unterhalb der maximalen Amplitude des Belastungssignals liegt. Vorzugsweise ist die Abkappeinrichtung auf einen Bezugswert eingestellt, der kleiner als der Selektionswert ist, der für Bestimmung der normalen maximalen Belastung verwendet wird, wie es nachstehend im einzelnen beschrieben wird. Der Abkappeinrichtungsbezug ist selbstverständlich größer als die Grenze geringer Belastung, die im Abschnitt 42c verwendet wird.From an examination of curve a in FIG. 3 it can be seen that the transducer signal also experiences a relatively rapid change during the upward stroke of the pump rod assembly. This is indicated by the segments a \ to a * of curve a , which reflect reductions in load that may be encountered in normal operation. Depending on the speed at which the rod string is moved back and forth, the change in load during the upward stroke can approach or even exceed a change in load which indicates a medium tamped condition. In a preferred embodiment of the invention, possible erroneous indications from this phenomenon are prevented by providing the differentiator with an initial clipping device which prevents the peak amplitude of the applied stress signal from exceeding a predetermined value. The clipping device is set to a reference limit which is considerably below the maximum amplitude of the stress signal. Preferably, the clipping device is set to a reference value which is smaller than the selection value which is used for determining the normal maximum load, as will be described in detail below. The clipper reference is of course greater than the low stress limit used in section 42c.
Die dieser Ausführungsform der Erfindung zugeordneten Wellenformen sind in F i g. 4 dargestellt, wobei die Kurve a'das abgekappte bzw. geclippte Belastungssignal, und die Kurve b' den begleitenden Differentiatorausgang darstellt. Wie durch die Kurve a'dargestellt, wird das Belastungssignal an dem Bezugspegel 57 abgekappt, so daß kein Signal mit höherer Amplitude auftritt. Das abgekappte Signal wird dann an den Differentiator angelegt, um den Differentiatorausgang b' zu erzeugen. Aus einer Prüfung dieser Signale ist ersichtlich, daß die schnelle Änderung des Wandlersignals während des Aufwärtshubes des Pumpenstangenstranges in dem Differentiatorausgang nicht wiedergegeben wird.The waveforms associated with this embodiment of the invention are shown in FIG. 4, curve a 'representing the clipped or clipped load signal and curve b' representing the accompanying differentiator output. As shown by the curve a ', the load signal is clipped at the reference level 57, so that no signal with a higher amplitude occurs. The clipped signal is then applied to the differentiator in order to generate the differentiator output b '. A check of these signals shows that the rapid change in the transducer signal during the upstroke of the pump rod assembly is not reflected in the differentiator output.
Um die Arbeitsweise des Abschnitts 42a kurz zusammenzufassen, ist festzustellen, daßtlas Belastungssignal differenziert wird und die erhaltene Ableitung hinsichtlich der Amplitude diskriminiert wird, um Spitzenwerte festzustellen, die Mediumstampfen darstellen oder anzeigen. Dieser Rest wird dann integriert, und, wenn das Integral einen vorbestimmten Wert erreicht, wird die Steuerfunktion erzeugt. Aus vorstehender Beschreibung ist ersichtlich, daß die Integration fortgelassen werden kann, und daß Mediumstampfen immer noch festgestllt werden kann, und zwar durch direktes Ansprechen auf die Ampiitudenselektion der Ableitung. Jedoch ist die Integration sehr vorteilhaft, da sie es ermöglicht, eine quantitative Bestimmung der Frequenz und der Ernsthaftigkeit des Mediumstampfens zu machen.To briefly summarize the operation of section 42a, it should be noted that the stress signal is differentiated and the derivative obtained is discriminated in terms of amplitude in order to determine peaks that represent media tamping or show. This remainder is then integrated, and if the integral has a predetermined value reached, the control function is generated. From the above description it can be seen that the integration can be omitted, and that medium pounding can still be ascertained by direct response to the amplitude selection of the lead. However, the integration is very beneficial because it enables a quantitative determination of the frequency and severity of media pounding close.
Es folgt nunmehr eine Beschreibung der Arbeitsweise der Erfindung mit Bezug auf die Bestimmung der normalen maximalen Belastung. Hierfür wird das Belastungssignal vom Verstärker 3 an einen Amplitudendiskriminator 56 angelegt Der Amplitudendiskriminator 56 ist auf einen relativ hohen Amplitudenselektionswert eingestellt, der geringfügig unterhalb der maximalen Amplitude des Belastungssignals liegt, die während des normalen Arbeitens der Pumpeneinrichtung angetroffen wird. Demgemäß erzeugt der Diskriminator 56 während des normalen Arbeitens der Pumpeneinrichtung eine Restfunktion, die für jeden Arbeitskreislauf der Pumpeneinrichtung einen Impuls aufweist.There now follows a description of the operation of the invention with reference to the determination of the normal maximum load. For this purpose, the load signal from the amplifier 3 is sent to an amplitude discriminator 56 applied The amplitude discriminator 56 is at a relatively high amplitude selection value set, which is slightly below the maximum amplitude of the stress signal, the is encountered during normal operation of the pumping device. Accordingly, the discriminator generates 56 during normal operation of the pump device, a residual function that is necessary for each The working circuit of the pump device has a pulse.
Der Ausgang vom Diskriminator 56 wird an oinen Zeitsteuerstromkreis angelegt, der durch jeden Impuls rückgestellt wird und ausschaltet, um eine Steuerfunktion zu erzeugen, wenn er nicht innerhalb eines gewünschten Zeitintervalls rückgestellt wird. Insbesondere umfaßt der Zeitsteuerstromkreis einen passiven Integrator 58, der mit einer Nachlaufauslöseeinrichtung 60 ausgerüstet ist. Der Integrator 58 ladet sich kontinuierlich in einer Richtung auf, und, wenn er nicht durch das Restsignal von dem Amplitudendiskriminator innerhalb eines gegebenen Zeitintervalls rückgestellt wird, erreicht der Integratorausgang den Pegel, der zur Betätigung der Auslöseeinrichtung 60 erforderlich ist. Es ist somit ersichtlich, daß, wenn die Belastung in der Pumpeneinrichtung keinen gewissen minimalen Wert (entsprechend dem Selektionspegel für den Diskriminator 56) bei einer gewünschten Frequenz erreicht, die Auslöseeinrichtung 60 wirksam wird, um eine Steuerfunktion zu erzeugen. Diese Steuerfunktion wird an ein Falschfunktion-Relais 62 in der Steuereinrichtung 44 angelegt.The output from discriminator 56 is applied to a timing circuit that is determined by each pulse is reset and turns off to generate a control function when not within a desired time interval is reset. In particular, the timing control circuit comprises a passive one Integrator 58, which is equipped with an after-run trigger device 60. The integrator 58 is loading continuously in one direction, and if not by the residual signal from the amplitude discriminator is reset within a given time interval, the integrator output will reach the level required for Actuation of the release device 60 is required. It can thus be seen that when the load is in the Pump device does not have a certain minimum value (corresponding to the selection level for the discriminator 56) is reached at a desired frequency, the triggering device 60 becomes effective to perform a control function to create. This control function is transmitted to a false function relay 62 in the control device 44 created.
Zusätzlich zu den Analysen hinsichtlich Mediumstampfens und maximaler normaler Belastung schafft die Erfindung weiterhin Mittel zum Analysieren des Belastungssignals hinsichtlich Amplituden, die unannehmbar hohe oder niedrige Belastungen in der Pumpeneinrichtung anzeigen. Dies wird erreicht, indem das Belastungssignal an eine Vergleichseinrichtung angelegt wird, die das Belastungssignal mit einem Amplitudenbereich vergleicht, der eine obere und eine untere Amplitudengrenze hat. Wenn die Amplitude des Belastungssignals aus diesem Bereich fällt, erzeugt der Vergleichsstromkreis eine Steuerfunktion, die an das Falschfunktion-Relais 62 in der Steuereinrichtung 44 angelegt wird.In addition to the analyzes with regard to medium pounding and maximum normal stress, creates the invention further comprises means for analyzing the stress signal for amplitudes that are unacceptable show high or low loads in the pump device. This is achieved by the load signal is applied to a comparison device, which the load signal with a Compare amplitude range that has an upper and a lower amplitude limit. If the amplitude of the Load signal falls outside of this range, the comparison circuit generates a control function that is sent to the False function relay 62 in the control device 44 is applied.
Der Vergleichsstromkreis umfaßt parallelgeschaltete Amplitudendiskriminatoren 65 und 66. Der Amplitudendiskriminator 65 ist auf einen Selektionspegel oberhalb des Selektionspegels des Diskriminators 56 und oberhalb des Signalpegels eingestellt, der den annehmbaren maximalen Belastungen zugeordnet ist Der Diskriminator 66 ist auf einen niedrigen Selektionspegel unterhalb des Selektionspegels des Diskriminators 56 und unterhalb eines Signalpegels eingestellt, der annehmbaren minimalen Belastungen zugeordnet ist Auf diese Weise wird beim Betrieb des Vergleichsstromkreises das Belastungssignal mit einer hohen voreingestellten Bezugsspannung verglichen und, falls das Belastungssigna) diese Spannung übersteigt, wird ein Steuersignal erzeugt, welches air» das Relais 62 angelegt wird. Das Belastungssignal wird weiterhin im Diskriminator 66 mit einer niedrigen Bezugsspannung verglichen, und, wenn das Signal unter diese Bezugsspannung fällt, wird in ähnlicher Weise eine Steuerfunktion erzeugt und an das Relais 62 angelegtThe comparison circuit comprises amplitude discriminators 65 and 66 connected in parallel. The amplitude discriminator 65 is at a selection level above the selection level of the discriminator 56 and set above the signal level associated with the maximum acceptable loads Der Discriminator 66 is at a low selection level below the selection level of discriminator 56 and set below a signal level associated with acceptable minimum stresses In this way, when the comparison circuit is operated, the load signal with a high preset reference voltage and, if the load signal a) exceeds this voltage, is generates a control signal which air »the relay 62 is created. The stress signal continues to be in discriminator 66 with a low reference voltage and when the signal falls below this reference voltage, a control function similarly becomes generated and applied to the relay 62
In der Steuereinrichtung 44 erfolgt das Primärsteuerungsansprechen durch das Pumpenabschaltrelais 52 und das Falschfunktion-Relais 62. Wenn ein Steuersignal, welches Mediumstampfen anzeigt an das Relais 52 angelegt wird, aktiviert dieses Relais ein die Pumpenein-The primary control response takes place in the control device 44 through the pump cut-off relay 52 and the false function relay 62. If a control signal, which indicates medium tamping is applied to relay 52, this relay activates the pump input
richtung stillsetzendes Relais 68. Dieses Relais wirkt dann beispielsweise durch das öffnen von Kontakten in einem Energiespeisekreis, wenn die Antriebseinrichtung ein Elektromotor ist, dahingehend, die Antriebseinrichtung stillzusetzen. Das Relais 52 schließt weiterhin die Kontakte in einem Alarmstromkreis 70, um einen Alarm zu erzeugen, der typisch in Form einer Sichtanzeige gegeben werden kann. Zusätzlich setzt das Relais 52 einen Totalisator 72 still, der die Laufzeit der Pumpeneinrichtung aufzeichnet. Wenn somit die Pum- to peneinrichtung intermittierend stampft und stillgesetzt wird, zeigt der Totalisator 72 nur die Zeit an, während welcher die Pumpeneinrichtung tatsächlich pumpt. Das Relais 52 aktiviert auch eine Stillsetz-Zeitsteuereinrichtung 74. Die Zeitsteuereinrichtung 74, die eine übliche elektromechanische Zeitsteuereinrichtung sein kann, wird so eingestellt, daß sie während eines voreingestellten Zeitintervalls läuft, welches ermöglicht, daß sich genügend Flüssigkeit in dem Bohrloch ansammelt, damit ein Stampfen verhindert ist. Wenn die Zeitsteuereinrichtung 74 ausschaltet, löst sie ein Relais 76 aus, welches dann das Relais 52 in den vorhergehenden Zustand rückstellt. Die an das Relais 68, die Alarmeinrichtung 70 und den Laufzeittotalisator 72 angelegten Vorgänge werden dann beseitigt, und diese Einrichtungen kehren in ihren früheren Zustand zurück. Die Pumpeneinrichtung nimmt dann ihre Arbeiten wieder auf, bis beispielsweise wiederum ein Stampfen auftritt.direction stopping relay 68. This relay then acts, for example, by opening contacts in an energy supply circuit, if the drive device is an electric motor, to the effect of stopping the drive device. The relay 52 also closes the contacts in an alarm circuit 70 to generate an alarm which can typically be given in the form of a visual display. In addition, the relay 52 stops a totalizer 72, which records the running time of the pump device. Thus, when the pump t o peneinrichtung intermittently stamps and is stopped, the totalizer 72 shows only the time during which the pump means actually inflated. The relay 52 also activates a shutdown timer 74. The timer 74, which may be a conventional electromechanical timer, is set to run for a preset time interval which allows enough fluid to accumulate in the wellbore for ramming is prevented. When the timer 74 switches off, it triggers a relay 76, which then resets the relay 52 to the previous state. The actions applied to relay 68, alarm 70 and delay totalizer 72 are then removed and those devices return to their previous state. The pump device then resumes its work until, for example, pounding occurs again.
Das Falschfunktion-Relais 62 spricht auf eine angelegte Steuerfunktion an, um eine Alarmeinrichtung 80 anzuschalten und das die Pumpeneinrichtung stillsetzende Relais 68 zu betätigen. Die Pumpeneinrichtung bleibt in dieser Situation stillgesetzt, bis das Relais 62 durch die Auslöseeinrichtung 82 von Hand rückgcstellt wird.The false function relay 62 responds to an applied control function to an alarm device 80 to switch on and actuate the relay 68, which shuts down the pump device. The pump device remains shut down in this situation until the relay 62 by the triggering device 82 by hand is reset.
Das Einleiten der Steuerfunktion durch die Integratorauslöseeinrichtung 50 wird weiterhin dazu verwendet, das Arbeiten des Abschnitts 42b für normale maximale Belastung unwirksam zu machen. Dies verhindert, daß während der Zeit, während welcher die Pumpeneinrichtung stillgesetzt ist, um den Mediumstampfzustand zu beseitigen, eine Steuerfunktion durch den Abschnitt 426 erzeugt wird. Dies kann erzielt werden durch Wirkung des Pumpenabschaltrelais 52, wie es in F i g. 2 schematisch dargestellt ist.The initiation of the control function by the integrator trip device 50 is also used to disable the operation of the normal maximum load section 42b. This prevents a control function from being generated by section 426 during the time during which the pump device is shut down in order to clear the medium stomping condition. This can be achieved by the action of the pump cut-off relay 52, as shown in FIG. 2 is shown schematically.
Wenn somit ein ein Mediumstampfen anzeigendes Steuersignal an das Relais 52 angelegt wird, öffnet dieses Relais einen Schalter 84 in dem Ausgang von der Integratorauslöseeinrichtung 60.Wenn das Relais 76 das Pumpenabschaltrelais 52 in seinen früheren Zustand zurückführt, wird der Schalter 84 geschlossen.Thus, when a control signal indicative of media tamping is applied to relay 52, it opens this relay a switch 84 in the output of the integrator trip device 60. When the relay 76 the Pump cutoff relay 52 returns to its previous state, switch 84 is closed.
Die Erfindung kann verwirklicht werden unterThe invention can be realized under
vcnVcikiüng cifief Häi'idi'ähi-Eiiirichiuiig, wie sie nachstehend im einzelnen beschrieben wird und die am Bohrloch angeordnet ist. Dies ist gewöhnlich erwünscht, wenn einzelne isolierte Bohrlöcher überwacht werden sollen. Die Erfindung kann auch verwirklicht werden durch Verwendung eines richtig programmierten Digitalrechners zum Ausführen der Analyse und der Steuerfunktionen, wie sie oben mit Bezug auf die Operationseinrichtung 42 beschrieben sind. Diese Arbeitsweise ist vorteilhaft, wenn eine große Anzahl von Bohrlöchern in einem Bereich unter die Steuerung einer zentralen Einrichtung genommen werden kann. vcnVcikiüng cifief Häi'idi'ähi-Eiiirichiuiig, as it is described in detail below and which is arranged at the borehole. This is usually desirable when monitoring individual isolated boreholes. The invention can also be practiced by using a properly programmed digital computer to perform the analysis and control functions as described above with respect to the operational means 42. This operation is advantageous when a large number of wells in an area can be placed under the control of a central facility.
Ein digitales Rechnersystem, welches zur Verwendung bei der Verwirklichung der Erfindung geeignet ist, ist der »Nova«-Minirechner der Data General Corporation, der mit einer 16 Bit-Zweirichtungs-IO-Sammelschiene, die Eingänge für den Rechner und eine Zwischenfläche oder Grenzfläche zwischen dem Rechner und einer Hauptüberwachungssteueranlage schafft. Geeignete Hauptanschlußeinrichtungen und Fernanschlußeinrichtungen, die verwendet werden können, sind von Baker Automation Systems, Inc. als »RDACS« Master/Remote System verfügbar.A digital computer system suitable for use in practicing the invention is the "Nova" mini-computer from Data General Corporation, which is equipped with a 16-bit bidirectional IO bus the inputs to the computer and an interface or interface between the computer and a main supervisory control system. Suitable main connection devices and remote connection devices, which can be used are available from Baker Automation Systems, Inc. as "RDACS" Master / remote system available.
Im Betrieb leitet der Rechner Instruktionen ein und empfängt Informationen über die Hauptanschlußeinrichtungen und Fernanschlußeinrichtungen, um Überwachungs- und Steuervorgänge hervorzurufen mit Bezug auf ein gegebenes Bohrloch. Beispielsweise kann das Belastungssignal des Wandlers an der Pumpeneinrichtung in Abständen von 0,2 Sek. während einer Periode von 10 Sek. abgefragt werden. Bei jeder Abfragung wird der analoge Ausgang des Wandlers durch die Fernansehlußeinrichtung in einen digitalen Wert umgewandelt und zu der Haupteinrichtung und dem Rechner für Analyse durch den Rechner übertragen. Der Rechner ist selbstverständlich programmiert, die verschiedenen analytischen Operationen gemäß vorstehender .Beschreibung numerisch in analogem Format auszuführen und Instruktionen zu übertragen, welche die richtigen Steuerfunktionen einleiten, die an die Steuereinrichtung 44, welche am Bohrloch angeordnet ist, angelegt werden.In operation, the computer initiates instructions and receives information about the main connection facilities and remote connection devices to initiate monitoring and control operations with In relation to a given borehole. For example, the load signal from the transducer can be sent to the pump device can be queried at intervals of 0.2 seconds during a period of 10 seconds. With everyone The analog output of the converter is queried by the remote connection device into a digital one Value converted and transmitted to the host and the computer for analysis by the computer. The computer is of course programmed according to the various analytical operations to execute the above description numerically in analog format and to transfer instructions, which initiate the correct control functions to the control device 44, which is located on the borehole is to be created.
F i g. 5 zeigt besondere Stromkreise, die in einer Hartdraht-Operationseinrichtung 42 verwendet werden können. Die Stromkreise in Fig.5, die den in Fig.2 funktionell dargestellten Komponenten oder Bauteilen entsprechen, sind identifiziert unter Hinzufügung des (') zu den Bezugszeichen, die in F i g. 2 verwendet sind. Gemäß F i g. 5 wird das Belastungssignal von dem Verstärker 45 (in Fig.2 dargestellt) an Anschlüsse Ti und Tl an den Differentiator 46' angelegt, der mit einem anfänglichen Abkappstromkreis ausgerüstet ist, der einen Widerstand /?26, eine Diode D 2 und ein variables Bezugspotentiometer PS aufweist. Das Potentiometer PS ist auf die gewünschte Bezugsspannung eingestellt, und Signalamplituden, die größer als dieser Bezug sind, können nicht zu dem Kondensator C6 hindurchgehen. Der Differentiator 46' weist einen Verstärker 4a und einen Rückkopplungswiderstand R 41 zusätzlich zu dem Kondensator C6 auf. Die erste Zeitableitung von Signalen, die am Kondensator C6 dargeboten ist, ist am Ausgang »Stift 1« des Verstärkers 4a verfügbar.F i g. 5 shows particular circuits that may be used in a hard wire surgical device 42. The circuits in FIG. 5 which correspond to the components or parts shown functionally in FIG. 2 are identified with the addition of the (') to the reference symbols shown in FIG. 2 are used. According to FIG. 5, the load signal from the amplifier 45 (shown in FIG. 2) is applied to terminals Ti and Tl to the differentiator 46 ', which is equipped with an initial cut-off circuit comprising a resistor /? 26, a diode D 2 and a variable reference potentiometer PS has. The potentiometer PS is set to the desired reference voltage and signal amplitudes greater than this reference cannot pass through to the capacitor C6. The differentiator 46 'has an amplifier 4a and a feedback resistor R 41 in addition to the capacitor C6. The first time derivative of signals presented on capacitor C6 is available at the "pin 1" output of amplifier 4a.
Die Differentiatorauslösung 47' weist einen Eingangswiderstand R 40, einen Verstärker 4b, ein variables Bezugspotentiometer P 7 und einen positiven Rückkopplungswiderstand Ä39 auf. Der Ausgang des Verstärkers 4b erreicht seinen maximalen positiven Wert immer dann, wenn der Eingang iur R 40 uie uurc-u das Potentiometer Pl eingestellte Bezugsspannung überschreitet Der Ausgang des Verstärkers 4b kehrt zu seinem minimalen Wert (maximaler negativer Wert) zurück, wenn der Eingang zum Widerstand R 40 auf einen Wert kleiner als die Bezugsspannung abfällt.The differentiator trigger 47 'has an input resistor R 40, an amplifier 4b, a variable reference potentiometer P 7 and a positive feedback resistor Ä39. The output of the amplifier 4b always reaches its maximum positive value when the input iur R 40 uie uurc-u exceeds the reference voltage set by the potentiometer Pl . The output of the amplifier 4b returns to its minimum value (maximum negative value) when the input to the Resistor R 40 drops to a value less than the reference voltage.
Das Signal vom Verstärker 4b wird an einen Integrator 48' angelegt, der einen Verstärker 5b, ein variables Bezugspotentiometer P 9, einen Rückkopplungskondensator Cl, Widerstände R42 und Ä43 und eine Diode D 6 aufweist Die Diode D 6 und der Widerstand R 42 geringen Wertes steuern die Integrationsgeschwindigkeit bzw. das Integrationsausmaß, wenn minimale Eingangsspannung vorhanden ist Der Widerstand R 43 hohen Wertes bestimmt die Integration, wenn ein Maximum, oder ein ImpulsausgangThe signal from amplifier 4b is applied to an integrator 48 'which has an amplifier 5b, a variable reference potentiometer P 9, a feedback capacitor Cl, resistors R42 and Ä43 and a diode D 6 which control the diode D 6 and the resistor R 42 of low value the rate of integration or the extent of integration when there is a minimum input voltage. The high value resistor R 43 determines the integration when a maximum, or a pulse output
auftritt. Der Auslösestromkreis 50' für den Integrator 48' weist einen Eingangswiderstend /?27, ein variables Bezugspotentiometer P5, einen Verstärker 5a und einen positiven Rückkopplungswiderstand /?44auf. Der Ausgang des Verstärkers 5a nimmt seinen maximalen positiven Wert ein, wenn der Eingang zum Widerstand R 27 die Bezugsspannung bzw. den Auslösepegel, der vom Potentiometer P5 eingestellt ist, überschreitet, und er verbleibt auf seinem minimalen Wert, wenn der Eingang zum Widerstand R27 kleiner als diese Bezugsspannung ist. Dieser Ausgang wird an das die Pumpeneinrichtung abschaltende bzw. stillsetzende Relais 52 angelegt.occurs. The trip circuit 50 'for the integrator 48' has an input resistance /? 27, a variable reference potentiometer P5, an amplifier 5a and a positive feedback resistor /? 44. The output of amplifier 5a takes its maximum positive value when the input to the resistor R27, the reference voltage or the triggering level that is set by potentiometer P5 exceeds, and it remains at its minimum value when the input to the resistance R27 smaller than this reference voltage. This output is applied to the relay 52 which switches off or shuts down the pump device.
Das Belastungssignal wird weiterhin an einen Amplitudendiskriminator 56' für die normale Bestimmung der maximalen Belastung angelegt. Diese Einrichtung umfaßt einen Verstärker la, ein variables Bezugspotentiometer P 2, einen positiven Rückkopplungswiderstand R 14, einen Eingangswiderstand R 16 und einen Überlaufwiderstand R 15. Wenn das Bohrloch pumpt, geht der Ausgang des Verstärkers la zu seinem maximalen positiven Wert, wenn der Signaleingang für den Widerstand R 16 die von dem Potentiometer P2 bestimmte Bezugsspannung überschreitet, und er kehrt zu seinem minimalen Wert zurück, wenn der Signaleingang unter diese Spannung fällt. Der Integrator 58' weist einen Kondensator CS, Widerstände R 12 und /?13 und eine Diode Dl auf. Der Widerstand R 12 kleinen Wertes und die Diode Dl bestimmen die Entladungsgeschwindigkeit bzw. das Ausmaß der Entladung des Kondensators CS, und der Widerstand R 13 hohen Wertes bestimmt die Aufladung. Der den Integrator auslösende Stromkreis 60' umfaßt einen Verstärker Xb, ein variables Bezugspotentiometer Pl, einen Eingangswiderstand RW und einen positiven Rückkopplungswiderstand R10. Der Verstärker 1 b erreicht seinen maximalen Ausgang, wenn die Spannung am Kondensator CS die von dem Potentiometer Pl eingestellte Spannung überschreitet, und dieser Ausgang wird dem Relais 62 zugeführt.The stress signal is also applied to an amplitude discriminator 56 'for normal determination of the maximum stress. This device comprises an amplifier la, a variable reference potentiometer P 2, a positive feedback resistor R14, an input resistor R 16 and an overflow resistor R 15. When the downhole pumps, is the output of amplifier la to its maximum positive value when the signal input for the resistor R 16 exceeds the reference voltage determined by the potentiometer P2 , and it returns to its minimum value when the signal input falls below this voltage. The integrator 58 'has a capacitor CS, resistors R 12 and /? 13 and a diode Dl. The resistor R 12 of small value and the diode Dl determine the rate of discharge or the extent of the discharge of the capacitor CS, and the resistor R 13 of high value determines the charge. The integrator triggering circuit 60 'comprises an amplifier Xb, a variable reference potentiometer Pl, an input resistor RW and a positive feedback resistor R 10. The amplifier 1b reaches its maximum output when the voltage on the capacitor CS exceeds the voltage set by the potentiometer Pl , and this output is fed to relay 62.
Wenn die Pumpeneinrichtung durch das Pumpenabschaltrelais (in F i g. 2 dargestellt) stillgesetzt wird, wird ein Spannungssignal an dem Anschluß T3 an den Widerstand R15 angelegt, um den Abschnitt 426 gegenüber seinem normalen Arbeiten unwirksam zu machen. Dieses Spannungssignal ist genügend stärker als die vom Potentiometer P 2 bestimmte Bezugsspannung, so daß das NichtVorhandensein ejnes normalen Signales maximaler Belastung während dieser Zeit nicht zum Wirksammachen der Integratorlösung 60' führt. Wenn das Bohrloch zu normalen Arbeiten zurückkehrt, wird die Spannung am Widerstand R15 beseitigt Es ist somit ersichtlich, daß dieses Arbeiten dem öffnen und Schließen des Schalters 84 gleichwertig ist, welches oben mit Bezug auf F i g. 2 beschrieben wurde.When the pump device is shut down by the pump cut-out relay (shown in FIG. 2), a voltage signal is applied to terminal T3 across resistor R 15 to disable section 426 from its normal operation. This voltage signal is sufficiently stronger than the reference voltage determined by the potentiometer P 2 that the absence of a normal signal of maximum load during this time does not lead to the integrator solution 60 'becoming active. When the wellbore returns to normal operation, the voltage across resistor R 15 is removed. It can thus be seen that this operation is equivalent to the opening and closing of switch 84 described above with reference to FIG. 2 has been described.
Der Amplitudendiskriminator 65' für hohe Belastung weist einen Verstärker 2b, ein variables Bezugspotentiometer P4, welches auf eine »Hochbelastungs-«Spannung eingestellt ist, einen Eingangswiderstand R 3 und einen positiven Rückkopplungswiderstand R18 auf. Der Ausgang des Verstärkers 2b erreicht seinen maximalen Wert, wenn der Eingang zum Widerstand A3 den Einstellpunkt überschreitet. Solange der Belastungssignaleingang zum Widerstand R 3 die Bezugsspannung nicht überschreitet, bleibt der Ausgang des Verstärkers 2b auf seinem minimalen Wert. Der Ausgang des Detektors 65 für hohe Belastung wird dem Relais 62 zugeführt.The high load amplitude discriminator 65 'includes an amplifier 2b, a variable reference potentiometer P4 set to a "high load" voltage, an input resistor R 3 and a positive feedback resistor R 18. The output of amplifier 2b reaches its maximum value when the input to resistor A3 exceeds the set point. As long as the load signal input to resistor R 3 does not exceed the reference voltage, the output of amplifier 2b remains at its minimum value. The output of the high load detector 65 is supplied to the relay 62.
Das Wandlersignal wird weiterhin an einen Amplitudendiskriminator 66' für niedrige Belastung angelegt. Der Diskriminator 66' wirkt ähnlich wie der Diskriminator 65', jedoch ist er mit einem anfänglichen oder Einleitungsinverter 66a versehen, der einen Eingangswiderstand Λ 22, einen Verstärker 3a und einen Rückkopplungswiderstand /?23 aufweist. Der Inverter 66a kehrt die Polarität des Belastungssignals um, bevor es an den Eingangswiderstand R17 angelegt wird Demgemäß geht der Ausgang des Verstärkers 2a auf seinen maximalen Wert, wenn der Eingang zum Widerstand R 17 die vom Potentiometer P3 bestimmte und der minimalen annehmbaren Belastung entsprechende Bezugsspannung überschreitet. Der Ausgang vom Verstärker 2a wird dem Relais 62 zugeführt.The transducer signal is also applied to a low load amplitude discriminator 66 '. The discriminator 66 'acts similarly to the discriminator 65', but it is provided with an initial or introductory inverter 66a which has an input resistance 22, an amplifier 3a and a feedback resistance / 23. The inverter 66a reverses the polarity of the load signal before it is applied to the input resistor R 17. Accordingly, the output of the amplifier 2a goes to its maximum value when the input to the resistor R 17 reaches the reference voltage determined by the potentiometer P3 and corresponding to the minimum acceptable load exceeds. The output from amplifier 2a is fed to relay 62.
Bei der Ausführung . gemäß F i g. 5 können die nachstehend angegebenen Stromkreisparameter angewendet werden: Die Widerstände R3, R 15, R16, R27 und R 40 gleich 22 Kiloohm; die Widerstände R 5, R11, «14, K18, R 39 und Ä44 gleich 330 Kiloohm; der Widerstand R 10 gleich 2,1 Megohm; die Widerstände R 12, R 22 und R 23 gleich 10 Kiloohm; die Widerstände /? 13 und /?45 gleich 2,2 Megohm; die Widerstände R 17, /?41 und Ä43 gleich 6,8 Megohm; die Widerstände R19 und R 20 gleich 5,1 Kiloohm und die Widerstände /?26 und Ä42 gleich 47 Kiloohm. Die Kondensatoren C6 und Cl haben eine Nennspannung von 25 Volt und eine Kapazität von 2 bzw. 30 Microfarad. Der Kondensator CS hat eine Nennspannung von 50VoIt und eine Kapazität von 250 Microfarad. Die Dioden Dl, D 2 und D 6 haben die Typennummer IN4009. Die Potentiometer Pl bis P9 haben einen Nennwiderstand von 20 Kiloohm, und jeder der beschriebenen Verstärker ist ein integrierter Stromkreis N5558T.When executing. according to FIG. 5, the circuit parameters given below can be applied: Resistors R3, R 15, R 16, R27 and R 40 equal 22 kiloohms; the resistances R 5, R 11, «14, K18, R 39 and Ä44 are equal to 330 kilohms; the resistance R 10 equals 2.1 megohms; resistors R 12, R 22 and R 23 equal 10 kilo ohms; the resistances /? 13 and /? 45 equals 2.2 megohms; the resistors R 17, / 41 and 43 equal 6.8 megohms; the resistors R 19 and R 20 equal to 5.1 kilo ohms and the resistors /? 26 and? 42 equal to 47 kilo ohms. The capacitors C6 and Cl have a nominal voltage of 25 volts and a capacitance of 2 and 30 microfarads, respectively. The capacitor CS has a nominal voltage of 50VoIt and a capacity of 250 microfarads. The diodes Dl, D 2 and D 6 have the type number IN4009. The potentiometers P1 to P9 have a nominal resistance of 20 kiloohms, and each of the amplifiers described is an integrated circuit N5558T.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
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