RU180608U1

RU180608U1 - SUBMERSIBLE UNIT

Info

Publication number: RU180608U1
Application number: RU2018108663U
Authority: RU
Inventors: Николай Владимирович Вахрушев; Юрий Сергеевич Главатских; Дмитрий Валерьевич Чернов
Original assignee: Акционерное общество "Ижевский радиозавод"
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2018-06-19

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к системам и устройствам приема/передачи информации и электрической энергии к исполнительным приборам и механизмам при эксплуатации скважин для добычи флюида, обслуживания и исследования скважин. Задачей технического решения является повышение надежности погружного блока в условиях предельных рабочих температур и обеспечение возможности проверки достоверности передаваемых данных. Технический результат достигается тем, что устройство содержит последовательно подключенный к ПТ основной модуль, включающий УСПД 4 с датчиков 6, с которым параллельно включены СН 6 и последовательно соединенные УРРН 7 и ЭК 8, управляемый УСПД 4, причем УСПД 4, СН 6, ЭК 8 подключены к заземленному корпусу электродвигателя. Основной модуль дополнительно содержит УФиЗ 1, включенное между ПТ и УСПД 4, и включает последовательно соединенные узел 2 фильтрации и узел 3 защиты, при этом блок погружной снабжен, по крайней мере, одним дополнительным модулем, дублирующим функции основного модуля, подключенным последовательно к ТП параллельно основному модулю, и соединенным с УСПД 4 и УФиЗ 1 основного модуля. Это позволяет в случае необходимости (при отказе или для проверки достоверности передачи данных) отключить основной модуль и передавать данные с датчиков, подключенных к дублирующему модулю. 1 ил.The proposed technical solution relates to the oil industry, and in particular to systems and devices for receiving / transmitting information and electric energy to executive devices and mechanisms during the operation of wells for fluid production, maintenance and research of wells. The objective of the technical solution is to increase the reliability of the submersible block under extreme operating temperatures and to enable verification of the reliability of the transmitted data. The technical result is achieved by the fact that the device contains a main module connected in series to the PT, including USPD 4 from sensors 6, with which CH 6 and URRN 7 and EC 8 are connected in series, controlled by USPD 4, and USPD 4, CH 6, EC 8 connected to a grounded motor housing. The main module additionally contains UViZ 1, connected between the PT and USPD 4, and includes serially connected filtration unit 2 and protection unit 3, while the submersible unit is equipped with at least one additional module that duplicates the functions of the main module, connected in parallel to the TP in parallel the main module, and connected to the USPD 4 and UViZ 1 of the main module. This allows, if necessary (in case of failure or to verify the reliability of data transfer) to disable the main module and transmit data from sensors connected to the redundant module. 1 ill.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к системам и устройствам приема/передачи информации и электрической энергии к исполнительным приборам и механизмам при эксплуатации скважин для добычи флюида (многофазной среды - смеси нефти, попутной воды и попутного газа), обслуживания и исследования скважин.The proposed technical solution relates to the oil industry, and in particular to systems and devices for receiving / transmitting information and electric energy, to executive devices and mechanisms for operating wells for producing fluid (a multiphase medium - a mixture of oil, associated water and associated gas), maintenance and research of wells .

Ближайшим аналогом является блок погружной, входящий в систему передачи телеметрической информации (патент РФ на изобретение №2230187, 2004 г.), состоящий из стабилизатора напряжения, устройства сбора и передачи информации, датчиков, электронного ключа и двух резисторов, подключенного между нулем «звезды» обмоток электродвигателя и его заземленным корпусом, а обмотки электродвигателя подключены к обмоткам трехфазного трансформатора через кабель питания.The closest analogue is the submersible unit included in the telemetry information transmission system (RF patent for the invention No. 2230187, 2004), consisting of a voltage stabilizer, information collection and transmission device, sensors, an electronic key and two resistors connected between the zero of the “star” the motor windings and its grounded housing, and the motor windings are connected to the windings of a three-phase transformer via a power cable.

Недостатками устройства является то, что в условиях предельных рабочих температур вследствие саморазогрева полупроводниковых электронных компонентов, входящих в состав блока погружного происходит снижение его надежности, что в дальнейшем с течением времени приводит к отказу блока погружного. Кроме того, отсутствует возможность проверить достоверность передаваемых данных.The disadvantages of the device is that under extreme operating temperatures due to self-heating of the semiconductor electronic components that make up the submersible unit, its reliability decreases, which subsequently leads to a failure of the submersible unit. In addition, there is no way to verify the reliability of the transmitted data.

Задачей технического решения является повышение надежности блока погружного в условиях предельных рабочих температур, с обеспечением возможности проверки достоверности передаваемых данных.The objective of the technical solution is to increase the reliability of the submersible unit under extreme operating temperatures, with the possibility of verifying the reliability of the transmitted data.

Технический результат достигается тем, что устройство содержит последовательно подключенный к передающему тракту (ПТ) основной модуль, включающий устройство сбора и передачи данных (УСПД) с датчиков, с которым параллельно включены стабилизатор напряжения (СН) и последовательно соединенные устройство регулирования размаха напряжения (УРРН) и электронный ключ (ЭК), управляемый УСПД, причем УСПД, СН, ЭК подключены к заземленному корпусу электродвигателя, при этом основной модуль дополнительно содержит устройство фильтрации и защиты (УФиЗ), включенное между ПТ и УСПД и содержащее последовательно соединенные узел фильтрации и узел защиты, при этом блок погружной (БП) снабжен, по крайней мере, одним дополнительным модулем, дублирующим функции основного модуля, подключенным последовательно к ТП 1 параллельно основному модулю, и соединенным с УСПД и УФиЗ основного модуля.The technical result is achieved by the fact that the device comprises a main module connected in series to a transmitting path (FET), including a data acquisition and transmission device (DTD) from sensors with which a voltage stabilizer (CH) and a voltage swing control device (DRM) are connected in series and an electronic key (EC) controlled by the USPD, and the USPD, SN, EC are connected to the grounded casing of the electric motor, while the main module further comprises a filtering and protection device (UViZ), connected between the ПТ and УСПД and containing the filtering unit and the protection unit in series, while the submersible unit (BP) is equipped with at least one additional module that duplicates the functions of the main module, connected in series to TP 1 in parallel with the main module, and connected to the USPD and UViZ of the main module.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом. Далее блок погружной будет описан в предпочтительном варианте.The essence of the claimed utility model is illustrated in the drawing. Next, the submersible block will be described in a preferred embodiment.

Устройство на фигуре содержит последовательно подключенные к ПТ основной модуль и параллельно с ним, по крайней мере, один дополнительный модуль, дублирующий функции основного модуля. Основной модуль содержит УФиЗ 1, включающее узел 2 фильтрации, последовательно соединенный с узлом 3 защиты, УСПД 4 с датчиков 5, с которыми параллельно включены СН 6 и последовательно соединенные УРРН 7 и ЭК 8, управляемый УСПД 4. УСПД 4, СН 6, ЭК 8 подключены к заземленному корпусу электродвигателя (не показан). При этом, дополнительный модуль соединен с УСПД 4 и УФиЗ 1 основного модуля.The device in the figure contains a main module connected in series to the PT and in parallel with it at least one additional module that duplicates the functions of the main module. The main module contains UViZ 1, including a filtration unit 2, connected in series with the protection unit 3, USPD 4 from sensors 5, with which CH 6 and URRN 7 and EC 8 are connected in series, controlled by USPD 4. USPD 4, CH 6, EC 8 are connected to a grounded motor housing (not shown). At the same time, the additional module is connected to the USPD 4 and UViZ 1 of the main module.

ПТ представляет собой вторичные обмотки трехфазного трансформатора, соединенные между собой в звезду, к которым через силовой кабель подключены обмотки двигателя, соединенные между собой в звезду. На среднюю точку звезды вторичной обмотки (обычно равна 0) подается напряжение от 40-200, возникающий ток протекает через передающий тракт и обеспечивает питанием БП.PT is the secondary windings of a three-phase transformer connected to each other in a star, to which motor windings connected to each other in a star are connected through a power cable. A voltage of 40-200 is applied to the midpoint of the secondary winding star (usually 0), the emerging current flows through the transmission path and provides power to the power supply.

УФиЗ 1 предназначено для защиты погружного блока от воздействия помех переменного тока высокой амплитуды и содержит узел 2 фильтрации и узел 3 защиты. В качестве узла 3 защиты может быть использовано любое известное устройство, в частности, включающее, по крайней мере, один электронный ключ, последовательно соединенный с устройством измерения сопротивления изоляции кабеля (представляющий собой, например, диод). Узел 2 фильтрации обеспечивает функцию фильтрации помех и защиту БП от воздействия помех переменного тока высокой амплитуды (свыше 1,5кВ) и может быть реализован, например, в виде входного LC фильтра с частотой среза большей, чем частота передачи данных.UViZ 1 is intended to protect the submersible block from the effects of high-amplitude alternating current interference and contains a filtration unit 2 and a protection unit 3. As a protection unit 3, any known device can be used, in particular, including at least one electronic key connected in series with a cable insulation resistance measuring device (which is, for example, a diode). The filtering unit 2 provides a noise filtering function and protection of the PSU from the effects of high-amplitude alternating current interference (over 1.5 kV) and can be implemented, for example, as an input LC filter with a cutoff frequency greater than the data transfer frequency.

УСПД 4 предназначено для сбора данных с датчиков 5, передачи данных, осуществления управления УФиЗ 1 и дополнительным модулем, дублирующим функции основного модуля. В качестве датчиков 5 могут быть использованы, в частности, датчики температуры, давления, вибрации и пр. В качестве УСПД 4 может быть использовано любое широко известное устройство управления (плата управления), в частности, содержащее микроконтроллер, токовый детектор, предназначенный для определения превышения напряжения на входе, источник питания, накопитель энергии (например, конденсатор).USPD 4 is designed to collect data from sensors 5, transmit data, control UViZ 1 and an additional module that duplicates the functions of the main module. As sensors 5 can be used, in particular, sensors of temperature, pressure, vibration, etc. As USPD 4 can be used any well-known control device (control board), in particular, containing a microcontroller, a current detector designed to determine the excess input voltage, power supply, energy storage (e.g. capacitor).

СН 6 формирует необходимые питающие и опорные напряжения для работы УСПД 4 и датчиков 5. В качестве СН 6 может быть использовано любое известное устройство, в данной реализации используется параметрический стабилизатор напряжения параллельного типа.CH 6 generates the necessary supply and reference voltages for operation of the USPD 4 and sensors 5. Any known device can be used as CH 6; in this implementation, a parametric voltage stabilizer of parallel type is used.

УРРН 7 предназначено для регулирования размаха модулируемого напряжения (ограничивает ток, протекающий от передающего тракта через УФиЗ 1), позволяет задать уровень модулируемого напряжения в соответствии с требованиями потребителей при сборке устройства, и может быть выполнено, например, в виде резистора, номинал которого подбирается в процессе регулирования.URRN 7 is designed to control the magnitude of the modulated voltage (limits the current flowing from the transmitting path through UViZ 1), allows you to set the level of modulated voltage in accordance with the requirements of consumers when assembling the device, and can be performed, for example, in the form of a resistor, the nominal value of which is selected in regulatory process.

В качестве ЭК 8 может быть использован любой известный ключ, в частности, геркон с замыкающей его катушкой.As EC 8, any known key can be used, in particular, a reed switch with its closing coil.

Повышение надежности БП, а также возможность проверки достоверности передаваемых данных обеспечиваются снабжением основного модуля УФиЗ 1 и, снабжением БП по крайней мере, одним дополнительным модулем, дублирующим функции основного модуля, соединенным с УФиЗ 1, УСПД 4 основного модуля, позволяющего в случае необходимости (в случае отказа или для проверки достоверности) отключить основной модуль и передавать данные с датчиков, подключенных к дублирующему модулю. Поскольку БП предназначен для работы в агрессивной среде в условиях высоких температур, для снижения (перераспределения) нагрузки на электронные компоненты и сохранения рабочих характеристик отдельного модуля, в схему может быть включено от 1 до N дополнительных модулей, каждый из которых дублирует функции основного модуля, где N-количество включаемых дополнительных модулей, зависящее от многофазной среды, в которую погружают устройство и от решаемых задач.Improving the reliability of the PSU, as well as the ability to verify the reliability of the transmitted data, is provided by supplying the main module of UV-3 with 1 and supplying the BP with at least one additional module that duplicates the functions of the main module, connected to UV-3, USPD 4 of the main module, which allows, if necessary ( in the event of a failure or to verify the reliability) disconnect the main module and transmit data from sensors connected to the backup module. Since the PSU is designed to operate in an aggressive environment at high temperatures, to reduce (redistribute) the load on the electronic components and preserve the performance of an individual module, from 1 to N additional modules can be included in the circuit, each of which duplicates the functions of the main module, where N-number of additional modules included, depending on the multiphase medium into which the device is immersed and on the tasks to be solved.

Несмотря на то, что техническое решение показано и описано со ссылкой на конкретный вариант осуществления, специалистам в данной области техники следует понимать, что различные изменения по форме и содержанию могут быть сделаны без отступления от сущности и объема полезной модели, определенных прилагаемой формулой полезной модели.Despite the fact that the technical solution is shown and described with reference to a specific embodiment, those skilled in the art should understand that various changes in form and content can be made without departing from the essence and scope of the utility model defined by the attached utility model formula.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подаче напряжения питания через ПТ на БП включаются все модули БП. СН 6 модулей формируют необходимые питающие и опорные напряжения для работы УСПД 4. При помехе амплитудой менее 1,5кВ ключ УФиЗ 1 замкнут и напряжение питания поступает на УСПД 4 основного модуля, который формирует сигналы сброса для УСПД 4 и закрытия ключа УФиЗ 1 дублирующего модуля для его отключения от ПТ и перевода в режим ожидания. При этом основной модуль находиться в рабочем режиме, при котором УСПД 4 опрашивает датчики 5, преобразует их текущие показания в последовательный цифровой код, который через открытый ЭК 8 передается на землю.When a supply voltage is supplied through the PT to the PSU, all PSU modules are turned on. CH 6 modules form the necessary supply and reference voltages for the USPD 4. For interference with an amplitude of less than 1.5 kV, the UViZ 1 key is closed and the supply voltage is supplied to the USPD 4 of the main module, which generates reset signals for USPD 4 and closing the UViZ 1 key of the backup module for disconnect it from the PT and put it into standby mode. In this case, the main module is in the operating mode, in which the USPD 4 interrogates the sensors 5, converts their current readings into a serial digital code, which is transmitted to the ground through an open EC 8.

В случае отказа основного модуля БП, в частности при помехе свыше 1,5кВ ключ УФиЗ 1 размыкается и отключает УСПД 4 основного модуля от ПТ, переводя его в режим ожидания. В отсутствии сигналов сброса для УСПД 4 и ключа УФиЗ 1 дублирующий модуль БП начинает функционировать в нормальном режиме аналогично основному модулю. При необходимости осуществить проверку достоверности данных основного модуля сигналы на отключение УСПД 4 основного модуля и сигнал перевода дублирующего модуля в нормальный рабочий режим поступает с наземной части телеметрической системы.In the event of a failure of the main PSU module, in particular in case of interference of more than 1.5 kV, the UViZ 1 key opens and disconnects the USPD 4 of the main module from the PT, putting it into standby mode. In the absence of reset signals for USPD 4 and UViZ 1 key, the backup PSU module starts functioning in normal mode similar to the main module. If necessary, to verify the reliability of the data of the main module, the signals to disable the USPD 4 of the main module and the signal for transferring the backup module to the normal operating mode are received from the ground part of the telemetry system.

Claims

Submersible unit (PSU), comprising a main module connected in series to a transmitting path (PT), including a data acquisition and transmission device (DTD) 4 from sensors 5, with which a voltage stabilizer (CH) 6 and a voltage swing voltage regulation device 7 are connected in parallel (URRN) and an electronic key 8 (EC) controlled by USPD 4, and USPD 4, CH 6, EC 8 are connected to a grounded motor housing, characterized in that the main module additionally contains a filtering and protection device 1 (UViZ), included e between the PT and the USPD 4, and containing the filtering unit 2 and the protection unit 3 connected in series, while the submersible unit (PSU) is equipped with at least one additional module duplicating the functions of the main module, connected in series to the TP in parallel with the main module, and connected to USPD 4 and UViZ 1 of the main module.