RU2099522C1 - Downhole device for monitoring temperature of submersible electric motor and pressure at pump intake - Google Patents
Downhole device for monitoring temperature of submersible electric motor and pressure at pump intake Download PDFInfo
- Publication number
- RU2099522C1 RU2099522C1 RU95113245A RU95113245A RU2099522C1 RU 2099522 C1 RU2099522 C1 RU 2099522C1 RU 95113245 A RU95113245 A RU 95113245A RU 95113245 A RU95113245 A RU 95113245A RU 2099522 C1 RU2099522 C1 RU 2099522C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- output
- pressure
- frequency
- input
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области исследования скважин с погружными электродвигателями, работающими в приводе насосов погружных электроустановок для добычи нефти, может быть использовано в составе оборудования для контроля технологических параметров в скважине и защиты погружных электродвигателей от аномальных режимов, у которых связь между скважинной и наземной частями осуществляется по кабелю-токопроводу погружного электродвигателя, и касается усовершенствования скважинной части упомянутого оборудования. The invention relates to the field of research of wells with submersible electric motors operating in the pump drive of submersible electrical installations for oil production, can be used as part of equipment for monitoring technological parameters in the well and protecting submersible electric motors from abnormal conditions in which the connection between the borehole and the ground parts is carried out by cable-conduit submersible motor, and for improving the borehole part of the mentioned equipment.
Известно стационарное глубинное устройство для контроля давления в скважине, эксплуатируемой погружным электронасосом, содержащее датчик давления, преобразователь напряжение-частота, вход которого соединен с выходом датчика давления, блок частотной модуляции, выход которого последовательно соединен через разделительный трансформатор с входным разделительным конденсатором [1] Известное устройство вырабатывает частотно-модулированный сигнал, несущий информацию о давлении в скважине и передает ее по кабелю-токоподводу в наземную станцию управления, обеспечивая при этом высокую помехозащищенность в виду полной гальванической развязки от цепей питания и канала связи. Однако известное устройство не обеспечивает получение информации о температуре обмоток погружного электродвигателя. A stationary deep-well device for monitoring pressure in a well operated by a submersible electric pump is known, comprising a pressure sensor, a voltage-frequency converter, the input of which is connected to the output of the pressure sensor, a frequency modulation unit, the output of which is connected in series through an isolation transformer to an input isolation capacitor [1] the device generates a frequency-modulated signal that carries information about the pressure in the well and transmits it through a cable-current supply to the ground station control, while ensuring high noise immunity in view of the complete galvanic isolation from the power supply circuit and the communication channel. However, the known device does not provide information about the temperature of the windings of a submersible motor.
Известно скважинное устройство для контроля температуры погружного электродвигателя и давления на приеме насоса, названное преобразователем давления и температуры и содержащее датчики давления и температуры, преобразователь напряжение-частота, блок высокочастотной модуляции, вход которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, а выход соединен со входом усилителя мощности [2] Известное устройство обеспечивает преобразование аналоговых сигналов о давлении на приеме насоса и температуре обмоток электродвигателя в последовательность частотно-модулированных сигналов и последовательную передачу последних в линию связи. Однако последовательная выработка сигналов ограничивает быстродействие скважинного устройства, а также существенно снижает его точность ввиду сокращения интервала передачи информационной посылки до полупериода питающего напряжения. Отсутствие развязывающих элементов на выходе скважинного устройства снижает его помехозащищенность и надежность работы, что в силу наличия нуль-органа, управляемого из наземного блока (станции), может привести к сбоям в последовательности передачи сигналов и рассогласованию сигналов о давлении и температуре при их приеме, демодуляции и оценке в наземном блоке. Это может привести к недостоверности оценки информации о давлении и температуре, к снижению надежности контроля указанных технологических параметров. A well-known downhole device for monitoring the temperature of a submersible motor and pressure at a pump intake, called a pressure and temperature transducer and comprising pressure and temperature sensors, a voltage-frequency converter, a high-frequency modulation unit, the input of which is connected to the output of the voltage-frequency converter, and the output is connected to the input power amplifier [2] A known device provides the conversion of analog signals about the pressure at the pump intake and the temperature of the motor windings in a sequence of frequency-modulated signals and sequential transmission of the latter into the communication line. However, the sequential generation of signals limits the performance of the downhole device, and also significantly reduces its accuracy due to the reduction in the transmission interval of the information package to the half-cycle of the supply voltage. The absence of decoupling elements at the outlet of the downhole device reduces its noise immunity and operational reliability, which, due to the presence of a null organ controlled from the ground block (station), can lead to malfunctions in the signal transmission sequence and the mismatch of pressure and temperature signals during their reception, demodulation and ground block assessment. This can lead to inaccuracy in the assessment of information on pressure and temperature, to a decrease in the reliability of control of the indicated technological parameters.
Известна скважинная часть устройства для контроля технологических параметров в скважине и защиты погружного электродвигателя от аномальных режимов, содержащая измерительный преобразователь давления, преобразователь напряжение-частота, вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя давления, блок формирования частотно-модулированного сигнала, элемент контроля температуры, усилитель мощности, выход которого подключен к разделительному конденсатору, установленному на выходе устройства [3] В качестве элемента для контроля температуры в известном устройстве используется термореле, срабатывающее при достижении предельно допустимого значения температуры и обеспечивающее переключение диапазона несущей частоты блока модуляции, а это не позволяет контролировать текущее значение температуры, а также изменять предельно допустимые значения температуры контроля без извлечения скважинного устройства из скважины, т.е. без извлечения погружного электронасоса. Необходимость изменения предельно допустимых значений температуры часто возникает в условиях высоких температур пластовых жидкостей. Недостаточная развязка вывода скважинного устройства от цепей питания погружного электродвигателя, особенно в условиях частого срабатывания тиристорных переключателей в связи с высокой температурой эксплуатации, обусловленной пластовыми жидкостями, может привести к снижению достоверности оценки технологических параметров и надежности контроля в указанных условиях. Known downhole part of the device for monitoring technological parameters in the well and protecting the submersible motor from abnormal conditions, containing a pressure transducer, a voltage-frequency converter, the input of which is connected to the output of the pressure transducer, a frequency-modulated signal generating unit, a temperature control element, a power amplifier the output of which is connected to a separation capacitor installed at the output of the device [3] As an element for The temperature control in the known device uses a thermal relay that trips when the maximum permissible temperature is reached and allows the carrier frequency range of the modulation unit to be switched, and this does not allow controlling the current temperature value, as well as changing the maximum permissible control temperatures without removing the downhole device from the well, t. e. without removing the submersible electric pump. The need to change the maximum allowable temperature values often arises in conditions of high temperatures of formation fluids. Insufficient isolation of the output of the downhole device from the power circuits of the submersible electric motor, especially in conditions of frequent operation of the thyristor switches due to the high operating temperature due to formation fluids, can lead to a decrease in the reliability of the estimation of technological parameters and the reliability of control in these conditions.
Недостаточная информативность устройства (по параметру температуры), недостаточная достоверность измерения давления затрудняют его применение в системах обработки и управления нефтепромысловым оборудованием с использованием ЭВМ. Insufficient information content of the device (according to the temperature parameter), insufficient reliability of pressure measurement make it difficult to use in processing and control systems for oilfield equipment using computers.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для контроля температуры погружного электродвигателя и давления на приеме насоса, скважинная часть которого содержит измерительные преобразователи температуры и давления, преобразователь напряжение-частота, вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя давления, усилитель мощности, выход которого через разделительный трансформатор подключен к разделительному конденсатору, расположенному на выходе скважинного устройства [4] Известное скважинное устройство (узел, модуль) преобразует измерительную информацию о текущих значениях температуры и давления в последовательные сигналы в виде последовательных пачек импульсов, включая импульсы синхронизации и передает их через кабель-токоподвод погружного электродвигателя в наземную часть. При этом скважинное устройство защищено от помех цепей питания благодаря полной гальванической развязке с последним. Однако последовательная выработка сигналов о давлении и температуре в виде пачек импульсов и импульсов синхронизации, во-первых, ограничивает быстродействие как скважинного устройства (модуля), так и всего устройства для контроля в целом, во-вторых, снижает достоверность оценки параметров и надежность контроля при изменении температурных условий эксплуатации и наличии импульсных помех в цепях питания (в линии связи). Помехи, которые могут возникнуть от частоты срабатывания тиристорных переключателей и по другим причинам, способны запускать преобразователь пачек импульсов в прямоугольные импульсы, нарушая синхронизацию приема сигналов, что снижает достоверность оценки параметров. Недостаточная помехоустойчивость в осложненных условиях эксплуатации способна привести к возникновению несоответствия уставок давления и температуры условиям работы, чреватого снижением надежности контроля. Изменение уставок требует длительных наблюдений при частом включении отключении электронасосов, что в свою очередь снижает достоверность оценки. Closest to the claimed is a device for monitoring the temperature of the submersible motor and pressure at the pump intake, the downhole part of which contains temperature and pressure transducers, a voltage-frequency converter, the input of which is connected to the output of the pressure transducer, a power amplifier, the output of which is connected through an isolation transformer to a separation capacitor located at the outlet of the downhole device [4] Known downhole device (node , module) converts the measurement information about the current values of temperature and pressure into serial signals in the form of consecutive bursts of pulses, including synchronization pulses, and transmits them through the cable-current supply of the submersible motor to the ground part. At the same time, the downhole device is protected from interference of the power circuits due to the complete galvanic isolation with the latter. However, the sequential generation of pressure and temperature signals in the form of bursts of pulses and synchronization pulses, firstly, limits the performance of both the downhole device (module) and the entire monitoring device as a whole, and secondly, reduces the reliability of parameter estimates and the reliability of control changes in temperature operating conditions and the presence of impulse noise in the supply circuits (in the communication line). The interference that may occur from the response frequency of thyristor switches and for other reasons is capable of triggering a converter of bursts of pulses into rectangular pulses, disrupting the synchronization of signal reception, which reduces the reliability of the parameter estimates. Insufficient noise immunity in difficult operating conditions can lead to inconsistency of the pressure and temperature settings with the operating conditions, which is fraught with a decrease in the reliability of control. Changing the settings requires long-term observations with frequent switching off the electric pumps, which in turn reduces the reliability of the assessment.
Вышеуказанные факторы препятствуют использованию известного устройства для совместной работы с ЭВМ с реальном масштабе времени, а также препятствует использованию известного скважинного устройства в составе других станций контроля. The above factors impede the use of the known device for collaboration with computers in real time, and also impedes the use of the well-known downhole device as part of other monitoring stations.
Предлагаемое скважинное устройство решает задачу контроля температуры погружного электродвигателя и давления на приеме насоса в осложненных условиях эксплуатации погружных электронасосов, в частности, при откачке горячих жидкостей и в условиях электромагнитных помех. The proposed downhole device solves the problem of monitoring the temperature of the submersible motor and pressure at the pump in difficult operating conditions of submersible electric pumps, in particular, when pumping hot liquids and in the presence of electromagnetic interference.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении достоверности контроля давления и температуры, быстродействия скважинного устройства и аппаратуры контроля, а также расширении за счет этого универсальности применения. Последнее характеризуется возможностью использования скважинного устройства с разными типами наземного оборудования, включая системы с использованием электронных вычислительных машин. Помимо вышеприведенного скважинное устройство обеспечивает получение дополнительного технического результата, заключающегося в повышении надежности его работы, в обеспечении точности и достоверности измерения давления при повреждении или обрыве цепи измерительного преобразователя температуры. The technical result achieved by the invention is to increase the reliability of pressure and temperature control, the speed of the downhole device and control equipment, as well as expand due to this versatility of use. The latter is characterized by the possibility of using a downhole device with various types of ground equipment, including systems using electronic computers. In addition to the above, the downhole device provides an additional technical result, which consists in increasing the reliability of its operation, in ensuring the accuracy and reliability of pressure measurement in case of damage or open circuit of the temperature measuring transducer.
Достижение поставленной задачи и технического результата обеспечивается тем, что в скважинном устройстве для контроля температуры погружного электродвигателя и давления на приеме насоса, включающем измерительный преобразователь температуры, измерительный преобразователь давления, преобразователь напряжение-частота, вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя давления, последовательно соединенные друг с другом усилитель мощности, разделительный трансформатор и разделительный конденсатор, расположенный на выходе устройства, дополнительно введен генератор управляемой напряжением, первый вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя температуры, а второй вход генератора соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, а выход генератора соединен со входом усилителя мощности. Кроме того, генератор управляемый напряжением выполнен в виде ограничителя напряжения, масштабирующего усилителя-сумматора, дополнительного преобразователя напряжение-частота, причем выход ограничителя напряжения соединен с первым входом масштабирующего усилителя-сумматора, выход которого соединен со входом дополнительного преобразователя напряжение-частота, выход преобразователя напряжение-частота соединен со входом усилителя мощности, выход измерительного преобразователя температуры соединен со входом ограничителя напряжения, в выход преобразователя напряжение-частота соединен со вторым входом масштабирующего усилителя-сумматора. The achievement of the task and the technical result is ensured by the fact that in the downhole device for monitoring the temperature of the submersible motor and pressure at the pump intake, including a temperature transducer, pressure transducer, voltage-frequency converter, the input of which is connected to the output of the pressure transducer, connected in series with another power amplifier, isolation transformer and isolation capacitor located on you During the device, a voltage-controlled generator is additionally introduced, the first input of which is connected to the output of the temperature measuring transducer, and the second input of the generator is connected to the output of the voltage-frequency converter, and the generator output is connected to the input of the power amplifier. In addition, the voltage-controlled generator is made in the form of a voltage limiter, a scaling amplifier-adder, an additional voltage-frequency converter, the output of a voltage limiter connected to the first input of a scaling amplifier-adder, the output of which is connected to the input of an additional voltage-frequency converter, voltage converter output - the frequency is connected to the input of the power amplifier, the output of the temperature measuring transducer is connected to the input of the limiter voltage I in the inverter output voltage-frequency connected to the second input of scaling amplifier-adder.
Сущность заявляемого скважинного устройства характеризуется тем, что впервые в нем используется генератор управляемый напряжением, выполняющий следующие функции:
выработку несущей частоты и частоты девиации;
частное модулирование частоты девиации модулирующей частотой, несущей информацию об измеренном давлении;
частотное модулирование несущей частоты аналоговым сигналом, несущим информацию об измеренной температуре;
формирование сложного результирующего частотно-модулированного сигнала на основе модулирующего и аналогового сигналов.The essence of the claimed downhole device is characterized in that for the first time it uses a voltage controlled generator that performs the following functions:
generation of carrier frequency and deviation frequency;
private modulation of the deviation frequency with a modulating frequency that carries information about the measured pressure;
frequency modulation of the carrier frequency with an analog signal carrying information about the measured temperature;
the formation of a complex resulting frequency-modulated signal based on the modulating and analog signals.
Модулирующий сигнал вырабатывается преобразователем напряжение-частота, а аналоговый сигнал напряжение непосредственно измерительным преобразователем температуры. Благодаря полной гальванической развязке устройства от цепей питания и линии связи, достигаемой благодаря разделительным трансформатору и конденсатору, исключается влияние на формирование и подачу в линию связи результирующего информационного сигнала. Высокочастотные составляющие помех воздействуют одновременно на части результирующего информационного сигнала, относящиеся к давлению и температуре, что позволяет идентифицировать помехи и учесть их влияние при измерении текущих значений давления и температуры при регистрации и обработке результатов измерений. Кроме того, достоверность и точность измерений может быть повышена за счет рационального подбора несущей и модулирующей (от преобразователя напряжение-частота) частот по результатам обработки измерительной информации с учетом особенностей месторождения и условий эксплуатации. A modulating signal is generated by a voltage-frequency converter, and an analog voltage signal is directly measured by a temperature transmitter. Due to the complete galvanic isolation of the device from the supply circuits and the communication line, achieved thanks to the isolation transformer and capacitor, the influence on the formation and supply of the resulting information signal to the communication line is eliminated. The high-frequency components of the interference act simultaneously on the parts of the resulting information signal related to pressure and temperature, which makes it possible to identify the interference and take into account their influence when measuring current pressure and temperature values during recording and processing of measurement results. In addition, the reliability and accuracy of measurements can be improved by rational selection of the carrier and modulating (from the voltage-frequency converter) frequencies according to the results of processing the measurement information, taking into account the characteristics of the field and operating conditions.
Одновременно формирование и параллельная передача информации о давлении и температуре с помощью заявляемого устройства позволяют производить параллельное измерение указанных величин с помощью наземного оборудования, благодаря чему повышается быстродействие наземного измерительного оборудования и производительность при обработке результатов измерений и использовании измерительной информации с целью защиты погружного электродвигателя от аномальных режимов и выбора оптимальных условий (режимов) эксплуатации электроустановки путем задания контрольных значений давления и температуры, времен отключения, включения электродвигателя. Выполнение генератора управляемого напряжения в виде ограничителя напряжения, масштабирующего усилителя-сумматора и дополнительного преобразователя напряжение-частота при указанных связях между ними помимо вышеуказанных функций, свойств и основного технического результата обеспечивает повышение надежности устройства, точность и достоверность измерения давления (дополнительный технический результат), что связано с введением ограничителя напряжения, обеспечивающего измерение давления в случае выхода из строя измерительного преобразователя температуры. At the same time, the formation and parallel transmission of pressure and temperature information using the inventive device allows for parallel measurement of these values using ground equipment, thereby increasing the speed of ground measuring equipment and productivity when processing measurement results and using measurement information to protect the submersible motor from abnormal conditions and selection of optimal conditions (modes) of operation of an electrical installation it job control pressure and temperature, trip times, the motor. The implementation of the controlled voltage generator in the form of a voltage limiter, a scalable amplifier-adder and an additional voltage-frequency converter with the indicated relationships between them, in addition to the above functions, properties and the main technical result, provides increased reliability of the device, accuracy and reliability of pressure measurement (additional technical result), which connected with the introduction of a voltage limiter that provides pressure measurement in case of failure of the measuring pre verters temperature.
Простота детектирования измерительных сигналов, их преобразование в цифровую форму при высокой достоверности и точности позволяют использовать ЭВМ в станции наземного контроля. А возможность совмещения предлагаемого скважинного устройства с разными видами наземного контрольно-измерительного оборудования, применяемого для контроля технологических параметров в скважине и для защиты погружного электродвигателя от аномальных режимов, обуславливает целесообразность его производства в качестве самостоятельного изделия. The simplicity of detecting measuring signals, their conversion to digital form with high reliability and accuracy allows the use of computers in a ground monitoring station. And the possibility of combining the proposed downhole device with different types of ground control and measuring equipment used to control the technological parameters in the well and to protect the submersible motor from abnormal conditions, determines the feasibility of its production as an independent product.
На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 структурная электрическая схема наземного контрольно-измерительного оборудования, которое сможет быть использовано совместно со скважинным устройством; на фиг. 3 подключение скважинного устройства и наземного контрольно-измерительного оборудования. In FIG. 1 shows a structural electrical diagram of the proposed device, FIG. 2 is a structural electrical diagram of ground control and measuring equipment that can be used in conjunction with a downhole device; in FIG. 3 connection of the downhole device and ground control and measuring equipment.
Скважинное устройство для контроля температуры погружного электродвигателя и давления на приеме насоса состоит из измерительного преобразователя 1 температуры, измерительного преобразователя 2 давления, преобразователя 3 напряжение-частота, генератора 4 управляемого напряжением, усилителя 5 мощности, разделительного трансформатора 6, первого 7 и второго 8 разделительных конденсаторов, блока питания 9. При этом выход генератора 4 управляемого напряжением, выход измерительного преобразователя 2 давления соединен со входом преобразователя 3 напряжение-частота, а выход последнего соединен со вторым входом генератора 4 управляемого напряжением, выход генератора 4 управляемого напряжением соединен со входом усилителя 5 мощности, выход которого подключен к первой обмотке разделительного трансформатора 6, вторичная обмотка которого соединена с шиной "земля" и с первым выводом второго 8 разделительного конденсатора, второй выход которого соединен с первым выводом первого 7 разделительного конденсатора и со входом блока питания 9, второй вывод первого 7 разделительного конденсатора является входом-выходом скважинного устройства. При этом второй вывод второго 8 разделительного конденсатора является выходом заявляемого скважинного устройства. The downhole device for monitoring the temperature of the submersible motor and the pressure at the pump intake consists of a temperature measuring transducer 1, a pressure measuring transducer 2, a voltage-frequency transducer 3, a voltage-controlled generator 4, a power amplifier 5, an isolation transformer 6, the first 7 and the second 8 isolation capacitors , power supply 9. In this case, the output of the generator 4 is voltage-controlled, the output of the pressure transducer 2 is connected to the input of the transducer 3 voltage-frequency, and the output of the latter is connected to the second input of the voltage-controlled generator 4, the output of the voltage-controlled generator 4 is connected to the input of the power amplifier 5, the output of which is connected to the first winding of the isolation transformer 6, the secondary winding of which is connected to the ground bus and the first output of the second 8 isolation capacitor, the second output of which is connected to the first output of the first 7 isolation capacitor and to the input of the power supply 9, the second output of the first 7 isolation capacitor ora is the input-output of the downhole device. In this case, the second output of the second 8 isolation capacitor is the output of the inventive downhole device.
Генератор 4 управляемый напряжением выполнен в виде ограничителя напряжения 10, масштабирующего усилителя-сумматора 10 и дополнительного преобразователя напряжение-частота 12, причем выход измерительного преобразователя 1 температуры соединен со входом ограничителя напряжения 10, вход которого является первым входом генератора 4, а выход соединен с первым входом масштабирующего усилителя-сумматора 11, второй вход масштабирующего усилителя-сумматора 11 является вторым входом генератора 4 и соединен с выходом преобразователя 3 напряжение-частота, выход масштабирующего усилителя-сумматора 11 соединен со входом дополнительного преобразователя напряжение-частота 12, выход которого соединен со входом усилителя мощности 5. Измерительный преобразователь 2 давления может быть выполнен с выходом в виде напряжения постоянного тока и при недостаточном уровне напряжения от чувствительного элемента 13 измерительного преобразователя 2 давления, последний дополнительно снабжают масштабирующим усилителем 14, вход которого соединен с выходом элемента 13, а выход, являющийся выходом преобразователя 2, со входом преобразователя 3. При достаточно высоком уровне напряжения от чувствительного элемента, определяемым выбором конструкции последнего, усилитель 14 может не применяться. The voltage-controlled generator 4 is made in the form of a voltage limiter 10, a scaling amplifier-adder 10 and an additional voltage-frequency converter 12, and the output of the temperature measuring transducer 1 is connected to the input of the voltage limiter 10, the input of which is the first input of the generator 4, and the output is connected to the first the input of the scaling amplifier-adder 11, the second input of the scaling amplifier-adder 11 is the second input of the generator 4 and is connected to the output of the voltage-cha converter 3 the output of the scaling amplifier-adder 11 is connected to the input of an additional voltage-frequency converter 12, the output of which is connected to the input of the power amplifier 5. The pressure measuring transducer 2 can be made with an output in the form of a DC voltage and at an insufficient voltage level from the sensing element 13 pressure transducer 2, the latter is additionally equipped with a scaling amplifier 14, the input of which is connected to the output of the element 13, and the output, which is the output of the converter zovatelya 2, to the input of inverter 3. With a sufficiently high voltage level from the sensor, determines the choice of the latter design, the amplifier 14 may not be used.
Линией связи между скважинным устройством и наземным оборудованием (см. фиг. 3) является кабель-токоподвод 15 погружного электродвигателя 16 и вторичная обмотка силового трансформатора 17 станции управления. The communication line between the downhole device and ground equipment (see Fig. 3) is the cable-
Скважинное устройство стационарно устанавливают внутри корпуса погружного электродвигателя 16, причем измерительный преобразователь 1 температуры устанавливают вблизи обмоток погружного электродвигателя 16, а чувствительный элемент измерительного преобразователя 2 давления (элемент 13) устанавливают таким образом, чтобы он подвергался воздействию давления масла ПЭД, равного давлению окружающей среды. The downhole device is stationary mounted inside the body of the
Для подключения скважинного устройства к линии связи при установке ее в погружной электродвигатель 16 второй вывод первого 7 разделительного конденсатора подключают к отпайке от статорной обмотки погружного электродвигателя (ПЭД) 16, например, к его нулевой точке. To connect the downhole device to the communication line when installing it in a
Наземное оборудование включает (см. фиг. 2) третий разделительный конденсатор 18, питающий трансформатор 19, вторичная обмотка которого подсоединена к шине "земля", а также к первому выводу третьего 18 разделительного конденсатора, полосовой фильтр 20, вход которого соединен с первым выводом разделительного конденсатора 18, первый 21 и второй 22 цифровые частотомеры, частотный демодулятор 23, блок 24 обработки информации и управления, элемент 25 для отключения электродвигателя, причем входы первого 21 частотомера и частотного демодулятора 23 подключены к выходу полосового фильтра 20, выход демодулятора 23 соединен со входом второго 22 частотомера, а информационные выходы первого 21 и второго 22 частотомеров соединены соответственно с первым и вторым входами блока 24 обработки информации и управления, а выход последнего (блока 24) соединен со входом элемента 25 для отключения электродвигателя. Ground equipment includes (see Fig. 2) a
Выход элемента 25 для отключения электродвигателя соединен со входом коммутационного аппарата 26 (см. фиг. 3). The output of the
Блок 24 обработки информации и управления может быть выполнен в виде ЭВМ с параллельным или последовательным вводом информации через устройства ввода. The information processing and
Наземное оборудование подключают к линии связи путем соединения второго вывода третьего разделительного конденсатора 18 с нулевой точкой вторичной обмотки силового транзистора 17 станции управления погружной электроустановкой. Ground equipment is connected to the communication line by connecting the second terminal of the
Блок питания 9 обеспечивает выпрямление и стабилизацию напряжения промышленной частоты, поступающей от питающего трансформатора 19 по линии связи и с его вторичной обмоткой (второй шиной служит "земля"), и служит для питания скважинного устройства. The power supply unit 9 provides rectification and stabilization of the voltage of the industrial frequency coming from the
Дополнительный блок питания (на фигурах не показан), соединенный с питающим трансформатором 19, также обеспечивает выпрямление, стабилизацию напряжения промышленной частоты и служит для питания наземного оборудования. An additional power supply unit (not shown in the figures) connected to the
Масштабирующий усилитель 14 обеспечивает высокий уровень измерительного сигнала от чувствительного элемента давления, необходимый для работы преобразователя 3 напряжение-частота. The scaling amplifier 14 provides a high level of the measuring signal from the pressure sensor necessary for the operation of the voltage-frequency converter 3.
Устройство работает следующим образом. При включении в сеть питающего трансформатора 19 от дополнительного блока питания запитываются все элементы и блоки наземного оборудования, а ток промышленной частоты через третий 18 разделительный конденсатор и линию связи (вторичную обмотку силового трансформатора 17 и кабель-токоподвод 15 ПЭД-16) и первый 7 разделительный конденсатор поступает на блок питания 9, осуществляющий питание всех элементов и блоков скважинного устройства. The device operates as follows. When the
Как при включении, так и при отключении погружной электроустановке производится непрерывный контроль давления на приеме погружного электронасоса, а также температуры статорных обмоток ПЭД-16, причем такой контроль производится одновременно и непрерывно по обоим параметрам. Both when turning on and off the submersible electrical installation, the pressure at the intake of the submersible electric pump is continuously monitored, as well as the temperature of the stator windings PED-16, and this monitoring is performed simultaneously and continuously in both parameters.
Измерительный преобразователь 2 давления непрерывно формирует выходной сигнал в виде величины постоянного напряжения, пропорционального давлению пластовой жидкости, окружающей погружной электродвигатель 16. Этот сигнал от чувствительного элемента 13, усиленный масштабирующим усилителем 14, поступает на вход преобразователя 3 напряжение-частота, на выходе которого формируется периодический сигнал, например, последовательность прямоугольных импульсов с периодом следования:
где A и B коэффициенты пропорциональности,
F0 постоянная частота,
P текущее значение контролируемого давления,
F0(AP+B) модулирующая частота.The pressure measuring transducer 2 continuously generates an output signal in the form of a constant voltage proportional to the pressure of the reservoir fluid surrounding the
where A and B are proportionality coefficients,
F 0 constant frequency
P is the current value of the controlled pressure,
F 0 (AP + B) modulating frequency.
Рассмотрим для простоты иллюстрации выходной сигнал преобразователя 3 в виде последовательности прямоугольных импульсов со скважностью 1, функцию напряжения переменного тока частотой F, являющейся в свою очередь функцией контролируемого давления P,
F F0(AP+B)
можно представить в виде:
где n натуральное число.For simplicity of illustration, we consider the output signal of the transducer 3 in the form of a sequence of rectangular pulses with a duty cycle of 1, a function of AC voltage of frequency F, which in turn is a function of the controlled pressure P
FF 0 (AP + B)
can be represented as:
where n is a natural number.
Сформированный сигнал с выхода преобразователя 3 напряжение-частота поступает на второй вход масштабирующего усилителя-сумматора 11. Первый вход последнего соединен с выходом измерительного преобразователя 1 температуры размещен в непосредственной близости от статорных обмоток ПЭД-16, что позволяет манипулировать его время реакции на измерение температуры обмоток. Измерительный преобразователь 1 температуры формирует выходной сигнал в виде постоянного, линейно изменяющегося напряжения:
Uт.(t) Jстаб• Rт(t) CT + D,
где Jстаб ток питания измерительного преобразователя температуры;
Rт(t) сопротивление измерительного преобразователя температуры, являющееся функцией температуры;
C и D коэффициенты пропорциональности;
T текущее значение температуры.The generated signal from the output of the voltage-frequency converter 3 is fed to the second input of the scaling amplifier-adder 11. The first input of the latter is connected to the output of the temperature measuring transducer 1 located in the immediate vicinity of the stator windings PED-16, which allows you to manipulate its reaction time to measure the temperature of the windings . The measuring transducer 1 temperature generates an output signal in the form of a constant, linearly varying voltage:
U t. (T) J stab • R t (t) CT + D,
wherein J stub supply current temperature transmitter;
R t (t) is the resistance of the temperature measuring transducer, which is a function of temperature;
C and D are proportionality coefficients;
T current temperature value.
Ограничитель напряжения 10 служит для того, чтобы в случае обрыва цепи измерительного преобразователя 1 в процессе работы (что эквивалентно Pт → ∞) величина Uт.(t) установилась равной некоторому заранее выбранному значению Uт.max, позволяя тем самым нормально функционировать каналу измерения давления.The voltage limiter 10 serves to ensure that in the event of an open circuit of the measuring transducer 1 during operation (which is equivalent to P t → ∞), the value of U t (t) is set equal to some pre-selected value of U t max , thereby allowing the channel to function normally pressure measurements.
Напряжение Uт(t) CT + D ≅ Uт.max поступает на первый вход масштабирующего усилителя-сумматора 11. Сложенный в усилителе-сумматоре 11 сигнал UΣ(t) = Uт(t)+Up(t) будет содержать как медленно меняющуюся постоянную составляющую Uт(t), являющуюся линейной зависимостью температуры, так и переменную составляющую Up(t), частота которой является линейной функцией давления.The voltage U t (t) CT + D ≅ U tmax is applied to the first input of the scaling amplifier-adder 11. The signal U Σ (t) = U t (t) + U p (t) added to the amplifier-adder 11 will contain as a slowly changing constant component U t (t), which is a linear dependence of temperature, and a variable component U p (t), whose frequency is a linear function of pressure.
С выхода масштабирующего усилителя-сумматора 11 сигнал UΣ(t) поступает на вход дополнительного преобразователя 12 напряжение-частота. На выходе последнего формируется частотно-модулированный сигнал, круговая частот которого
w(t) = ωo(t)+Δωmax(t)
где ωo(t) несущая частота (немодулированных колебаний),
Δωmax(t) частота девиации.From the output of the scaling amplifier-adder 11, the signal U Σ (t) is fed to the input of an additional voltage-frequency converter 12. At the output of the latter, a frequency-modulated signal is formed, the circular frequency of which
w (t) = ω o (t) + Δω max (t)
where ω o (t) is the carrier frequency (unmodulated oscillations),
Δω max (t) is the frequency of deviation.
При этом медленно меняющееся значение несущей частоты является функцией Uт(t), а частота девиации является функцией Up(t), т.е.In this case, the slowly changing value of the carrier frequency is a function of U t (t), and the deviation frequency is a function of U p (t), i.e.
ω(t) = ωoUт(t)+ΔωmaxUp(t)
Сформированный сложный результирующий частотно-модулированный сигнал, усиливаясь в усилителе 5 мощности, трансформируется с помощью выходного трансформатора 6 и разделительных конденсаторов 8, 7 в линию связи.ω (t) = ω o U t (t) + Δω max U p (t)
The generated complex resulting frequency-modulated signal, amplified in the power amplifier 5, is transformed using an output transformer 6 and isolation capacitors 8, 7 into a communication line.
Таким образом, генератор 4 управляемый напряжением формируют сложный частотно-модулированный сигнал, пропорциональный текущим значениям температуры и давления, поступающим соответственно на его первый и второй входы. Thus, the voltage-controlled generator 4 forms a complex frequency-modulated signal proportional to the current temperature and pressure values supplied to its first and second inputs, respectively.
Разделительный конденсатор 7 обеспечивает свободное прохождение питания промышленной частоты в скважинное устройство, информационного сигнала из скважинного устройства и развязку блока питания 9 от помех в линии связи. (Аналогичную функцию выполняет разделительный конденсатор 18 для наземного оборудования). The separation capacitor 7 provides free passage of industrial frequency power to the downhole device, an information signal from the downhole device and the isolation of the power supply 9 from interference in the communication line. (A similar function is performed by a
Разделительный конденсатор 8 и разделительный трансформатор 6 обеспечивают свободное прохождение результирующего информационного сигнала из скважинного устройства в линию связи, полную гальваническую развязку цепей скважинного устройства от цепей питания ПЭД-16, хорошее согласование усилителя 5 мощности с линией связи. Separating capacitor 8 and isolating transformer 6 provide free passage of the resulting information signal from the downhole device to the communication line, complete galvanic isolation of the downhole device circuits from the PED-16 power circuits, good matching of the power amplifier 5 with the communication line.
Таким образом, заявляемое скважинное устройство обеспечивает параллельное получение информации о текущих значениях давления и температуры, формирование сложного частотно-модулированного сигнала, несущего информацию одновременно о текущих значениях давления и температуры, передачу указанного результирующего сигнала в линию связи. При этом вид результирующего сигнала является устойчивым к помехам в линии связи при его частотной демодуляции и обработке. Thus, the inventive downhole device provides parallel information about the current values of pressure and temperature, the formation of a complex frequency-modulated signal that carries information simultaneously about the current values of pressure and temperature, and the transmission of the specified resulting signal to the communication line. Moreover, the type of the resulting signal is resistant to interference in the communication line during its frequency demodulation and processing.
Преобразование сигнала, поступившего в наземное оборудование от скважинного устройства через линию связи, осуществляется следующим образом. The conversion of the signal received in the ground equipment from the downhole device through the communication line is as follows.
Снятый с нулевой точки вторичной обмотки силового трансформатора 17 результирующий информационный сигнал через третий разделительный конденсатор 18 поступает на полосовой фильтр 20, обеспечивающий прохождение результирующего информационного сигнала и задерживающий сигналы других частот. Результирующий информационный сигнал с выхода фильтра 20 поступает на вход первого частотомера 21, осуществляющего измерение несущих частот информационного сигнала, а также на вход частотного демодулятора 23, выделяющего модулирующую частоту, связанную с частотой девиации, значения которой измеряются вторым частотомером 22. Информация о текущих значениях температуры в виде цифрового кода поступает с информационного выхода частотомера 21 на первый вход блока 24, а информация о текущих значениях давления поступает с информационного выхода частотомера 22 в виде цифрового кода на второй вход блока 24. Блок 24 обработки информации и управления анализирует непрерывно поступающую информацию о текущих значениях давления и температуры с учетом возможного влияния на них электромагнитных помех в линии связи, сравнивает текущие значения с контрольными и, при необходимости, выдает логическую команду на элемент 25 для отключения или включения погружного электродвигателя 16. Элемент 25 представляет собой релейный элемент, например электронное или электромеханическое реле, вырабатывающий команду включения-отключения для коммутационного аппарата 26 станции управления, обеспечивающего включение-отключение силовых цепей. На основании обработки измерительной информации блок 24 выявляет причины превышения заданных значений контролируемых параметров, вырабатывает оптимальный режим работы электродвигателя 16, обеспечивающий как защиту погружного электродвигателя 16, так и целесообразную работу электроустановки в осложненных условиях эксплуатации. The resulting information signal, taken from the zero point of the secondary winding of the
Благодаря одновременной выработке и подаче помехоустойчивого результирующего информационного сигнала о текущих значениях давления и температуры, заявляемое скважинное устройство может быть использовано с уже применяемым наземным оборудованием. В частности, легко видеть, что оно может быть использовано с наземным оборудованием, описанным в авторских свидетельствах СССР N 1371361 и 1640389, применяемым в нефтедобыче. Использование его впервые открывает возможности для создания системы нефтепромыслового оборудования, управляемого от ЭВМ, на базе погружных электроустановок с вмонтированными скважинными устройствами. Due to the simultaneous generation and supply of a noise-tolerant resulting information signal about the current values of pressure and temperature, the inventive downhole device can be used with already used ground equipment. In particular, it is easy to see that it can be used with ground equipment described in the USSR copyright certificates N 1371361 and 1640389 used in oil production. Using it for the first time opens up possibilities for creating a computer-controlled oilfield equipment system based on submersible electrical installations with mounted downhole devices.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95113245A RU2099522C1 (en) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | Downhole device for monitoring temperature of submersible electric motor and pressure at pump intake |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94044971 | 1994-02-08 | ||
| BY01166-01 | 1994-02-08 | ||
| RU95113245A RU2099522C1 (en) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | Downhole device for monitoring temperature of submersible electric motor and pressure at pump intake |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95113245A RU95113245A (en) | 1997-07-20 |
| RU2099522C1 true RU2099522C1 (en) | 1997-12-20 |
Family
ID=20170639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95113245A RU2099522C1 (en) | 1995-07-26 | 1995-07-26 | Downhole device for monitoring temperature of submersible electric motor and pressure at pump intake |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2099522C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2461113C2 (en) * | 2007-08-29 | 2012-09-10 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | System and method of submersible motor winding protection |
| RU178244U1 (en) * | 2017-12-29 | 2018-03-28 | Дмитрий Валерьевич Хачатуров | Downhole measuring device of an electric submersible pump installation |
-
1995
- 1995-07-26 RU RU95113245A patent/RU2099522C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Присяжнюк Н.И. и др. Стационарное глубинное устройство контроля давления в скважине, эксплуатируемой погружным электронасосом. Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности: Реферативный научно-технический сборник. - М.: ВНИИОЭНГ, 1975, N 7, с. 14 - 17. 2. Разуваевский В.В. и др. Некоторые аспекты модернизации термометрической системы ТМС-3. Нефтяная промышленность: Научно-технический информационный сборник, вып.1. - М., 1989, с. 1 - 3. 3. SU, авторское свидетельство, 1640389, кл. E 21 B 47/00, 1991. 4. SU, авторское свидетельство, 1652525, кл. E 21 b 47/06, 1991. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2461113C2 (en) * | 2007-08-29 | 2012-09-10 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | System and method of submersible motor winding protection |
| RU178244U1 (en) * | 2017-12-29 | 2018-03-28 | Дмитрий Валерьевич Хачатуров | Downhole measuring device of an electric submersible pump installation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20140077966A1 (en) | Power line communication system | |
| US5515038A (en) | Data transmission system | |
| US5521592A (en) | Method and apparatus for transmitting information relating to the operation of a downhole electrical device | |
| US6587037B1 (en) | Method for multi-phase data communications and control over an ESP power cable | |
| CA2677881C (en) | Signal processing in downhole equipment | |
| US4788545A (en) | Parameter telemetering from the bottom of a deep borehole | |
| US4620189A (en) | Parameter telemetering from the bottom of a deep borehole | |
| US4646083A (en) | Borehole measurement and telemetry system | |
| US9759837B2 (en) | Ground fault tolerant data communication system for a downhole instrument | |
| EP1197011B1 (en) | Power line communication system | |
| US4876539A (en) | Parameter telemetering from the bottom of a deep borehole | |
| RU178244U1 (en) | Downhole measuring device of an electric submersible pump installation | |
| WO1996023368A1 (en) | Method and apparatus for communicating by means of an electrical power cable | |
| RU2099522C1 (en) | Downhole device for monitoring temperature of submersible electric motor and pressure at pump intake | |
| US10221679B2 (en) | Reducing common mode noise with respect to telemetry equipment used for monitoring downhole parameters | |
| KR101187729B1 (en) | Power line communication apparatus using phase of alternating current | |
| RU2301888C1 (en) | Downhole device for pressure measurement and control at submersible pump intake | |
| RU203424U1 (en) | Submersible telemetry ground unit | |
| US10738571B2 (en) | Powering an ESP sensor using AC current | |
| CN101517913B (en) | Installation and method for operating an installation | |
| US11572920B2 (en) | Electric machine control using long cables | |
| JPH0247189B2 (en) | ||
| GB2500047A (en) | Downhole data transmission using two different transmit frequencies | |
| US20230212942A1 (en) | Electronic system for recovering the communication signal of the bottom sensor and tester of the communication module/mmi with the bottom sensor in oil wells operating with scp | |
| RU2234707C1 (en) | Device for measuring electrical energy with protection from thefts |