RU2793261C1 - Plug valve with telemetry unit - Google Patents

Plug valve with telemetry unit Download PDF

Info

Publication number
RU2793261C1
RU2793261C1 RU2022104009A RU2022104009A RU2793261C1 RU 2793261 C1 RU2793261 C1 RU 2793261C1 RU 2022104009 A RU2022104009 A RU 2022104009A RU 2022104009 A RU2022104009 A RU 2022104009A RU 2793261 C1 RU2793261 C1 RU 2793261C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plug valve
telemetry unit
valve according
inlet
sensors
Prior art date
Application number
RU2022104009A
Other languages
Russian (ru)
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Омега"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Омега" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Омега"
Application granted granted Critical
Publication of RU2793261C1 publication Critical patent/RU2793261C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: testing equipment.
SUBSTANCE: invention relates to valves equipped with telemetry units. The plug valve contains a housing integrated with an inlet pipe and an outlet pipe, a shut-off element made in the form of a cylindrical plug with a central hole is installed inside the housing. To monitor the current state of the wall thickness of the inlet and outlet pipes, the first and second rangefinders are installed in them, for the possibility of monitoring the fluid in the pipeline, the first and second pressure sensors are installed inside the inlet and outlet pipes, a temperature sensor and an acidity and alkalinity sensor of solutions are installed in the outlet pipe, the outputs of these sensors are connected to digital and analog measuring inputs a telemetry unit equipped with a wireless communication module.
EFFECT: possibility of studying the resistance of shut-off valves to block the movement of the working medium in pipelines, the ability to control the temperature and acidity of the working medium in pipelines, the transmission of telemetry data to a remote automated control system in real time.
8 cl. 2 dwg

Description

Изобретение относится к задвижкам, снабженным телеметрическими узлами, с подключенными к их измерительным входам оптическими датчиками для измерения толщины стенок патрубков, датчиками температуры и давления текучих сред, а также кислотности или щелочности растворов. Устройство может быть полезно для исследования стойкости запорной арматуры, использующейся для перекрытия движения рабочей среды в трубопроводах и нефтепроводах.SUBSTANCE: invention relates to gate valves equipped with telemetry units, with optical sensors connected to their measuring inputs for measuring nozzle wall thickness, fluid temperature and pressure sensors, as well as acidity or alkalinity of solutions. The device can be useful for studying the resistance of shut-off valves used to block the movement of the working medium in pipelines and oil pipelines.

Из уровня техники известен пробковый кран (RU192276U1, МПК B60T 17/04, F16K 5/04, опубл. 11.09.2019), снабженный изолированной зоной управления потоком рабочей среды. Кран содержит полый корпус, подвижный запирающий элемент, выполненный в виде цилиндрической пробки, и уплотнительный элемент с герметизирующими элементами, установленный по обе стороны от цилиндрической пробки. При этом подвижный запирающий элемент установлен в корпусе крана на подшипниках, установленных коаксиально относительно вертикальной оси пробки, а уплотнительный элемент выполнен с возможностью упругой деформации и изменения степени кривизны под давлением рабочей среды.A plug valve is known from the prior art (RU192276U1, IPC B60T 17/04, F16K 5/04, publ. 09/11/2019), equipped with an isolated zone for controlling the flow of the working medium. The valve contains a hollow body, a movable locking element made in the form of a cylindrical plug, and a sealing element with sealing elements installed on both sides of the cylindrical plug. At the same time, the movable locking element is installed in the valve body on bearings installed coaxially relative to the vertical axis of the plug, and the sealing element is made with the possibility of elastic deformation and change in the degree of curvature under the pressure of the working medium.

Недостатком известного пробкового крана является отсутствие в его конструкции узлов, позволяющих выполнять открытие и закрытие крана автоматически, кроме того конструкция корпуса крана не предусматривает технологических отверстий для установки в них датчиков, обеспечивающих возможность контроля рабочей среды, а также определения состояния и степени износа внутренних поверхностей патрубков корпуса крана.The disadvantage of the known plug valve is the absence in its design of nodes that allow opening and closing the valve automatically, in addition, the design of the valve body does not provide technological holes for installing sensors in them that provide the ability to control the working environment, as well as determine the condition and degree of wear of the internal surfaces of the nozzles crane body.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признано устройство для осуществления способа экстренной диагностики трубопроводов высокого давления (RU2442072C1, МПК F17D 5/02, G01N 29/14, опубл. 10.02.2012). Способ с помощью известного устройства (RU2221230C2, МПК G01M 3/24, F17D 5/02, опубл. 10.01.2004) позволяет осуществлять выявление коррозионных дефектов в магистральных трубопроводах для транспортировки углеводородов, к одним из которых относится локальное утончение стенки трубы до толщины менее 50% от номинала. Устройство диагностики содержит, по крайней мере, два акустических датчика, выходы которых через фильтры и аналого-цифровые преобразователи соединены с входами многоканального блока приема и обработки информации, выход которого соединен с входом микропроцессорной системы контроля состояния трубопровода, снабженной узлом анализа данных и определения аварийных точек на трубопроводе, а также модулем индикации, позволяющим установить место аварии и интенсивность течи на аварийном участке.The closest technical solution to the claimed invention and selected as a prototype is a device for implementing a method for emergency diagnostics of high pressure pipelines (RU2442072C1, IPC F17D 5/02, G01N 29/14, publ. 10.02.2012). The method using a known device (RU2221230C2, IPC G01M 3/24, F17D 5/02, publ. 01/10/2004) allows the detection of corrosion defects in the main pipelines for transporting hydrocarbons, one of which includes local thinning of the pipe wall to a thickness of less than 50 % of nominal. The diagnostic device contains at least two acoustic sensors, the outputs of which are connected through filters and analog-to-digital converters to the inputs of a multi-channel block for receiving and processing information, the output of which is connected to the input of a microprocessor system for monitoring the condition of the pipeline, equipped with a node for analyzing data and determining emergency points on the pipeline, as well as an indication module that allows you to determine the location of the accident and the intensity of the leak in the emergency section.

Недостатком известного устройства диагностики является сложность его адаптации для использования в качестве узла телеметрии пробкового крана. Кроме того, применение в составе устройства акустических датчиков не обеспечивает требуемую достоверность измерения толщины стенок патрубков крана.A disadvantage of the known diagnostic device is the complexity of its adaptation for use as a telemetry node plug valve. In addition, the use of acoustic sensors as part of the device does not provide the required reliability of measuring the wall thickness of the tap nozzles.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение возможности проведения с помощью задвижки, снабженной блоком телеметрии, экспериментов по определению среднего ресурса пробковых кранов, применяемых в составе манифольдов, при проведении операций, связанных с интенсификацией добычи нефти.The technical problem to be solved by the claimed invention is to enable experiments to determine the average resource of plug valves used as part of manifolds, using a valve equipped with a telemetry unit, during operations related to the stimulation of oil production.

Указанная задача решена тем, что пробковый кран содержит корпус, выполненный заодно с входным патрубком и выходным патрубком, при этом внутри корпуса установлен запорный элемент, выполненный в виде цилиндрической пробки с центральным отверстием. Для контроля текущего состояния толщины стенок входного и выходного патрубков в них установлены первый и второй дальномеры, а для возможности мониторинга текучей среды в трубопроводе внутри входного и выходного патрубков установлены первый и второй датчики давления, дополнительно в выходной патрубок установлен датчик температуры и датчик кислотности и щелочности растворов, при этом выходы упомянутых датчиков подключены к цифровым и аналоговым измерительным входам блока телеметрии, снабженного модулем беспроводной связи.This problem is solved by the fact that the plug valve contains a body made integral with the inlet pipe and the outlet pipe, while a locking element is installed inside the body, made in the form of a cylindrical plug with a central hole. To control the current state of the wall thickness of the inlet and outlet nozzles, the first and second rangefinders are installed in them, and for the possibility of monitoring the fluid in the pipeline, the first and second pressure sensors are installed inside the inlet and outlet nozzles, in addition, a temperature sensor and an acidity and alkalinity sensor are installed in the outlet nozzle solutions, while the outputs of the said sensors are connected to the digital and analog measuring inputs of the telemetry unit, equipped with a wireless communication module.

Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков устройства, является возможность исследования с его помощью стойкости запорной арматуры, использующейся для перекрытия движения рабочей среды в трубопроводах и нефтепроводах при проведении операций, связанных с интенсификацией добычи нефти, в частности, гидравлического разрыва пласта, осуществляющихся с применением проппанта под рабочим давлением до 105 МПа. Дополнительным положительным результатом от применения устройства является возможность контролировать с его помощью температуру и кислотность рабочей среды в трубопроводах с возможностью передачи телеметрических данных удаленной автоматизированной системе управления технологическим процессом в режиме реального времени.A positive technical result, provided by the set of features of the device disclosed above, is the ability to study with its help the resistance of shut-off valves used to block the movement of the working medium in pipelines and oil pipelines during operations related to the stimulation of oil production, in particular, hydraulic fracturing, carried out with using proppant under operating pressure up to 105 MPa. An additional positive result from the use of the device is the ability to control with its help the temperature and acidity of the working medium in pipelines with the possibility of transmitting telemetry data to a remote automated process control system in real time.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведен разнесенный вид пробкового крана в изометрической проекции; на фиг. 2 приведена структурная схема телеметрического блока.The invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows an exploded view of a plug valve in isometric projection; in fig. 2 shows a block diagram of the telemetry unit.

Пробковый кран с блоком телеметрии устроен следующим образом.A plug valve with a telemetry unit is arranged as follows.

Основой пробкового крана является корпус 1, выполненный заодно с входным 2 патрубком с резьбой, снабженным торцовым уплотнением 3 и выходным 4 патрубком, с зафиксированной на его внешней поверхности стопорным сегментом 5 и стопорным кольцом 6 гайкой 7. Внутри корпуса на вкладышах 8, 9, снабженных уплотнениями, 10 установлен запорный элемент 11, выполненный в виде цилиндрической пробки с центральным отверстием, выполненным перпендикулярно продольной оси пробки, при этом на нижней и верхней галтелях пробки установлены герметизирующие металлические 12, 13 и пластиковые 14, 15 уплотнения. Снизу корпус 1 закрыт крышкой 16, закрепленной на нижней торцовой поверхности корпуса 1 болтами 17. Для обеспечения возможности смазки внутренней полости крана в крышке установлена съемная пресс-масленка 18. В верхней части корпуса 1 на шипе цилиндрической пробки через переходник 19 посредством шпоночного соединения 20 закреплен ведущий вал 21, установленный в адаптере 22, зафиксированном на верхнем торце корпуса 1 болтовым соединением 23, 24. При этом вал 21 соединен с выходным валом редуктора 25, закрепленного болтовым соединением 26, 27 на внешней поверхности адаптера, а входной вал редуктора 35 может быть соединен с ручным маховиком 28 или с выходным валом электродвигателя.The basis of the plug valve is the body 1, made integral with the inlet 2 threaded pipe, equipped with a mechanical seal 3 and outlet 4 pipe, with a locking segment 5 fixed on its outer surface and a locking ring 6 with a nut 7. Inside the body on inserts 8, 9, equipped with seals, 10, a locking element 11 is installed, made in the form of a cylindrical plug with a central hole made perpendicular to the longitudinal axis of the plug, while sealing metal 12, 13 and plastic 14, 15 seals are installed on the lower and upper fillets of the plug. From below, the body 1 is closed with a cover 16, fixed on the lower end surface of the body 1 with bolts 17. To ensure the possibility of lubricating the internal cavity of the valve, a removable grease fitting 18 is installed in the cover. the drive shaft 21 installed in the adapter 22, fixed on the upper end of the housing 1 by bolting 23, 24. In this case, the shaft 21 is connected to the output shaft of the gearbox 25, bolted 26, 27 on the outer surface of the adapter, and the input shaft of the gearbox 35 can be connected to the handwheel 28 or to the output shaft of the electric motor.

Рассмотренная выше конструкция пробкового крана и его основных узлов обеспечивает надежное перекрытие поступающей в корпус 1 со стороны входного 2 патрубка водного кислотного раствора, при давлении рабочей среды до 105 МПа.The design of the plug valve and its main components considered above provides reliable shutoff of the aqueous acid solution entering the housing 1 from the side of the inlet 2 branch pipe, at a pressure of the working medium up to 105 MPa.

Для контроля текущего состояния толщины стенок входного 2 и выходного 4 патрубков в них установлены первый и второй дальномеры 29, 30, а для возможности мониторинга текучей среды в трубопроводе внутри входного 2 и выходного 4 патрубков установлены первый и второй датчики давления 31, 32, дополнительно в выходной патрубок 4 установлен датчик температуры 33 и датчик кислотности и щелочности растворов 34. Упомянутые датчики введены в патрубки через технологические каналы диаметром 16 мм и резьбой М20х2.5.To control the current state of the wall thickness of the inlet 2 and outlet 4 nozzles, the first and second rangefinders 29, 30 are installed in them, and for the possibility of monitoring the fluid in the pipeline inside the inlet 2 and outlet 4 nozzles, the first and second pressure sensors 31, 32 are installed, additionally in the outlet branch pipe 4 is equipped with a temperature sensor 33 and a sensor for the acidity and alkalinity of solutions 34. The mentioned sensors are inserted into the pipes through technological channels with a diameter of 16 mm and a M20x2.5 thread.

Выходы датчиков подключены к цифровым и аналоговым измерительным входам блока телеметрии, закрепленного в герметичном кожухе (на фигурах условно не показан) на внешней поверхности корпуса 1 пробкового крана и выполнен на основе микроконтроллера 35, в качестве которого может быть использована микросхема STM8L152 (STM8 8-bit MCUs // St.com URL: http://www.st.com/en/microcontrollers/stm8-8-bit-mcus.html?querycriteria= productId=SC1244 (дата обращения: 09.02.2022)), содержащего микропроцессорное ядро 36, соединенное с помощью системной шины с FLASH-памятью программ 37, SRAM-памятью данных 38, последовательной асимметричной шине для подключения низкоскоростных периферийных компонентов, представляющей собой I2C-интерфейс 39, реализующий цифровые измерительные входы блока телеметрии, многоканальным аналого-цифровым преобразователем (ADC) 40, линии (ADC0÷ADC3) которого, снабженные операционными усилителями, являются аналоговыми измерительными входами блока телеметрии, энергонезависимой электрически перепрограммируемой памятью EEPROM 41, универсальным синхронно-асинхронным приемопередатчиком USART 42 и интерфейсом ввода-вывода общего назначения, сгруппированного в четыре GPIO-порта ввода-вывода 43, 44, 45, 46.The outputs of the sensors are connected to the digital and analog measuring inputs of the telemetry unit, fixed in a sealed casing (conventionally not shown in the figures) on the outer surface of the body 1 of the plug valve and is made on the basis of a microcontroller 35, which can be used as an STM8L152 chip (STM8 8-bit MCUs // St.com URL: http://www.st.com/en/microcontrollers/stm8-8-bit-mcus.html?querycriteria=productId=SC1244 (Accessed: 02/09/2022)) containing a microprocessor core 36, connected via a system bus to FLASH program memory 37, SRAM data memory 38, a serial asymmetric bus for connecting low-speed peripheral components, which is an I 2 C interface 39 that implements digital measuring inputs of the telemetry unit, a multichannel analog-to-digital converter (ADC) 40, the lines (ADC0÷ADC3) of which, equipped with operational amplifiers, are analog measuring inputs of the telemetry unit, non-volatile electrically reprogrammable memory EEPROM 41, universal synchronous-asynchronous transceiver USART 42 and a general-purpose I/O interface grouped into four GPIOs - input-output ports 43, 44, 45, 46.

При этом к I2C-интерфейсу 39 (последовательной асимметричной шине) подключены первый и второй дальномеры 29, 30, выполненные в виде лазерных датчиков расстояния VL53L0X (Датчик расстояния лазерный VL53L0X // MCU Store. URL: https://mcustore.ru/store/datchiki-i-sensory/datchik-rasstoyaniya-lazernyj-vl53l0x-gy-530/?gclid=Cj0KCQiA89zvBRDoARIsAOIePbAKYLBUlgB sySS-4FmwgHK5KG8k2w9CO0-86m76K25SK7HJMBKzRFgaAoVHEALw_wcB (дата обращения: 09.02.2022)), к линиям ADC0÷ADC3 аналого-цифрового преобразователя 40 подключены датчики давления 31, 32, датчик температуры 33 и датчик кислотности и щелочности растворов 34. В качестве датчиков давления 31, 32 может быть использован преобразователь давления модели РТМ-М (РТМ-М преобразователь давления // Orleks.ru. URL: https://www.orleks.ru/datchiki-davleniya-s-unificirovannym-vyhodnym-signalom/rtm-m-preobrazovatel-davleniya/ (дата обращения: 10.12.2020)), в качестве датчика температуры 33 может быть применен преобразователь термоэлектрический разборный, унифицированный модели ТПК (Преобразователи термоэлектрические разборные, унифицированные ТПК, ТПL с термометрической вставкой типа ВТ // Энергоавтоматика. URL: https://kipia.ru/catalog/izmeritelnye-pribory/izmerenie-temperatury/termopreobrazovateli/5-preobrazovateli-termoelektricheskie/ (дата обращения: 10.12.2020)) с термометрической вставкой, а в качестве датчика кислотности и щелочности растворов может быть применен погружной щуп с буферным раствором pH=7,0 (Датчик кислотности жидкости (Troyka-модуль) // Амперка. URL: https://amperka.ru/product/troyka-ph-sensor (дата обращения: 14.02.2022)). К универсальному синхронно-асинхронному приемопередатчику USART 42 подключен модуль беспроводной связи 47, выполненный в виде радиомодуля в качестве которого может использоваться микросхема HC-12 с UART-интерфейсом (HC-12: радиомодуль c UART-интерфейсом на 433 МГц // Записки программиста. URL: https://eax.me/hc-12 (дата обращения: 09.02.2022)), к первому GPIO-порту ввода-вывода 43 подключен силовой выход 48, выполненный с возможностью подключения к электродвигателю (на фигурах условно не показан), представляющий собой шестиканальную сборку на основе ключей Дарлингтона, в качестве которой может использоваться микросхема ULN2003 (Микросхема ULN2003. Описание, схема подключения // Joyta.ru. Все для радиолюбителя. URL: https://www.joyta.ru/4575-mikrosxema-uln2003-opisanie-i-sxemy-primeneniya/ (дата обращения: 09.02.2022)), ко второму GPIO-порту ввода-вывода 44 подключен символьный LCD-дисплей 49 на основе контроллера HD44780 (HD44780 // All-Audio.pro. Статьи, схемы, справочники. URL: https://all-audio.pro/c14/instruktsii/ hd44780.php#simvol-nyy-lcd-displey-16x2-hd44780 (дата обращения: 09.02.2022)), а к третьему GPIO-порту ввода-вывода 45 подключена клавиатура 50, содержащая шестнадцать клавиш, а четвертый GPIO-порт ввода-вывода 46 оставлен в качестве резерва.At the same time, the first and second rangefinders 29, 30 are connected to the I 2 C interface 39 (serial asymmetric bus), made in the form of laser distance sensors VL53L0X (Laser distance sensor VL53L0X // MCU Store. URL: https://mcustore.ru/ store/datchiki-i-sensory/datchik-rasstoyaniya-lazernyj-vl53l0x-gy-530/?gclid=Cj0KCQiA89zvBRDoARIsAOIePbAKYLBUlgB sySS-4FmwgHK5KG8k2w9CO0-86m76K25SK7HJMBKzRFgaAoVHEALw_wcB (дата обращения: 09.02.2022)), к линиям ADC0÷ADC3 аналого-цифрового преобразователя 40 подключены pressure sensors 31, 32, temperature sensor 33 and sensor of acidity and alkalinity of solutions 34. As pressure sensors 31, 32, a model RTM-M pressure transducer can be used (RTM-M pressure transducer // Orleks.ru. URL: https:/ /www.orleks.ru/datchiki-davleniya-s-unificirovannym-vyhodnym-signalom/rtm-m-preobrazovatel-davleniya/ (date of access: 12/10/2020)), as a temperature sensor 33, a unified thermoelectric collapsible converter can be used TPK models (Thermoelectric collapsible converters, unified TPK, TPL with a thermometric insert of the BT type // Energoavtomatika. URL: https://kipia.ru/catalog/izmeritelnye-pribory/izmerenie-temperatury/termopreobrazovateli/5-preobrazovateli-termoelektricheskie/ (date of access: 10.12.2020)) with a thermometric insert, and as a sensor of acidity and alkalinity of solutions can an immersion probe with a buffer solution pH = 7.0 should be used (Liquid acidity sensor (Troyka-module) // Amperka. URL: https://amperka.ru/product/troyka-ph-sensor (accessed: 14.02.2022) ). A wireless communication module 47 is connected to the universal synchronous-asynchronous transceiver USART 42, made in the form of a radio module, which can be used as an HC-12 chip with a UART interface (HC-12: a radio module with a UART interface at 433 MHz // Programmer's Notes. URL : https://eax.me/hc-12 (date of access: 02/09/2022)), a power output 48 is connected to the first GPIO input-output port 43, which can be connected to an electric motor (conditionally not shown in the figures), which is a six-channel assembly based on Darlington keys, which can be used as a ULN2003 chip uln2003-description-i-sxemy-primeneniya/ (date of access: 02/09/2022)), a character LCD display 49 based on the HD44780 controller (HD44780 // All-Audio.pro. Articles) is connected to the second GPIO input-output port 44. , diagrams, references URL: https://all-audio.pro/c14/instruktsii/hd44780.php#simvol-nyy-lcd-display-16x2-hd44780 (date of access: 02/09/2022)), and to the third GPIO - I / O port 45 is connected to a keyboard 50 containing sixteen keys, and the fourth GPIO I / O port 46 is left as a reserve.

Пробковый кран с блоком телеметрии работает следующим образом.A plug valve with a telemetry unit operates as follows.

Первоначально кран собирают, затем в технологические каналы патрубков 2 и 4 крана устанавливают датчики 29, 30, 31, 32, 33 и 34, герметизируют их, выходы датчиков 29, 30 подключают к цифровым входам блока телеметрии, выходы датчиков 31, 32, 33 и 34 подключают к аналоговым входам упомянутого блока. В случае применения в качестве привода редуктора 25 электродвигателя силовой выход 48 телеметрического блока коммутируют с линией питания электродвигателя. После выполнения указанных действий кран закрепляют на трубопроводной арматуре, используя резьбу входного патрубка 2 и гайку 7 выходного патрубка 4.Initially, the valve is assembled, then sensors 29, 30, 31, 32, 33 and 34 are installed in the technological channels of nozzles 2 and 4 of the valve, they are sealed, the outputs of sensors 29, 30 are connected to the digital inputs of the telemetry unit, the outputs of sensors 31, 32, 33 and 34 is connected to the analog inputs of the mentioned block. In the case of an electric motor reducer 25 being used as a drive, the power output 48 of the telemetric unit is switched with the electric motor power line. After performing these steps, the valve is fixed on the pipeline fittings using the thread of the inlet pipe 2 and the nut 7 of the outlet pipe 4.

В случае применения в составе крана ручного маховика 28 операции открытия и закрытия крана выполняют вручную, в случае применения в составе крана электродвигателя открытие и закрытие крана осуществляют с помощью блока телеметрии, при этом микроконтроллер 35 на основе управляющей программы, хранящейся во FLASH-памяти программ 37, управляет силовым выходом 48 и, соответственно, скоростью и направлением вращения вала электродвигателя, посредством формирования ШИМ-сигнала на выходе первого GPIO-порта 43.In the case of using the handwheel 28 as part of the crane, the operations of opening and closing the valve are performed manually, in the case of using the electric motor as part of the crane, the valve is opened and closed using a telemetry unit, while the microcontroller 35 is based on the control program stored in the FLASH program memory 37 , controls the power output 48 and, accordingly, the speed and direction of rotation of the motor shaft, by generating a PWM signal at the output of the first GPIO port 43.

После открытия крана, когда центральное отверстие запорного элемента 11 соосно трубопроводу, перед началом технологической операции связанной с гидравлическим разрывом пласта (ГРП), микроконтроллер 35 в соответствии с управляющей программой осуществляет опрос дальномеров 29 и 30, определяя внутренний диаметр патрубков 2 и 4, косвенно измеряя тем самым толщину их стенок. После начала технологического процесса ГРП и поступления рабочего кислотного раствора с проппантом в корпус крана, микроконтроллер итерационно осуществляет опрос датчиков 31, 32, 33, 34, измеряя тем самым давление во входном 2 и выходном 4 патрубках, а также температуру рабочей среды и ее кислотность. Измеренные значения параметров рабочей среды буферизируются в SRAM-памяти данных и передаются по каналу беспроводной связи удаленной автоматизированной системе управления технологическим процессом (АСУ ТП). При превышении минимальных или максимальных значений температуры, давления и/или кислотности раствора АСУ ТП может автоматически принять решение об остановке технологической операции, сигнализировать об этом оператору и/или передать управляющую команду на аварийное закрытие крана по каналу беспроводной связи. Во все время осуществления операции закрытия крана микроконтроллер 35 опрашивает датчики 31 и 32, измеряя давление во входном 2 и выходном 4 патрубках, сравнивает полученные значения и, в случае если после перевода запорного элемента 11 в положении «закрыто» в выходном патрубке 4 не фиксируется падение давления рабочей среды по отношению к давлению во входном 2 патрубке, микроконтроллер 35 передает по каналу беспроводной связи автоматизированной системе управления технологическим процессом сигнал об аварийном состоянии крана.After opening the valve, when the central hole of the locking element 11 is coaxial to the pipeline, before the start of the technological operation associated with hydraulic fracturing (HF), the microcontroller 35, in accordance with the control program, polls the rangefinders 29 and 30, determining the inner diameter of the nozzles 2 and 4, indirectly measuring thus their wall thickness. After the hydraulic fracturing process starts and the working acid solution with proppant enters the valve body, the microcontroller iteratively interrogates sensors 31, 32, 33, 34, thereby measuring the pressure in the inlet 2 and outlet 4 pipes, as well as the temperature of the working medium and its acidity. The measured values of the parameters of the working environment are buffered in the SRAM data memory and transmitted via a wireless communication channel to a remote automated process control system (APCS). When the minimum or maximum values of temperature, pressure and/or acidity of the solution are exceeded, the process control system can automatically decide to stop the technological operation, signal this to the operator and/or transmit a control command for emergency closing of the valve via a wireless communication channel. During the entire operation of closing the valve, the microcontroller 35 interrogates the sensors 31 and 32, measuring the pressure in the inlet 2 and outlet 4 pipes, compares the values obtained and, if after moving the locking element 11 to the “closed” position, a drop is not recorded in the outlet pipe 4 pressure of the working medium in relation to the pressure in the inlet 2 branch pipe, the microcontroller 35 transmits a signal about the emergency condition of the valve via a wireless communication channel to the automated process control system.

После успешного окончания технологического процесса ГРП микроконтроллер выполняет повторный опрос дальномеров 29 и 30, определяя внутренний диаметр патрубков 2 и 4, фиксируя их износ. Полученные таким образом данные сохраняются в памяти EEPROM и могут использоваться в дальнейшем при построении статистических регрессионных моделей для прогнозирования динамики истончения стенок патрубков крана и времени его наработки на отказ. Во все время технологического процесса микроконтроллер индицирует моментальные измеренные значения давления, температуры и кислотности рабочего раствора с помощью LCD-дисплея 49.After the successful completion of the hydraulic fracturing process, the microcontroller re-interrogates rangefinders 29 and 30, determining the inner diameter of nozzles 2 and 4, fixing their wear. The data obtained in this way is stored in the EEPROM memory and can be used later in the construction of statistical regression models to predict the dynamics of the thinning of the walls of the valve nozzles and its time between failures. During the entire technological process, the microcontroller displays the instantaneous measured values of pressure, temperature and acidity of the working solution using the LCD display 49.

Параметры управляющей программы (уставки) микроконтроллера 35, например частота опроса датчиков, могут быть изменены до начала и после окончания технологического процесса ГРП с помощью клавиатуры 50 с использованием для отображения информации LCD-дисплея 49.The parameters of the control program (settings) of the microcontroller 35, for example, the polling frequency of the sensors, can be changed before and after the fracturing process using the keyboard 50 using the LCD display 49 to display information.

Таким образом, рассмотренный в настоящей заявке пробковый кран с блоком телеметрии, является высокотехнологичным прибором, позволяющим удаленно отслеживать параметры рабочего кислотного раствора с проппантом при осуществлении гидравлического разрыва пласта, а также контролировать изменение внутреннего диаметра патрубков крана, что позволяет оперативно оценивать работоспособность крана без необходимости его демонтажа и проведения измерений толщины стенок патрубков вручную.Thus, the plug valve considered in this application with a telemetry unit is a high-tech device that allows you to remotely monitor the parameters of the working acid solution with proppant during hydraulic fracturing, as well as control the change in the inner diameter of the valve nozzles, which allows you to quickly evaluate the performance of the valve without the need for it. dismantling and measuring the wall thickness of the pipes manually.

Claims (8)

1. Пробковый кран с блоком телеметрии, содержащий корпус, выполненный заодно с входным патрубком и выходным патрубком, при этом внутри корпуса установлен запорный элемент, выполненный в виде цилиндрической пробки с центральным отверстием, отличающийся тем, что для контроля текущего состояния толщины стенок входного и выходного патрубков в них установлены первый и второй дальномеры, а для возможности мониторинга текучей среды в трубопроводе внутри входного и выходного патрубков установлены первый и второй датчики давления, дополнительно в выходной патрубок установлен датчик температуры и датчик кислотности и щелочности растворов, при этом выходы упомянутых датчиков подключены к цифровым и аналоговым измерительным входам блока телеметрии, снабженного модулем беспроводной связи.1. A plug valve with a telemetry unit, containing a body made integral with the inlet pipe and outlet pipe, while a locking element is installed inside the body, made in the form of a cylindrical plug with a central hole, characterized in that to control the current state of the wall thickness of the inlet and outlet the first and second rangefinders are installed in them, and for the possibility of monitoring the fluid in the pipeline, the first and second pressure sensors are installed inside the inlet and outlet nozzles, in addition, a temperature sensor and a sensor for acidity and alkalinity of solutions are installed in the outlet nozzle, while the outputs of the said sensors are connected to digital and analog measuring inputs of the telemetry unit equipped with a wireless communication module. 2. Пробковый кран по п.1, отличающийся тем, что блок телеметрии выполнен на основе микроконтроллера, содержащего микропроцессорное ядро, соединенное с помощью системной шины с FLASH-памятью программ, SRAM-памятью данных, последовательной асимметричной шине для подключения низкоскоростных периферийных компонентов, представляющей собой I2C-интерфейс 39, реализующий цифровые измерительные входы блока телеметрии, многоканальным аналого-цифровым преобразователем, линии которого, снабженные операционными усилителями, являются аналоговыми измерительными входами блока телеметрии, энергонезависимой электрически перепрограммируемой памятью EEPROM, универсальным синхронно-асинхронным приемопередатчиком USART и интерфейсом ввода-вывода общего назначения, сгруппированного в четыре GPIO-порта ввода-вывода.2. The plug valve according to claim 1, characterized in that the telemetry unit is made on the basis of a microcontroller containing a microprocessor core connected via a system bus to a FLASH program memory, SRAM data memory, a serial asymmetric bus for connecting low-speed peripheral components, representing I 2 C-interface 39, which implements the digital measurement inputs of the telemetry unit, a multichannel analog-to-digital converter, the lines of which, equipped with operational amplifiers, are analog measurement inputs of the telemetry unit, non-volatile electrically reprogrammable memory EEPROM, a universal synchronous-asynchronous USART transceiver and an input interface - General purpose output grouped into four GPIO I/O ports. 3. Пробковый кран по п.1, отличающийся тем, что дальномеры выполнены в виде лазерных датчиков расстояния.3. Plug valve according to claim 1, characterized in that the rangefinders are made in the form of laser distance sensors. 4. Пробковый кран по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчика кислотности и щелочности растворов применен погружной щуп с буферным раствором pH=7,0.4. Plug valve according to claim 1, characterized in that a submersible probe with a buffer solution pH=7.0 is used as a sensor for acidity and alkalinity of solutions. 5. Пробковый кран по п.2, отличающийся тем, что к универсальному синхронно-асинхронному приемопередатчику USART подключен модуль беспроводной связи, выполненный в виде радиомодуля.5. Plug valve according to claim 2, characterized in that a wireless communication module made in the form of a radio module is connected to the universal synchronous-asynchronous USART transceiver. 6. Пробковый кран по п.2, отличающийся тем, что к первому GPIO-порту ввода-вывода подключен силовой выход, выполненный с возможностью подключения к электродвигателю, представляющий собой шестиканальную сборку на основе ключей Дарлингтона.6. The plug valve according to claim 2, characterized in that a power output is connected to the first GPIO input-output port, configured to connect to an electric motor, which is a six-channel assembly based on Darlington keys. 7. Пробковый кран по п.2, отличающийся тем, что ко второму GPIO-порту ввода-вывода подключен символьный LCD-дисплей.7. Plug valve according to claim 2, characterized in that a character LCD display is connected to the second GPIO input-output port. 8. Пробковый кран по п.2, отличающийся тем, что к третьему GPIO-порту ввода-вывода подключена клавиатура, содержащая шестнадцать клавиш.8. Plug valve according to claim 2, characterized in that a keyboard containing sixteen keys is connected to the third GPIO input-output port.
RU2022104009A 2022-02-16 Plug valve with telemetry unit RU2793261C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2793261C1 true RU2793261C1 (en) 2023-03-30

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6655658B2 (en) * 2002-02-14 2003-12-02 Halliburton Energy Services, Inc. Plug valve assembly and fluid flow control method with improved low pressure sealing
RU2221230C2 (en) * 2001-09-21 2004-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" Method establishing point and dimensions of leakage in pipe- line and device for its realization
RU2442072C1 (en) * 2010-07-05 2012-02-10 Леонид Павлович Переяслов Method for emergency maintenance of high pressure pipelines
RU173352U1 (en) * 2016-12-02 2017-08-23 Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") FOUR-WAY CRANE
CN107720681A (en) * 2017-11-16 2018-02-23 湖州振硕自动化科技有限公司 A kind of oil truck valve monitoring device
RU2686892C1 (en) * 2018-04-09 2019-05-06 Александр Николаевич Хардин Shutoff valve with electromagnetic control
RU192276U1 (en) * 2019-07-26 2019-09-11 Вячеслав Витальевич Зверев Cork crane
CN212616664U (en) * 2020-07-20 2021-02-26 曹玉柱 Air valve capable of being remotely measured

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2221230C2 (en) * 2001-09-21 2004-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" Method establishing point and dimensions of leakage in pipe- line and device for its realization
US6655658B2 (en) * 2002-02-14 2003-12-02 Halliburton Energy Services, Inc. Plug valve assembly and fluid flow control method with improved low pressure sealing
RU2442072C1 (en) * 2010-07-05 2012-02-10 Леонид Павлович Переяслов Method for emergency maintenance of high pressure pipelines
RU173352U1 (en) * 2016-12-02 2017-08-23 Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") FOUR-WAY CRANE
CN107720681A (en) * 2017-11-16 2018-02-23 湖州振硕自动化科技有限公司 A kind of oil truck valve monitoring device
RU2686892C1 (en) * 2018-04-09 2019-05-06 Александр Николаевич Хардин Shutoff valve with electromagnetic control
RU192276U1 (en) * 2019-07-26 2019-09-11 Вячеслав Витальевич Зверев Cork crane
CN212616664U (en) * 2020-07-20 2021-02-26 曹玉柱 Air valve capable of being remotely measured

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106641738B (en) Pipeline water clock monitoring method, control unit, apparatus and system
CN107605427A (en) A kind of remote auto discharge capacity and Density Automatic Control System
CN206627247U (en) A kind of sensor performance test device
RU2712955C1 (en) Detection of fugitive emissions
AU2014324846A1 (en) Non-intrusive sensor system
KR101884665B1 (en) Intelligent control valve management system with self-diagnosis and safety function
KR101854239B1 (en) Hyperbaric chamber system used the water pressure test of the ocean equipment
RU2793261C1 (en) Plug valve with telemetry unit
Sharif et al. Process plant condition monitoring and fault diagnosis
CN102680166A (en) Pressure measuring joint of liquid pipeline
CN111226062A (en) Diaphragm seal with integral flush ring
CN105699688A (en) Device and method for measuring flowing speed and quantity of fluid
CN210037539U (en) Oil particle size online monitoring system
JP2020060295A (en) System and method for accessing and monitoring fluid within pressurized pipe
RU2478860C2 (en) Method to diagnose tightness of stop pipeline valves gate and device for its realisation
RU2752449C1 (en) "smart-monitoring" system for remote control of state of stop valves of main gas pipelines
CN212228790U (en) Reation kettle on-line measuring and sampling device
CN207923441U (en) Safety valve test device
CN212458803U (en) Mechanical seal detection device
CN114658411A (en) Device and method for evaluating integrity of shaft after high-pressure oil and gas well pipe column is blocked
CN113155671A (en) Measuring method of continuous automatic measuring and sampling device for density and pH value of slurry of desulfurization absorption tower
CN111238741A (en) Mechanical seal detection device and flushing detection process
RU119390U1 (en) DEVICE FOR INSTALLING INSTRUMENTS ON EXTERNAL PIPE SURFACE (OPTIONS)
JP2020051620A (en) System and method for operating cable attached to inspection probe disposed in pressurized pipe
CN108073091A (en) A kind of intellectualized detection control device of waterworks