SU1101546A1

SU1101546A1 - Deep-well system for monitoring temperature of submersible electric motors

Info

Publication number: SU1101546A1
Application number: SU823490367A
Authority: SU
Inventors: Александр Михайлович Оснач; Наталья Федоровна Гаврилко; Виктор Борисович Пилюгин; Сергей Семенович Скрынский
Original assignee: Институт Электродинамики Ан Усср
Priority date: 1982-09-20
Filing date: 1982-09-20
Publication date: 1984-07-07

Abstract

СКВАЖИННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ , содержаща на передающей стороне питающий трансформатор и измеритель-преобразователь температуры, а на приемной стороне - селектор сигналов , соединенный с формирователем пр моугольных импульсов, и блок индикации , о тличающа с тем. что, с целью повышени надежности в работе и обеспечени непрерывного контрол температуры погружных электродвигателей , система снабжена на передающей стороне последовательно соединенными нуль-органом, счетчиком импульсбв , генератором импульсов, регистром сдвига, блоком элементов Hj элементом ИЛИ и управл ющей форсирующей цепочкой, а также преобразователем напр женив-код, один вход которого соединен с выходом измерител -преобразовател температуры, другой вход - с другим выходом счетчика импульсов, а выход подключен к другому входу блока элементов И, а на приемной стороне .снабжена последовательно соединенными ждущим мультивибратором , генератором импульсов, регистрс м сдвига, блоком элементов И, блоком RS-триггеров и преобразователем двоичного кода в дес тичный, выход которого подключен к входу бло-а . ка индика14ии, при этом выход форми- розател пр моугольных импульсов соединен с блоком элементов И, -а инверсный выход ждущего мультивибратора соединен с входами установки в О блока К8-Ариггеров. СП 4 а:The BOTTOM SYSTEM for TEMPERATURE ELECTRIC MOTOR TEMPERATURE monitoring contains a power supply transformer and a temperature measuring transducer on the transmitting side, and a signal selector connected to a square pulse shaper on the receiving side, and an indication unit with which. that, in order to increase reliability in operation and ensure continuous monitoring of the temperature of submersible electric motors, the system is equipped on the transmitting side with serially connected null-organ, pulse meter, pulse generator, shift register, Hj element block, OR element and control boosting chain, as well as converter voltage code, one input of which is connected to the output of the temperature measuring transducer, the other input - to another output of the pulse counter, and the output connected to another The input of the I block and on the receiving side is supplied with serially connected with a waiting multivibrator, pulse generator, shift registers, AND block, RS flip-flop block and binary code converter into decimal, the output of which is connected to the block input. In this case, the output of the rectangular pulse generator is connected to the block of elements AND, and the inverse output of the waiting multivibrator is connected to the inputs of the installation in O of the K8-Ariger block. SP 4a:

Description

Изобретение относитс к нефтедобыче , в частности к устройствгии дл контрол температуры в скважинах с погружными электродвигател ми, Известны системы, предназначенны дл измерени и непрерывной регистр ции температуры в стволе скважины, обладающие широким диапазоном изме .рени температуры l и С23. Однако такие сйстеьы требуют про кладки специального бронированного кабел , соедин ющего подзекшую част устройства с наземной. В процессе .эксплуатации длектроцентробежных нефтенасосных установок Не предстгш л етс возможным прокладка дополнительного кабел дл передачи инфорМсщии о температурном режиме по- гружного электродвигател . В св зи с этим такие систены непригодны дл использовани в электроцентробежных нефтенасосных установках. Известна скважинна система МСС-2 осуществл юща передачу информации о температурном режиме позтружного электродвигател нефтенасо ной ус1 дновки по силовому кабелю. Контроль температуры с помощью этой система осуществл етс в течение измерений, проводимых обслуживаю1ф1М персоналом. Система состоит из пере дающего устройства, устанавливаемото в нижней части погружного электр двигател , и приемного устройства, располагаемого на исследовательской автомашине. При включении приемного устройства нулевые точки вторичной обмотки силового трансформатора и погружного -. электродвигател ока зываютс под потенциалом 220 В фазного напр жени первичной обмотки. При этом элементы передающего устройства через питающий трансформатор получают питание. Затем начинает работать измеритель-преобразователь температура-напр жение/ которые выдает сигнал на частотно-модулированный преобразователь, подключенный между нулевой точкой электродвигател и корпусом насосно-компрессорных труб скважины. Частотно-модулированный сигнал, несущий информацию о температуре электродвигател , проход через сило вой кабель, поступает на вход селектора сигналов, где выдел етс из напр жени промышленной частоты и поступает на вход формировател пр моугольных импульсов. Сформированные пр моугольные импульсы поступают на вход частотомера, осуществл ющего преобразование частоты входных импул сов в дес тичный код и высвечивани.е результатов замера на блоке индикации . По показани м частотомера о температуре электродвигател C контроль температуры погружного электродвигател с помощью системы МСС-2 осуществл етс на исследовательской автоглашинё обслуживающим персоналом в течение проводимых измерений . Столь кратковременный контроль температуры при громоздкости п4 оводимых измерений не обеспечивает защиту погружного электродвигател от превышени температуры обмотки предельно допустимых значений в процессе эксплуатации нефтенасосной установки , услови работы которой могут мен тьс . Такие ситугиши, привод щие к авари м, возникают не только в процессе вывода скважин на режим, но и в процессе эксплуатации установок при откачке жидкости ниже пределън о допустимого уровн . Осуществление посто нного смещени нейтрал вторичной обмотки, силового трансформатора в системе МСС-2 не представл етс возможным , поскольку полностью выводитс из действи устройство дл контрол изол ции, чем исключаетс основное преимущество сети с изолированной нейтралью; во врем замера температуры люОое замыкание фазы на землю приводит к кс откому замыканию вторичной обмоткн силового .трансформатора, что в р де случаев может привести к серьезным его повреждени м. Указанные недостатки системы мсс-2 не позвол ют в полной мере обеспечить надежность работы нефтенасосной установки . В процессе эксплуатации неф.тенасосных установок возникает задача непрерывного получени информации о температуре обмоток пог зужного электродвигател , особенно в случа х с резко мен ющимис параметрами нефт ного пласта. , Целью изобретени вл етс повышение надежности в работе и обеспечение непрерывного контрол температуры погружных электродвигателей в с важинах . Указанна цель достигаетс тем, что в скважинную систему, содержащую на передающей стороне питающий трансформатор U измеритель-преобразовйтель температуры, а на приемной стороне селектор сигнапов, соединенный с формирователем пр моугольных импульсов , и блок индикации, введены на передгиощей стороне последовательно соединенные нуль-орган, счетчик импульсов , генератор импульсов, регистр сдвига, блок элементов И, элемент ИЛШ и управл юща форсирующа цепочка , а акже преобразователь напр жение-КОд , один вход которого соединен с выходом измерител -преобразовател температуры, другой вход - с другим выходом счетчика импульсов, а выход подключен к другому входу блока элементов И, а на приемной стороне введены последовательно соедиHeHHbie ждущий мультивибратор, генератор импульсов, регистр сдвига, блок элементов И, блок RS-триггеров и пре образователь двоичного кода в дес тичный , выход которого подключен к входу блока индикации, при этом выхо формировател пр моугольных импульсо соединен с блоком элементов И, а инверсный выход ждущего мультивибратора соединен с входами установки в О блока RS-триггеров, На фиг. 1 представлена функциональна схема предлагаемой системы; на фиг, 2 - временные диаграммы, по сн ющие работу отдельных блоков и системы в целом. Система содержит погружной электродвигатель 1, силовсЛ кабель 2, силовой трансформатор 3, измерительпреобразователь 4 температуры и питающий трансформатор 5, нуль-орган б, счетчик 7 импульсов, генератор 8 импульсов, преобразователь 9 напр жение-код , регистр 10 сдвига, бло 11 элементов И, элемент ИЛИ 12, управл емую форсирующую цепочку 13, селектор 14.сигналов, формирователь 15 пр моугольных импульсов, ждущий мультивибратор 16, генератор 17 импульсов , регистр 18 сдвига, блок 19 элементов И, блок 20 RS-триггеров, преобразователь 21 двоичного кода в дес тичный и блок 22 индикации. Скважинна система контрол температуры погружных электродвига елей работает следующим образом. Со вторичной обмотки питающего трансформатора 5 нуль-органом б формируютс пр моугольные импульсы соответствующие положительным полуволнам фазного напр жени погружного электродвигател Цф (фиг. 2). Счетчи импульсов, произвед отсчет предварительно устанавливаемого количества импульсов, выдает сигналы в течение полупериода напр жени сети. Эти сигналы могут по вл тьс после отсче та, 2° - 2 входных импульсов, что соответствует интервалу времени 0,02 с - 10 мин. С Первого выхода счетчика 7 сигнал Орщ, соответствующий отрицательной полуволне напр жени сети, посту пает на вход преобразовател 9 напр жение-код . Сюда же поступает сиг нал с выхода измерител -преобразова тел 4 температура-напр жение. Таким образом, в течение отрица тельного полупериода напр жени сети осуществл етс замер температур и преобразование величины выходного напр жени преобразовател 4 в двоич ный код. Импульсный сигнал ОсчО второго выхода счетчика 7 импульсов соответствующий положительной полуволне напр жени сети, запускает ге нератор 8 импульсов, и регистром 10 сдвига импульсы Q г распредел ютс п выходным чейкам Q рд - Орн . блоке 1-1 эд ементами И осуществл етс сравнение на совпадение импульсных сигналов , поступающих с выхода преобразовател 9 напр жение-код и регистра 10 сдвига. При совпадении илтульсов через элемент ИЛИ 12 подаетс сигнал Q, на вход управл емой форсирующей цепочки 13, представл ющей последовательное соединение тиристора с параллельно соединенными НС-элементами. Открытие тиристора с заданным-углом управлени приводит к возникновению колебательного процесса в контуре, образованном RC-элементами форсирующей цепочки 13 и индуктивностью силового трансформатора 3, После прохождени тока тиристора через нуль происходит его закрытие и зар женна емкость начинает разр жатьс на резисторе . Импульсы тока ,u,, создаваемые в сети управл емой форсирующей цепочкой в течение положительного полупериода напр жени сети, несут информацию, о температуре погружного электродвигател . На поверхности земли импульсные сигналы выдел ютс селектором 14 импульсов и через формирователь 15 пр моугольных импульсов поступают на :. первые входы блока 19 и вход ждущего мультивибратора 16, По переднему фронту первого импульса запускаютс ждущий мультивибратор 16 и генератор 17 импульсов. Генераторы 17 и 8 имеют одну и ту же частоту, С выходных чеек регистра 18 сдвига импульсы поступают на вторые звходы блока элементов И. При совпадении импульсов происходит запоминание сигналов в блоке RS-триггеров, который до прихода с стартового импульса удерживаетс в нулевом состо нии инверсным выходом ждущего мультивибратора 16, Преобразователь 21 осуществл ет преобразование двоичного кода с выходов блока 20 RS-триггеров в дес тичный код, который высвечиваетс на цифровом табло блока 22 индикации, указыва температуру погружного электродвигател . Таким образом, использование в предлагаемой системе новых элементов позвол ет осуществить непрерывный Контроль температуры погружных электродвигателей с регулируемой дискретизацией замеров от 0,02 с до 10 мин и тем самым повысить надежность их в работе. Работа подземной части оборудовани в импульсном режиме позво-ч л ет снизить требуемую мощность передающего устройства, что имеет важное значение в услови х работы нефтенасосной установки. Довольно просто в 1гакой системе может быть осуществлен режим отключени погружного электродвигател на станции управлени при превышении температуры двигател предельно допустимых значений, В дальЯбйшем нефтенасосна установка может Оытъ повторно включена в работу, в случае многократных отключений необходимо провести ревизию нефтенасосной установки.The invention relates to oil production, in particular, to devices for temperature control in boreholes with submersible electric motors. Known systems are known for measuring and continuously recording temperature in the wellbore, which have a wide range of temperature measurements l and C23. However, such sistey require the installation of a special armored cable connecting the subzek part of the device to the ground one. In the process of operation of electric centrifugal oil pump installations It is not possible to lay an additional cable to transfer information about the temperature mode of the submersible electric motor. Therefore, such systenes are unsuitable for use in electric centrifugal oil pump installations. The well-known downhole system MCC-2 transmits information about the temperature conditions of an external motor of an oil-fired installation via a power cable. Temperature control with this system is carried out during the measurements carried out by the personnel. The system consists of a transmitting device, installed at the bottom of the submersible electric engine, and a receiving device located on a research vehicle. When the receiver is turned on, the zero points of the secondary winding of the power transformer and submersible -. the motor is rated at 220 volts of the phase voltage of the primary winding. In this case, the elements of the transmitting device through the power transformer receive power. Then, a temperature-voltage transducer begins to work / which outputs a signal to a frequency-modulated transducer connected between the zero point of the electric motor and the well tubing casing. A frequency modulated signal carrying information about the temperature of an electric motor, passing through a power cable, is fed to the input of the signal selector, where it is separated from the power frequency voltage and fed to the input of a square wave former. The generated rectangular pulses are fed to the input of a frequency meter, which converts the frequency of the input pulses into a tenth code and displays the measurement results on the display unit. According to the indications of the frequency meter about the temperature of the motor C, the temperature of the submersible motor with the help of the MCC-2 system is carried out by the research staff by the service personnel during the measurements. Such short-term temperature control with cumbersome p4 measurements does not protect the submersible electric motor from overheating the winding temperature of the maximum permissible values during operation of the oil pump unit, the operating conditions of which may vary. Such situations, which lead to accidents, arise not only in the process of putting wells into operation, but also during the operation of the installations when pumping liquid below the limit of permissible level. The implementation of a permanent bias neutral secondary winding, the power transformer in the MCC-2 system is not possible, because the device for isolation control is completely deactivated, which eliminates the main advantage of the network with insulated neutral; during temperature measurement, any phase short circuit to earth leads to a secondary short circuit of the secondary winding of the power transformer, which in some cases can cause serious damage to it. These drawbacks of the mss-2 system do not fully ensure the reliability of the oil pump unit . During the operation of oil pump installations, the problem arises of continuously obtaining information about the temperature of the windings of a hydraulic motor, especially in cases with drastically changing parameters of the oil reservoir. The object of the invention is to increase reliability in operation and to ensure continuous monitoring of the temperature of submersible electric motors in important conditions. This goal is achieved by the fact that in the well system, which contains a supply transformer U with a temperature measuring transducer on the transmitting side, and on the receiving side, a signal selector connected to the square pulse shaper and the display unit are connected on the front side of the serially connected zero-organ, a pulse counter, a pulse generator, a shift register, a block of elements AND, an ILS element and a control force chain, and also a voltage converter-COD, one input of which is connected to the output m meter-converter temperature, another input - with a different output of the pulse counter, and the output is connected to another input of the AND block, and on the receiving side are connected successively HeHHbie waiting multivibrator, pulse generator, shift register, block of elements And, block RS-triggers and A binary-to-decimal converter, the output of which is connected to the input of the display unit, while the output of the rectangular pulse shaper is connected to the block of I elements, and the inverse output of the waiting multivibrator is connected to the inputs of Installations in the RS-flip-flop block, FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed system; Fig. 2 shows timing diagrams explaining the operation of individual units and the system as a whole. The system contains a submersible electric motor 1, a power cable 2, a power transformer 3, a temperature measuring transducer 4 and a supply transformer 5, a zero-organ b, a pulse counter 7, a pulse generator 8, a voltage-code converter 9, a shift register 10, and 11 I blocks , element OR 12, controlled forcing chain 13, selector 14. signals, shaper 15 square pulses, standby multivibrator 16, generator 17 pulses, shift register 18, unit 19 elements And, unit 20 RS-flip-flops, converter 21 binary code ten ti ny and display unit 22. The downhole temperature control system for submersible electric motors of spruce works as follows. From the secondary winding of the supply transformer 5, the zero-organ b forms rectangular pulses corresponding to the positive half-waves of the phase voltage of the submersible electric motor CF (Fig. 2). Pulse counters, after counting the preset number of pulses, generates signals during a half-period of network voltage. These signals may appear after the countdown, 2 ° - 2 input pulses, which corresponds to a time interval of 0.02 s - 10 min. From the first output of the counter 7, the signal Orsch corresponding to the negative half-wave of the mains voltage is supplied to the input of the voltage-code converter 9. This is also the signal from the output of the meter-transform 4 of the temperature-voltage. Thus, during the negative half-period of the mains voltage, temperatures are measured and the magnitude of the output voltage of the converter 4 is converted into a binary code. The pulse signal Oscho the second output of the counter 7 pulses corresponding to the positive half-wave of the mains voltage, starts the generator 8 pulses, and by the shift register 10 the pulses Qg are distributed to the output cells Q rd - Orn. block 1-1 by elements And compares for the coincidence of the pulse signals from the output of the voltage-code converter 9 and the shift register 10. If the Iltulses coincide through the OR 12 element, a signal Q is applied to the input of the controlled forcing chain 13, which represents a series connection of the thyristor with parallel connected HC-elements. Opening a thyristor with a predetermined control angle causes an oscillatory process in the circuit formed by the RC elements of the forcing chain 13 and the inductance of the power transformer 3. After the current of the thyristor passes through zero, it closes and the charged capacitance begins to discharge in the resistor. The current pulses, u, generated in the network controlled by the boost circuit during the positive half-period of the mains voltage, carry information about the temperature of the submersible electric motor. On the surface of the earth, the pulse signals are extracted by the pulse selector 14 and, through the shaper, 15 square pulses are transmitted to:. the first inputs of the block 19 and the input of the standby multivibrator 16; On the leading edge of the first pulse, the standby multivibrator 16 and the pulse generator 17 are triggered. The generators 17 and 8 have the same frequency. From the output cells of the shift register 18, the pulses arrive at the second stars of the I block. When the pulses coincide, the signals are stored in the RS flip-flop block, which is returned in the zero state inverse to the starting pulse. output standby multivibrator 16, Converter 21 converts the binary code from the outputs of the RS-20 flip-flop unit 20 into the decimal code, which is displayed on the digital display of the display unit 22, indicating the temperature of the submersible electrical single engine Thus, the use of new elements in the proposed system allows continuous monitoring of the temperature of submersible electric motors with adjustable sampling of measurements from 0.02 s to 10 min and thereby increasing their reliability in operation. The operation of the underground part of the equipment in a pulsed mode makes it possible to reduce the required power of the transmitting device, which is important in the conditions of operation of the oil pump unit. Quite simply, the 1GS system can be used to turn off the submersible electric motor at the control station when the engine temperature exceeds the maximum permissible values. In the next oil pump installation, Oyt can be re-activated, in the case of multiple outages, it is necessary to revise the oil pump installation.

Система быть расширена с целью передачи дополнительной информгцщи о давлении нефт ного пласта.The system should be expanded in order to transmit additional information about the oil reservoir pressure.

Надежна работа подземного электрооборудовани нефтенасосных установок в значительной степени определ етс ее температурными режимси 1и. В св зи с этим, разработан р д устройств дл измерени температуры путем опускани термометров в ствол сквги ины. При этом передача информации о температурном режиме осуществл етс по бронированному кабелю, соедин ющему подземиую часть устройства с его надземной частью. Такие устройства в насто й1ее врем используютс дл исследовани температурных режимов нефт ных скважин. Поэтому дл замеров температуры с помощью термометра СТЛ-28 необходим периодический подъем нефтенасосной установки на поверхность земли, что в услови х эксплуатации св зано с выполнением трудоемких oneрадий и, как следствие, с большими потер ми нефти. Кроме того, устройство з&мер ет температуру окружающей нефти в стволе скважин, а не обмоток The reliable operation of the underground electrical equipment of oil pump installations is largely determined by its temperature conditions 1 and. In this connection, a number of devices have been developed for measuring temperature by lowering thermometers into a squared barrel. In this case, the transmission of information about the temperature mode is carried out via an armored cable connecting the underground part of the device with its aboveground part. Such devices are currently used to study the temperature regimes of oil wells. Therefore, to measure the temperature using a STL-28 thermometer, it is necessary to periodically raise the oil pumping unit to the ground, which, under operating conditions, is associated with the performance of labor-intensive ones and, as a result, with large losses of oil. In addition, the device measures the temperature of the surrounding oil in the wellbore, rather than the windings

погружного электродвигател . Вследствие этого скважинный термометр- СТЛ-2 не может быть использован дл непре вного контрол температуры обмоток погружного электродвигател нефтенасосных установок.submersible electric motor. As a result, the downhole thermometer STL-2 cannot be used to continuously monitor the temperature of the windings of a submersible electric motor of oil pump installations.

Предлагаема система позвол ет осуществл ть непрерывный контроль температуры обмоток погружного электродвигател . При этом информаци о температурном режиме погружного элекродвигател передаетс по силовому кабелю, питгиощему электродвигатель.The proposed system allows continuous monitoring of the temperature of the windings of the submersible electric motor. In this case, information about the temperature conditions of the submersible electric motor is transmitted via a power cable to the motor.

Экономический эффект от использовани предлагаемого устройства обуславливаетс уменьшением количества ремонтов и сокращением потерь нефти, поскольку система, обеспечива непрерывный контроль температуры обмоток погружного электродвигател , позвол ет своевременно его отключать, не допуска перегрева и выхода его из стро ; увеличением срока службы погружного электродвигател за счет оптимального, выбора его температурного режима и автоматизацией замеров (отсутствует необходимость в оперативных переключени х силовых цепей обслуживающим персоналом, а также в его присутствии при осуществлении згилеров) .The economic effect from the use of the proposed device is due to the reduction in the number of repairs and the reduction of oil losses, since the system, providing continuous monitoring of the temperature of the windings of the submersible electric motor, allows it to be switched off in a timely manner, preventing overheating and losing it; an increase in the service life of the submersible electric motor due to the optimal choice of its temperature and the automation of measurements (there is no need for operational switching of power circuits by the service personnel, as well as in its presence when carrying out zgilera).

ххз-hhz-

ff

Claims

'’Kuibyshevneft' - '' Machines and Oil Equipment’ ', 1980, No. 4, p. 912 (prototype), (.54) (57) A Borehole TEMPERATURE CONTROL SYSTEM FOR SUBMERSIBLE ELECTRIC MOTORS, containing on the transmitting side a supply transformer and a temperature measuring transducer, and on the receiving side a signal selector connected to a square pulse generator, and an indication unit, o characterized in that, for the purpose of increasing reliability in operation and ensuring continuous monitoring of the temperature of submersible electric motors, the system is equipped on the transmitting side with sequentially ·; by a null-body, a pulse counter, a pulse generator, a shift register, a block of elements AND) an OR element and a control boost circuit, as well as a voltage-code converter, one input of which is connected to the output of the temperature measuring transducer, and the other input to another output pulse counter, and the output is connected to another input of the block of AND elements, and on the receiving side it is equipped with series-connected waiting multivibrator, pulse generator, shift register, block of AND elements, RS-trigger block a ditch and a binary to decimal code converter, the output of which is connected to the input of the display unit, while the output of the rectangular pulse generator is connected to the block of I elements, and the inverse output of the standby multivibrator is connected to the installation inputs in the '0' 'block RS '' griggers.