UA120150C2 - Спосіб охолодження свердловинного вимірювального пристрою - Google Patents

Abstract

Винахід належить до області нафтовидобувної промисловості, до експлуатації свердловин для видобутку флюїду, для регулювання видобутку з продуктивного горизонту, а також для дослідження свердловин, призначений для охолодження блоків електроніки, що забезпечують функціонування телеметричної апаратури, яка збирає вимірювальні дані про параметри середовища і параметри заглибного електродвигуна. Згідно з винаходом до елементів, робота яких основана на ефекті Пельтьє, попередньо встановлених на блоці електроніки, передають електричне живлення через нульову точку трансформатора і зірку електродвигуна, включаючи джерело змінної напруги і трансформатор заглибного блока, через первинну обмотку якого здійснюють фільтрацію сигналів, а вторинною обмоткою створюють незалежну фазу, по якій через випрямляч забезпечують електричне живлення елементів, робота яких основана на ефекті Пельтьє, від джерела змінного струму. Винахід забезпечує підвищення ефективності роботи охолоджувальних елементів.

Description

Винахід належить до області нафтовидобувної промисловості, до експлуатації свердловин для видобутку флюїду, для регулювання видобутку з продуктивного горизонту, а також для дослідження свердловин, призначений для охолодження блоків електроніки, що забезпечують функціонування телеметричної апаратури, яка збирає вимірювальні дані про параметри середовища і параметри заглибного електродвигуна.

Для забезпечення безвідмовної роботи електронних компонентів телеметричного обладнання в умовах з температурою вище 150 "С широко застосовуються різні способи охолодження. Значними ефективністю і поширеністю характеризується елементи Пельтьє, що встановлюються в блоках електроніки свердловинних вимірювальних пристроїв.

Відомою є термоелектрична система охолодження, поєднана з корпусом і виконана з можливістю зниження температури інтегральної схеми, причому термоелектрична система охолодження містить модуль термоелектричного охолодження, що має безліч напівпровідників р-типу і п-типу, що чергуються |Раї. ЕР2740889, ІРС Е21847/01. Юом/ппоїе о! сосїїпуд зубієт апа теїпоа /ЗаЇмадогі Меїш Зорпіє еї аї.; арріїсапіб5 Зегмісе5 Реїгоїїег5 Зспіштбегдег; Зспіштбегдег ТесПппоіоду ВМ; Зспіитбегадег Ноідіпов5; Ргад Рез 5 Оєм Ца. - Аррі. Мо. ЕР2О120306530; арріїєд 06.12.2012; риб. дае 11.06.2014). Корпус містить інертний газ, що забезпечує можливість зменшення електроерозії інтегральної схеми або термоелектричної системи охолодження, або і того, і іншого. Система містить датчик, сконфігурований для визначення температури навколишнього середовища. Система також містить контролер, сконфігурований для вибіркового включення або відключення термоелектричної системи охолодження на основі виявленої температури навколишнього середовища. Контролер налаштований на підтримку різниці температур не менше 40"С між температурою навколишнього середовища і температурою інтегральної схеми.

Однак, використання інертного газу не забезпечує достатньою мірою рівномірного охолодження електронних компонентів. Крім того, робота термоелектричної системи передбачає споживання великої кількості енергії що в умовах необхідності дотримання технічних вимог може слугувати причиною зниження ефективності роботи системи у випадках недостатнього значення напруги, що передається від наземного обладнання для роботи вимірювальної апаратури і системи її охолодження.

Відомий також метод охолодження, що забезпечується пристроєм, що містить один або кілька термоелектричних охолоджувачів, що складаються в провідному зачепленні з щонайменше одним з пристроїв, які активно споживають енергію, а також енергетичним дивертором, що відводить частину енергії, яка споживається активними енергоспоживаючими пристроями, свердловинного енергогенеруючого пристрою, в термоелектричні охолоджувачі для забезпечення роботи охолоджувача |Раї. 57527101, ІРС НОТІ 35/00. Сооїїпуд аррагай5 апа теїнод /)атев5 С. Мауєз; арріїісапі 5спіштрегаєг Тесппоїоду Согр. - Аррі. Мо. О0510905954; арріїєї 27.01.2005; риб. дае 05.05.2009). Свердловинний енергогенеруючий пристрій містить турбінний генератор для перетворення гідравлічної енергії бурового розчину, що прокачується через бурильну колону, в електричну енергію. Свердловинний енергогенеруючий пристрій містить генератор змінного струму. Дивертор енергії містить компаратор напруги.

Компаратор порівнює надлишкову напруга, що подається на шині, з опорною напругою.

Коли надмірне напруження перевищує опорну напругу, перемикач замикають для направлення надлишку енергії шляхом до елементів Пельтьє.

До недоліків наведеного способу необхідно віднести наступне: - спосіб передбачає наявність додаткового свердловинного джерела енергії, турбінного генератора для перетворення гідравлічної енергії бурового розчину, що обумовлює підвищення собівартості реалізації способу, підвищення ймовірності появи відмов і обмеженість областей застосування; - використання енергетичного дивертора з компаратором має вузьку сферу застосування і не характеризується достатньою функціональністю.

Найбільш близькою до винаходу, що заявляється, є система заглибної телеметрії (Пат.

ВИ133197, МПК Е21847/12. Система погружной телеметрии /Я.В. Антимиров и др.; заявитель

ОО "Системь! телемеханики". - 3. Мо 2013113051/03; заявл. 22.03.2013; опубл. 10.10.2013).

Система заглибної телеметрії містить наземний блок, який має перетворювач сигналу і з'єднаний лінією живлення, а також лінією передачі сигналу з заглибним блоком таким, що також має перетворювач сигналу. У заглибному блоці даної системи додатково розміщений щонайменше один охолоджуючий елемент, оснований на ефекті Пельтьє, конструктивно розташований на корпусі заглибного блока і знаходиться в тепловому контакті з платою з електронними компонентами, розташованої усередині корпусу заглибного блока. Заглибний блок додатково містить блок живлення охолоджуючого елемента, основаного на ефекті

Пельтьє.

Напруга живлення заглибного блока проходить через блок діодного захисту, необхідного для захисту електронних компонентів, що входять в заглибний блок, від від'ємної напівхвилі напруги перешкод, і надходить на блок живлення охолоджуючого елемента, основаного на ефекті Пельтьє, де знижується до необхідних електричних параметрів охолоджуючого елемента основаного на ефекті Пельтьє, необхідних для його роботи, і на блок живлення цифрової частини через блок КС-захисту, використовуваного для зниження значень перешкод до безпечних для електронних компонентів, що входять в заглибний блок, при появі перенапруг.

Недоліком найближчого аналога є недостатньо ефективне використання енергії, що надходить по загальній для цифрової частини і елементів Пельтьє лінії. Робота термоелектричних компонентів передбачає споживання відносно великої кількості енергії, що в умовах необхідності дотримання технічних вимог може слугувати причиною зниження ефективності роботи елементів охолодження у випадках недостатнього значення напруги, що передається від наземного обладнання для роботи вимірювальної апаратури і пристроїв її охолодження.

Винахід, що заявляється, спрямовано на вирішення задачі підвищення ефективності роботи охолоджуючих елементів, встановлених в блоці електроніки свердловинного вимірювального пристрою, основаних на ефекті Пельтьє, при забезпеченні єдиних технічних вимог до напруги живлення обладнання.

Рішення задачі обумовлюється сукупністю наступних істотних ознак.

Спосіб охолодження свердловинного вимірювального пристрою, який містить наземний і заглибний блоки, включає операцію охолодження щонайменше одного блока електроніки заглибного блока елементами, робота яких основана на ефекті Пельтьє, і передбачає передачу тепла на корпус блока електроніки, після чого тепло передають на трубу, в яку занурено вимірювальний пристрій, яку охолоджують пластовою рідиною. До елементів, робота яких основана на ефекті Пельтьє, попередньо встановлених на щонайменше одному блоці електроніки, передають електричне живлення через нульову точку трансформатора і зірку електродвигуна, включаючи джерело змінної напруги і трансформатор заглибного блока, через

Зо первинну обмотку якого здійснюють фільтрацію сигналів, а через вторинну створюють незалежну фазу, по якій через випрямляч забезпечують електричне живлення елементів, робота яких основана на ефекті Пельтьє, від щонайменше одного джерела змінного струму.

Блок електронікию, на який встановлюють елементи, робота яких основана на ефекті

Пельтьє, попередньо заливають в'язкотекучим теплопровідним складом.

Суть технічного рішення, що заявляється, пояснюється, але не обмежується, графічним матеріалом, представленим на кресленні - схема свердловинного вимірювального пристрою, до якого здійснюється спосіб.

Свердловинний вимірювальний пристрій складається з наземного 1, і заглибного 2, блоків.

Наземний блок, включає джерело живлення 3, з пристроєм прийому і обробки інформації 4, і пов'язаний з вторинною обмоткою трифазного трансформатора 5.

Наземний блок, також містить фільтр низьких частот, 6, встановлений на лінії зв'язку з вторинною обмоткою трифазного трансформатора і виконаний з можливістю захисту системи від високої напруги, а також комутуючий пристрій 7, виконаний із можливістю зміни полярності напруги, що подається в лінію для вимірювання опору ізоляції, пов'язаний з резистором зняття напруги 8, пропорційного струму лінії зв'язку.

Заглибний блок 2 включає набір вимірювальних датчиків 9, стабілізатор напруги 10, підключений до обмоток заглибного електродвигуна 11 через резистор 12 і пов'язаний з блоком електроніки 13, який пов'язаний з електронним керованим ключем 14, підключеним до обмоток електродвигуна через резистор 15. Електронний ключ управляється за допомогою вказаного блока електроніки 13, при цьому його живлення, а також живлення вимірювальних датчиків здійснюється від стабілізатора напруги 10.

Заглибний блок 2 містить трансформатор 16.

За подачі напруги живлення пристрій приводиться у дію. У заглибному блоці 2 блок електроніки 13 опитує набір вимірювальних датчиків У, який переважно містить датчики температури, тиску і вібрації. Поточні дані з датчиків перетворюються в послідовний цифровий код і надходять на електронний керований ключ 14. Синхронно з послідовним цифровим кодом електронний ключ генерує сигнали, які, проходячи через трансформатор 16 і обмотки заглибного електродвигуна 11, надходять у пристрій прийому і обробки інформації 4, проходячи при цьому через фільтр низьких частот 6, встановлений на лінії зв'язку з вторинною обмоткою бо трифазного трансформатора 5, забезпечуючи, таким чином, захист від високої напруги.

Також здійснюється апаратно-програмний режим перевірки ізоляції наземним блоком.

Відповідно до зазначеного режиму, на лінію живлення заглибного блока подається напруга від'ємної полярності, яку створюють за допомогою комутуючого пристрою 7 для зміни полярності напруги. Далі вимірюють падіння напруги на резистор, 8, а також напругу в лінії живлення, після чого обчислюють струм, що проходить через резистор 8. Виходячи з отриманих значень струму резистора і напруги живильної лінії обчислюють опір ізоляції.

Блок електроніки 13 охолоджують елементами, робота яких основана на ефекті Пельтьє 17.

До елементів, робота яких основана на ефекті Пельтьє 17, попередньо встановлених на щонайменше одному блоці електроніки 13, передають електричне живлення через нульову точку трансформатора і зірку електродвигуна, включаючи джерело змінної напруги 18 і трансформатор заглибного блока 16, через первинну обмотку якого здійснюють фільтрацію сигналів, а через вторинну створюють незалежну фазу, по якій через випрямляч 19 забезпечують електричне живлення елементів, робота яких основана на ефекті Пельтьє від щонайменше одного джерела змінного струму 18.

Таким чином, на базі пристрою, що характеризується високою захищеністю від перешкод, реалізований спосіб, що забезпечує передачу електрики через додатковий канал до елементів, робота яких основана на ефекті Пельтьє, що дозволяє збільшити ресурс при робочих температурних режимах і підвищити ефективність даних елементів за рахунок забезпечення роботи свердловинного вимірювального пристрою при більш високих температурах, завдяки чому підвищується надійність всієї системи, забезпечується виконання єдиних технічних вимог до напруги живлення.

Відсутність необхідності застосування додаткових пристроїв (наприклад різних генераторів енергії) при реалізації способу дозволяє використовувати обладнання більш економічно ефективним шляхом.

Крім того, установка блока електроніки у в'язкотекучому складі (наприклад на основі низькомолекулярного силіконового каучуку) дозволяє забезпечити рівномірність процесів теплопередачі в пристрої, на якому реалізується спосіб, що заявляється.

Claims (2)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Коо)

1. Спосіб охолодження свердловинного вимірювального пристрою, який містить наземний і заглибний блоки, що включає операцію охолодження щонайменше одного блока електроніки заглибного блока елементами, робота яких основана на ефекті Пельтьє, і передбачає передачу тепла на корпус блока електроніки, після чого тепло передають на трубу, в яку занурено вимірювальний пристрій, яку охолоджують пластовою рідиною, який відрізняється тим, що до елементів, робота яких основана на ефекті Пельтьє, попередньо встановлених на щонайменше одному блоці електроніки, передають електричне живлення через нульову точку трансформатора і зірку електродвигуна, включаючи джерело змінної напруги і трансформатор заглибного блока, через первинну обмотку якого здійснюють фільтрацію сигналів, а вторинною обмоткою створюють незалежну фазу, по якій через випрямляч забезпечують електричне живлення елементів, робота яких основана на ефекті Пельтьє, від щонайменше одного джерела змінного струму.

2. Спосіб охолодження свердловинного вимірювального пристрою за п. 1, який відрізняється тим, що блок електроніки, на який встановлюють елементи, робота яких основана на ефекті Пельтьє, попередньо заливають в'язкотекучим теплопровідним складом.