Способ коммутации блоков датчиков телеметрической системы передачи информации Российский патент 2019 года по МПК E21B47/12 

Предлагаемое техническое решение относится к нефтедобывающей промышленности, и предназначено для коммутации исполнительных приборов и механизмов при эксплуатации скважин для добычи флюида (многофазной среды - смеси нефти, попутной воды и попутного газа), обслуживания и исследования скважин в случае неисправности блока датчиков, некорректности передаваемых данных, полученных с датчиков или при необходимости оценить степень достоверности передаваемых данных, полученных с датчиков.

Наиболее близким является способ сбора, обработки и передачи информации с датчиков, реализованный в системе передачи телеметрической информации аналогичного назначения (ИРЗ ТМС-М3Р-40,05МПА-В2-Т2М-К-Э501Р-40.01, ЦВИЯ.465625.015 ТУ, изготовитель системы АО «ИРЗ», 2017), состав и принцип работы которой частично описаны в системе передачи телеметрической информации (патенте РФ на изобретение №2230187, Е21В 47/00, 2004 г.), при котором подают постоянное напряжение через передающий тракт в подземное передающее устройство (далее, ППУ), где в блоке датчиков (далее, БД) формируют необходимые питающее и опорные напряжения для работы его устройств, осуществляют опрос датчиков, текущие значения которых преобразуют в последовательный цифровой код, формируют пакет данных, полученных с датчиков для передачи на наземное устройство приема, обработки и формирования управляющих сигналов БД (наземное устройство).

Недостатками этого способа является отсутствие возможности резервирования и дублирования функций БД (повышение надежности) в случае отказа БД или некорректности переданных им данных, принятых с датчиков, а также при необходимости оценить степень достоверности данных, полученных с датчиков за счет дополнительного включения в схему БД, дублирующего функции БД, а также в обеспечении возможности коммутации указанных БД для оценки достоверности и бесперебойности работы.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, в т.ч. повышение надежности аппаратуры (за счет дублирования функций передачи данных, полученных с датчиков), повышение надежности связи (т.е. обеспечение непрерывности передачи данных, полученных с датчиков), обеспечение возможности оценки достоверности. Это достигается, в том числе, за счет того, что параллельно БД телеметрической системы передачи информации подключают хотя бы один БД, дублирующий его функции, в случае неисправности (отказа) работающего в текущий момент времени БД, некорректности передаваемых данных, принятых с датчиков, или при необходимости оценить степень достоверности данных, полученных с датчиков обеспечивают возможность их коммутации.

Указанная цель достигается в способе коммутации БД телеметрической системы передачи информации, при котором подают постоянное напряжение через передающий тракт в ППУ, где в БД формируют необходимые питающее и опорные напряжения для работы его устройств, осуществляют опрос датчиков, текущие значения которых преобразуют в последовательный цифровой код, формируют пакет данных, полученных с датчиков для передачи на наземное устройство, согласно изобретению новым является то, что параллельно БД дополнительно подключают от 1 до N БД, дублирующих функции БД, для каждого из БД определяют заданную задержку по времени включения (далее, задержка), включают в работу БД с наименьшей задержкой, при этом работающим БД одновременно подают сигналы сброса питания на остальные БД до момента прекращения, обусловленного получением сигнала от наземного устройства на переключение БД, при этом работающий в текущий момент времени БД переключают, выбирая БД с минимальной задержкой, переключение БД осуществляют в последовательности, определяемой величиной задержки, исходя из того, что каждому предыдущему работающему БД задают максимальную задержку.

На чертеже проиллюстрирована система передачи телеметрической информации, в которой реализуется способ коммутации блоков датчиков телеметрической системы передачи информации (далее, способ коммутации БД) в предпочтительном варианте.

Способ коммутации БД реализуется в системе передачи телеметрической информации (на фигуре), включающей наземное устройство 1, соединенное через передающий тракт 2 с подземным передающим устройством 3, включающим БД 4, параллельно которому (и последовательно к передающему тракту 2) подключают один БД 4, дублирующий его функции. При этом количество подключаемых БД может варьироваться от одного до N и определяется требованиями потребителей.

В качестве наземного устройства 1 может быть использовано любое наземное устройство 1, обеспечивающее прием, обработку и формирование управляющих сигналов БП 4. В преимущественном варианте в качестве наземного устройства может быть использовано наземное приемное устройство по патенту РФ на изобретение №2230187, содержащее источник питания, устройство приема и обработки информации, электронный ключ, два резистора.

Передающий тракт 2 предназначен для питания электродвигателя установки электроцентробежного насоса (УЭЦН), параметры которой контролирует телеметрическая система, передачи данных от датчиков БД 4 к наземному устройству 1 и приема управляющих сигналов БД 4 с наземного устройства 1. В качестве передающего тракта 2 может быть использована, в преимущественном варианте линия питания, в частности, по патенту РФ на изобретение №2230187, представляющая собой кабель, по которому осуществляется питание и передача данных с БД 4.

БД 4 позволяет контролировать параметры погружного электродвигателя (далее, ПЭД), такие как температура масла в ПЭД, уровень вибрации, давление и т.д., а также параметры скважины на приеме и на выкиде насоса, например, температура пластовой жидкости. В качестве БД 4 может быть использовано любое широко известное устройство для сбора, обработки, передачи данных, принимаемых с датчиков на наземное устройство 1. В преимущественном варианте БД 4 может быть выполнен по патенту РФ на полезную модель №108608 и может содержать устройство фильтрации и защиты, устройство сбора и передачи данных (УСПД), стабилизатор напряжения, устройство регулирования размаха напряжения, электронный ключ, управляемый УСПД. Подключение сразу нескольких БД 4 обеспечивает возможность их коммутации при отказе (неисправности) БД 4 (работающего в текущий момент времени), некорректности данных, передаваемых с датчиков, а также в случае, когда необходимо оценить степень достоверности данных, полученных с датчиков. Результатом этого является повышение надежности системы (т.е. обеспечивается безотказность, бесперебойность ее работы: если один БД 4 отказал, то включают в работу другой БД 4 без остановки и ухудшения работы системы передачи телеметрической информации), повышение надежности связи (непрерывность передачи данных: если вышел из строя один БД 4, то какой-нибудь из подключенных БД 4 осуществит передачу данные с датчиков), возможность оценки достоверности при сравнении данных (информации), полученных с разных БД 4 об одних и тех же измеренных параметрах (совпали/не совпали).

В каждом из БД 4 (в данной реализации в УПСД) программно задана контрольная сумма, включающая порядковый номер БД 4, определяющий задержку, т.е. заданное время, через которое работающий БД 4 подаст сигнал сброса питания на остальные БД 4 и начнет сбор данных с датчиков, их преобразование в цифровой код, формирование пакета (кадра) и передачу на наземное устройство 1. Изначально БД 4, подключенный первым, имеет первый порядковый номер и наименьшую заданную задержку Тнаим, обусловленную временем, требуемым для того, чтобы питающее и опорные напряжения достигли своих номинальных значений, а также для завершения переходных процессов в устройстве БД 4, например, во входном фильтре, в частности, обусловленную временем, необходимым для зарядки его емкости. Порядковые номера последующих БД 4 задают в порядке возрастания в соответствии с очередностью их подключения (т.е. у последующего за первым БД 4-второй порядковый номер, у следующего за ним- третий и т.д.).

Контрольная сумма для каждого из БД 4 может быть вычислена, например, по формуле:

CRCK = f(Д) + K,

где CRC- контрольная сумма, K - порядковый номер БД 4, принимающий значения от 1 до N+1 (N-количество подключаемых БД 4, дублирующих функции БД 4), f(Д) - функция преобразования пакета данных с БД 4, Д - пакет данных с БД 4. Таким образом, контрольная сумма первого БД 4 определяется как: CRC1 = f(Д) + 1, для второго: CRC2 = f(Д) + 2 и т.д.

Задержки последующего БД 4 и предыдущего БД 4 отличаются на величину заданной длительности Δt, достаточную для подачи предыдущим БД 4 сигналов сброса питания всех дублирующих его БД 4 с учетом имеющихся в устройстве переходных процессов.

В частности, задержка может быть определена по формуле:

Тк = Тнаим + Δt*(К-1), где Тк - задержка БД4 с порядковым номером К, при этом номер К принимает значения от 1 до N+1 (N - количество подключаемых БД 4, дублирующих функции БД 4); Тнаим - наименьшая заданная задержка; Δt - это длительность времени достаточная для подачи включаемым в работу БД 4 сигналов сброса питания всех дублирующих его БД 4 с учетом имеющихся в устройстве переходных процессов;

Таким образом, задержка блока с порядковым номером 3 будет определяться как:

Т3 = Тнаим + Δt* 2.

Способ реализуется следующим образом.

При поступлении сигнала питания «+100 В» с наземного устройства 1 через передающий тракт 2 в ППУ 3 включают одновременно все подключенные к передающему тракту 2 БД 4. По истечении времени наименьшей задержки включают в работу БД 4 с минимальной задержкой включения. Работающим БД 4 подают сигналы сброса питания на все остальные БД 4 до момента прекращения подачи указанных сигналов, обусловленного получением сигнала от наземного устройства 1 на переключение БД 4. Подача сигнала от наземного устройства 1 на переключение БД 4 может осуществляться как в автоматическом режиме самим наземным устройством 1 или удаленно с диспетчерского пульта, так и оператором непосредственно на кусте, при этом указанный сигнал может быть как аналоговым, так и цифровым. Отключение БД 4 по сигналу сброса питания с работающего БД 4 позволяет осуществлять холодное резервирование отключенных БД 4 и увеличивает срок их службы, что в результате повышает надежность аппаратуры и системы в целом. Далее работающим БД 4 осуществляют сбор данных с датчиков (опрашивают датчики). Полученные текущие значения с датчиков преобразуют в последовательный цифровой код, формируют пакет для передачи на наземное устройство 1, к которому добавляют контрольную сумму работающего БД 4, характеризующую целостность переданного пакета (т.е. корректность переданных данных). Затем работающий БД 4 переводят в режим «ожидания», при котором в течение заданного времени (задается программно в соответствие с алгоритмом работы БД 4) осуществляют мониторинг линии питания на наличие сигнала на переключение БД 4 с наземного устройства 1 (в данной реализации длительность указанного режима «ожидания» составляет 3 секунды, в других реализациях длительность может другой)

При отсутствии сигнала на переключение БД 4 (при этом в данной реализации в линию питания подают напряжение «-100В» заданной длительностью, в частности, длительностью 3 секунды), работающий БД 4 выходит из режима «ожидания» и начинает новый цикл измерения телеметрии (сбора, обработки и передачи данных, полученных с датчиков на наземное устройство 1).

При получении работающим БД 4 сигнала на переключение (при этом в данной реализации сигналом на переключение БД 4 является подача с наземного устройства 1 в линию питания напряжения «+100В»), включают все БД 4 с большими порядковыми номерами, чем у работающего в текущий момент времени БД 4 (при работающем БД 4 с максимальным порядковым номером включают в работу все остальные БД 4). Далее, работающему в текущий момент времени БД 4 (который необходимо переключить) задают задержку по времени включения в работу заведомо большую, чем задержка по времени включения в работу БД 4 с максимальным порядковым номером (причем, при поступлении на этот БД 4 сигнала на сброс питания со стороны БД 4 с большим порядковым номером, осуществляют сброс задержки до первоначального значения). Затем переводят его в режим ожидания, включая в работу БД 4 с большим порядковым номером с минимальной задержкой. Таким образом, осуществляют коммутацию БД 4.

При получении наземным устройством 1 пакета данных с ППУ 3 определяют порядковый номер БД 4 (значение К), с которого были получены данные. Для этого рассчитывают значение функции f(T) от принятого пакета данных с БД 4, которое сравнивают с контрольной суммой полученного пакета данных. Результатом этого может быть:

- рассчитанный порядковый номер больше, чем число подключенных БД 4. В этом случае определяют, что целостность переданного пакета нарушена и, соответственно, переданные данные некорректны (их отбрасывают), принимают решение о переключении БД 4. Переключают БД 4 вышеописанным способом.

- рассчитанный порядковый номер не соответствует ожидаемому порядковому номеру работающего БД 4, но является номером одного из подключенных БД 4. В этом случае определяют, что работающий в текущий момент времени БД 4 неисправен (отказал) и принимают решения о приеме/неприеме этих данных для дальнейшей обработки, о коммутации/продолжении работы с БД 4, от которого пришел пакет данных.

- рассчитанный порядковый номер соответствует порядковому номеру работающего БД 4 (т.е. указанный БД 4 исправен и данные корректны). В этом случае либо принимают решение о продолжении работы с этим БД 4, либо принимают решение о переключении БД 4, например, в случае, когда необходимо оценить степень достоверности данных, или когда не устраивает сам работающий БД. Переключают БД 4 вышеописанным способом.

Таким образом, несмотря на то, что заявленное в качестве изобретения техническое решение показано и описано на примере его конкретной реализации, среднему специалисту в данной области должно быть понятно, что различные изменения по форме и содержанию могу быть сделаны без отступления от сущности и объема изобретения, определенных приведенной в заявке формуле изобретения.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для коммутации исполнительных приборов и механизмов при эксплуатации скважин для добычи флюида. Целью изобретения является повышение надежности аппаратуры (за счет дублирования функций передачи данных, полученных с датчиков), повышение надежности связи (т.е. обеспечение непрерывности передачи данных, полученных с датчиков). Технический результат достигается в способе коммутации БД телеметрической системы передачи информации, при котором подают постоянное напряжение через передающий тракт в ППУ, где в БД формируют необходимые питающее и опорные напряжения для работы его устройств, осуществляют опрос датчиков, текущие значения которых преобразуют в последовательный цифровой код, формируют пакет данных, полученных с датчиков для передачи на наземное устройство, отличающемся тем, что параллельно БД дополнительно подключают от 1 до N БД, дублирующих функции БД, для каждого из БД вычисляют заданную задержку по времени включения (далее, задержка), включают в работу БД с наименьшей задержкой, при этом работающим БД одновременно подают сигналы сброса питания на остальные БД до момента прекращения, обусловленного получением сигнала от наземного устройства на переключение БД, при этом работающий в текущий момент времени БД переключают, выбирая БД с минимальной задержкой, переключение БД осуществляют в последовательности, определяемой величиной задержки, исходя из того, что каждому предыдущему работающему БД задают максимальную задержку. Это позволяет обеспечить возможность резервирования и дублирования функций блока датчиков (повысить надежность) в случае отказа БД или некорректности переданных им данных, принятых с датчиков, а также при необходимости оценить степень достоверности передаваемых данных с датчиков. 1 ил.

Способ коммутации блоков датчиков телеметрической системы передачи информации, при котором подают постоянное напряжение через передающий тракт в подземное передающее устройство (ППУ), где в блоке датчиков (БД) формируют необходимые питающее и опорные напряжения для работы его устройств, осуществляют опрос датчиков, текущие значения которых преобразуют в последовательный цифровой код, формируют пакет данных, полученных с датчиков для передачи на наземное устройство для приема, обработки и формирования управляющих сигналов БД (наземное устройство), отличающийся тем, что параллельно БД дополнительно подключают от 1 до N БД, дублирующих функции БД, для каждого из БД вычисляют заданную задержку по времени включения, включают в работу БД с наименьшей задержкой по времени включения, при этом работающим БД одновременно подают сигналы сброса питания на остальные БД до момента прекращения, обусловленного получением сигнала от наземного устройства на переключение БД, при этом работающий в текущий момент времени БД переключают, выбирая БД с минимальной задержкой по времени включения, переключение БД осуществляют в последовательности, определяемой величиной задержки по времени, исходя из того, что каждому предыдущему работающему БД задают максимальную задержку по времени.