Способ получения телеметрической информации и система для его реализации Российский патент 2019 года по МПК E21B47/12 

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, к исследованию или инспектированию скважин, предназначено для приема и передачи информации и электрической энергии к исполнительным приборам и механизмам при эксплуатации скважин для добычи флюида.

В данной области для повышения надежности телеметрического оборудования и достоверности результатов измерений широко известным является направление, предполагающее внедрение устройств, систем и способов, обеспечивающих дублирование функций подобного оборудования как в условиях бурения скважин, так и в условиях их эксплуатации.

Известной является телеметрия с двойным режимом [Pat. EP3250786, IPC E21B47/16; E21B47/18. Dual mode telemetry / White Matthew et al. ; applicant Scient Drilling Int Inc. – Appl. No. EP20160744251 ; applied 30.01.2016 ; pub. date 06.12.2017]. Способ, в соответствии с данным патентом, может включать в себя использование одной или нескольких систем передачи телеметрической информации, содержащих один или несколько приемников и один или несколько передатчиков. Способ также может включать в себя передачу первой последовательности синхронизации из одной или нескольких систем телеметрической передачи, первой последовательности синхронизации, переданной в первом канале, и первая последовательность синхронизации представляет собой, по меньшей мере, часть первого сигнала телеметрии. Кроме того, способ может включать в себя передачу второй последовательности синхронизации одной или более систем телеметрической передачи, вторую последовательность синхронизации, переданную во втором канале, а вторая последовательность синхронизации представляет собой, по меньшей мере, часть второго сигнала телеметрии. Первая и вторая последовательности синхронизации могут передаваться одновременно или с заданной разностью во времени. Способ может включать в себя прием первой последовательности синхронизации в одном или более приемниках и прием второй последовательности синхронизации в одном или более приемниках.

Данное техническое решение характеризуется усложненностью конструкции и программно-аппаратных средств, которые должны обеспечивать соответствующую передачу, прием и синхронизацию информации.

Близким недостатком характеризуется и двухканальная скважинная телеметрия, обеспечивающая выбор и передачу информации из скважины с использованием более, чем одного канала связи, причем потоки данных, передаваемые по каждому каналу связи, независимо интерпретируются без ссылки на данные, предоставленные другим каналам связи [Pat. US2003151977, IPC E21B47/122; E21B47/16; E21B47/18. Dual channel downhole telemetry / Shah Vimal V et al. ; applicants Shah Vimal V, Gardner Wallace R, Rodney Paul F, Dudley James H, Mcgregor M. Douglas, Halliburton Energy Services, Inc. – Appl. No. US20020075529 ; applied 13.02.2002 ; pub. date 14.08.2003]. Создание нескольких каналов усложняет такую конструкцию и ее применение.

Известны также система и метод использования двойной телеметрии [Pat. US2014055277, IPC E21B47/12; E21B47/18; G01V3/18. System and Method for Using Dual Telemetry / Li Qiming et al. ; applicant Schlumberger Technology Corp. – Appl. No. US201313971777 ; applied 20.08.2013 ; pub. date 27.02.2014]. Первая телеметрическая система и вторая телеметрическая система координируют связь с инструментами. Как первая телеметрическая система, так и вторая телеметрическая система могут одновременно передавать данные на поверхность. Первая телеметрическая система или вторая телеметрическая система могут связываться с поверхностью, если связь с другой телеметрической системой прерывается. Первая телеметрическая система и вторая телеметрическая система могут иметь отношение «ведущий / ведомый», так что запросы данных от конкретной телеметрической системы не мешают запросам данных другой телеметрической системы. Изобретение направлено на предотвращение одновременного запроса от каждой телеметрической системы и выхода оборудования из строя.

К недостаткам приведенного изобретения относится необходимость создания связи между двумя телеметриями и разработки соответствующего программного обеспечения, что усложняет его реализацию. Кроме того, на основании представленной в описании данного патента конструкции, не выявлено элементов защиты системы от высокого напряжения в нормальном режиме, а также в режиме выхода из строя одной из телеметрий, что снижает надежность работы системы.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является блок погружной, содержащий, по меньшей мере, два телеметрических модуля, дублирующих функции друг друга, подключенные последовательно к наземному блоку и параллельно друг другу, каждый из которых содержит устройство сбора и передачи данных с датчиков, с которым параллельно включены стабилизатор напряжения и последовательно соединенные устройство регулирования размаха напряжения и электронный ключ, управляемый устройством сбора и передачи данных, причем устройство сбора и передачи данных, стабилизатор напряжения и электронный ключ подключены к заземленному корпусу электродвигателя, устройство фильтрации и защиты, содержащее последовательно соединенные узел фильтрации и узел защиты [Пат. RU180608, МПК E21B47/00. Блок погружной / Н. В. Вахрушев, Ю. С. Главатских, Д. В. Чернов ; заявитель Акционерное общество "Ижевский радиозавод". – З. № 2018108663 ; заявл. 12.03.2018 ; опубл. 19.06.2018]. Данная полезная модель не описывает наличия фильтров напряжения или других устройств, установленных в телеметрических модулях, обеспечивающих распознавание полезного сигнала контроллером, что негативно сказывается на достоверности результатов измерения. Кроме того, погружной блок предполагает взаимодействие между телеметрическими модулями, что обуславливает необходимость разработки соответствующих алгоритмов и программно-аппаратного обеспечения, что снижает надежность работы устройства. А наличие большого количества связей между телеметрическими модулями дает основания полагать, что конструктивно данное устройство выполнено либо в одном корпусе, либо в разных корпусах с наличием такого количества гермовводов, которое соответствует количеству связей между телеметрическими модулями, что также снижает надежность работы устройства.

Заявляемое изобретение направлено на повышение надежности работы системы получения телеметрической информации при обеспечении достаточной достоверности результатов измерения.

Решение задачи обуславливается совокупностью следующих существенных признаков.

Согласно способу получения телеметрической информации, подают напряжение питания от наземного блока измерительного устройства к погружному блоку, содержащему, по меньшей мере, два телеметрических модуля и получают от данных модулей измерительные данные, оценивают их корректность и выводят на универсальный микропроцессорный контроллер. Определяют состояние подключения каждого из телеметрических модулей путем измерения напряжения на линии связи между наземным и погружным блоками посредством аналого-цифрового преобразователя и, в случае превышения установленного значения, свидетельствующего об отключении одного из телеметрических модулей, включают ключи с дополнительными резисторами, установленными в наземном блоке, а, в случае получения показаний напряжения в рамках установленного диапазона, ключи отключают, после чего передают команду от наземного блока на один из двух телеметрических модулей, оставляя второй модуль в ожидающем режиме, и получают от первого модуля измерительные данные, при этом оценивают их корректность, после чего выводят корректные данные на универсальный микропроцессорный контроллер, при этом, в случае получения некорректных данных от первого телеметрического модуля, производят идентичные операции со вторым телеметрическим модулем, оставляя первый модуль в ожидающем режиме, а в случае получения некорректных данных от всех телеметрических модулей, применяют алгоритм выборки корректных значений из данных, полученных от телеметрических модулей, посредством универсального микропроцессорного контроллера и повторяют этапы получения данных от телеметрических модулей.

Система получения телеметрической информации включает взаимодействующие через линию передачи информации и электрической энергии наземный и погружной блоки измерительного устройства, при этом наземный блок содержит источник питания и универсальный микропроцессорный контроллер, а погружной блок содержит, по меньшей мере, два телеметрических модуля, дублирующих функции друг друга, подключенные последовательно к наземному блоку и параллельно друг другу, каждый из которых содержит устройство измерения и передачи сигнала, с которым параллельно включен стабилизатор напряжения и последовательно соединены устройство формирования выходного сигнала и ключ передачи данных, управляемый устройством измерения и передачи сигнала, причем устройство измерения и передачи сигнала, стабилизатор напряжения и электронный ключ подключены к заземленному корпусу, устройство фильтрации и защиты, содержащее последовательно соединенные фильтр низких частот и узел защиты. Наземный блок измерительного устройства содержит фильтр низких частот, установленный на линии передачи информации и электрической энергии и выполненный с возможностью защиты системы от высокого напряжения, а между универсальным микропроцессорным контроллером и фильтром низких частот наземного блока установлен аналого-цифровой преобразователь, посредством которого измеряют напряжение на линии передачи информации и электрической энергии, кроме того, наземный блок также содержит ключи с дополнительными резисторами, взаимодействующие через линию передачи информации и электрической энергии с погружным блоком, который дополнительно содержит фильтры напряжения, установленные в каждом из телеметрических модулей, обеспечивающие распознавание полезного сигнала универсальным микропроцессорным контроллером, расположенным в наземном блоке, в условиях воздействия помех на линии передачи информации и электрической энергии, при этом телеметрические модули не взаимодействуют между собой и установлены в отдельные герметичные корпусы, составляющие погружной блок.

Сущность заявляемого технического решения поясняется, но не ограничивается, графическим материалом, представленным на следующих фигурах:

фиг. 1 – общий вид погружного блока системы получения телеметрической информации;

фиг. 2 – электрическая схема системы получения телеметрической информации;

фиг. 3 – блок-схема реализации способа получения телеметрической информации.

На фиг. 1 обозначены первый, 1, и второй, 2, телеметрические модули. На фиг. 2 также обозначены следующие позиции: наземный блок измерительного устройства, 3; погружной блок измерительного устройства, 4; источник питания, 5; универсальный микропроцессорный контроллер 6; ключи, 7–9; дополнительные резисторы, 10–12; фильтр низких частот наземного блока, 13; фильтры низких частот, 14 а, б (здесь и далее) первого и второго телеметрических модулей соответственно; узлы защиты, 15 а, б; стабилизаторы напряжения, 16 а, б; фильтры напряжения, 17 а, б; устройства формирования выходного сигнала, 18 а, б; ключи передачи данных, 19 а, б; устройства измерения и передачи сигнала, 20 а, б; датчики, 21 а, б.

Согласно изобретения, система получения телеметрической информации (фиг. 1–2) включает в себя взаимодействующие через линию передачи информации и электрической энергии, например, посредством кабеля, наземный, 3, и погружной, 4, блоки измерительного устройства. Наземный блок, 3, содержит источник питания, 5, и универсальный микропроцессорный контроллер, 6. Погружной блок, 4, содержит, по меньшей мере, два телеметрических модуля, 1, 2, дублирующих функции друг друга, подключенные последовательно к наземному блоку, 3, и параллельно друг другу. Каждый телеметрический модуль, 1, 2, содержит устройство измерения и передачи сигнала, 20 а, б, с которыми параллельно включены стабилизаторы напряжения, 16 а, б, и последовательно соединены устройства формирования выходного сигнала, 18 а, б, и ключи передачи данных, 19 а, б, управляемые устройствами измерения и передачи сигнала, 20 а, б, соответственно. Устройства измерения и передачи сигнала, 20 а, б, содержат множество датчиков, 21 а, б, например, датчики давления пласта и температуры пластовой жидкости, масла погружного электродвигателя, температуры на выходе насоса. Устройства измерения и передачи сигнала, 20 а, б, стабилизаторы напряжения, 16 а, б, и ключи передачи данных, 19 а, б, подключены к соответствующему заземленному корпусу. Каждый телеметрический модуль включает в себя устройства фильтрации и защиты, которые содержат последовательно соединенные фильтры низких частот, 14 а, б, и узлы защиты, 15 а, б.

Наземный блок, 3, измерительного устройства дополнительно содержит фильтр низких частот, 13, установленный на линии передачи информации и электрической энергии и выполненный с возможностью защиты системы от высокого напряжения, например, посредством LC-фильтра и программно-аппаратного обеспечения. Между универсальным микропроцессорным контроллером, 6, и фильтром низких частот, 13, наземного блока установлен аналого-цифровой преобразователь (на фигурах не представлено), посредством которого измеряют напряжение на линии передачи информации и электрической энергии. Применение фильтра низких частот, 13, дополнительно защищает систему от высокого напряжения. Наземный блок, 3, также содержит ключи, 7–9, с дополнительными резисторами, 10–12, взаимодействующие через линию передачи информации и электрической энергии с погружным блоком, 4. Погружной блок, 4, дополнительно содержит фильтры напряжения, 17 а, б, установленные в каждом из телеметрических модулей, 1, 2, обеспечивающие распознавание полезного сигнала универсальным микропроцессорным контроллером, 6, расположенным в наземном блоке, 3, в условиях воздействия помех на линии передачи информации и электрической энергии. Показания напряжения на линии передачи информации, измеряемые посредством аналого-цифрового преобразователя (на фигурах не представлено), определяют необходимость включения дополнительных резисторов, 10–12, в случае выхода из строя одного из двух телеметрических модулей, 1, 2, погружного блока, 4, что позволяет обеспечить подачу необходимого напряжения (и ограничить подачу чрезмерного напряжения) для функционирующего модуля телеметрии, что повышает надежность работы системы.

Телеметрические модули, 1, 2, не взаимодействуют между собой и установлены в отдельные герметичные корпусы, составляющие погружной блок. Модули могут быть соединены (фиг. 1), например, посредством фланцевого герметичного соединения и различных систем уплотнения. Телеметрические модули, 1, 2, могут быть, например, помещены (фиг. 1) в металлические трубы, содержащие концевые детали. Отсутствие взаимодействия между телеметрическими модулями, 1, 2, позволяет упростить программные алгоритмы, что повышает надежность работы системы, и обеспечить достаточную достоверность результатов измерения. А установка телеметрических модулей, 1, 2, в отдельные герметичные корпусы позволяет обеспечить функционирование, по меньшей мере, одного телеметрического модуля при снижении сопротивления изоляции на другом.

Фильтры напряжения, 17 а, б, установленные в каждом из телеметрических модулей, 1, 2, обеспечивают распознавание полезного сигнала универсальным микропроцессорным контроллером, 6, расположенным в наземном блоке, 3, в условиях воздействия помех на линии передачи информации и электрической энергии.

Для получения телеметрической информации (фиг. 1–3) подают напряжение (например, постоянное) питания от наземного блока, 3, измерительного устройства к погружному блоку, 4, содержащему, по меньшей мере, два телеметрических модуля, 1, 2 и получают от данных модулей измерительные данные, оценивают их корректность и выводят на универсальный микропроцессорный контроллер, 6.

Состояние подключения каждого из телеметрических модулей, 1, 2, определяют путем измерения напряжения на линии передачи информации и электрической энергии между наземным, 3, и погружным, 4, блоками посредством аналого-цифрового преобразователя (на фигурах не представлено). В случае превышения установленного значения, свидетельствующего об отключении одного из телеметрических модулей, 1 или 2, включают ключи, 7–9, с дополнительными резисторами, 10–12, установленными в наземном блоке, 3. В случае получения показаний напряжения в рамках установленного диапазона, ключи, 7–9, отключают, после чего передают команду от наземного блока, 3, на один из двух телеметрических модулей, 1 или 2, оставляя второй модуль в ожидающем режиме, и получают от первого модуля измерительные данные, при этом оценивают их корректность, после чего выводят корректные данные на универсальный микропроцессорный контроллер, 6. В случае получения некорректных данных от первого телеметрического модуля, производят идентичные операции со вторым телеметрическим модулем, оставляя первый модуль в ожидающем режиме. В случае получения некорректных данных от всех телеметрических модулей, 1, 2, применяют алгоритм выборки корректных значений из данных, полученных от телеметрических модулей, 1, 2, посредством универсального микропроцессорного контроллера, 6, и повторяют этапы получения данных от телеметрических модулей, 1, 2. В результате применения алгоритма выборки корректных значений из данных, система может сохранять работоспособность при временном выходе из строя обоих телеметрических модулей.

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, к исследованию или инспектированию скважин, предназначено для приема и передачи информации и электрической энергии к исполнительным приборам и механизмам при эксплуатации скважин для добычи флюида. В процессе реализации способа определяют состояние подключения каждого из телеметрических модулей путем измерения напряжения на линии передачи информации и электрической энергии между наземным и погружным блоками посредством аналого-цифрового преобразователя и, в случае превышения установленного значения, свидетельствующего об отключении одного из телеметрических модулей, включают ключи с дополнительными резисторами, установленными в наземном блоке. Телеметрические модули не взаимодействуют между собой и установлены в отдельные герметичные корпусы, составляющие погружной блок. Наземный блок содержит фильтр низких частот. Погружной блок дополнительно содержит фильтры напряжения. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы системы получения телеметрической информации при обеспечении достаточной достоверности результатов измерения. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ получения телеметрической информации, согласно которому подают напряжение питания от наземного блока измерительного устройства к погружному блоку, содержащему, по меньшей мере, два телеметрических модуля и получают от данных модулей измерительные данные, оценивают их корректность и выводят на универсальный микропроцессорный контроллер, отличающийся тем, что определяют состояние подключения каждого из телеметрических модулей путем измерения напряжения на линии передачи информации и электрической энергии между наземным и погружным блоками посредством аналого-цифрового преобразователя и, в случае превышения установленного значения, свидетельствующего об отключении одного из телеметрических модулей, включают ключи с дополнительными резисторами, установленными в наземном блоке, а в случае получения показаний напряжения в рамках установленного диапазона, ключи отключают, после чего передают команду от наземного блока на один из двух телеметрических модулей, оставляя второй модуль в ожидающем режиме, и получают от первого модуля измерительные данные, при этом оценивают их корректность, после чего выводят корректные данные на универсальный микропроцессорный контроллер, при этом, в случае получения некорректных данных от первого телеметрического модуля, производят идентичные операции со вторым телеметрическим модулем, оставляя первый модуль в ожидающем режиме, а, в случае получения некорректных данных от всех телеметрических модулей, применяют алгоритм выборки корректных значений из данных, полученных от телеметрических модулей, посредством универсального микропроцессорного контроллера и повторяют этапы получения данных от телеметрических модулей.

2. Система получения телеметрической информации, которая включает взаимодействующие через линию передачи информации и электрической энергии наземный и погружной блоки измерительного устройства, при этом наземный блок содержит источник питания и универсальный микропроцессорный контроллер, а погружной блок содержит, по меньшей мере, два телеметрических модуля, дублирующих функции друг друга, подключенные последовательно к наземному блоку и параллельно друг другу, каждый из которых содержит устройство измерения и передачи сигнала, с которым параллельно включен стабилизатор напряжения и последовательно соединены устройство формирования выходного сигнала и ключ передачи данных, управляемый устройством измерения и передачи сигнала, причем устройство измерения и передачи сигнала, стабилизатор напряжения и электронный ключ подключены к заземленному корпусу, устройство фильтрации и защиты, содержащее последовательно соединенные фильтр низких частот и узел защиты, отличающаяся тем, что наземный блок измерительного устройства содержит фильтр низких частот, установленный на линии передачи информации и электрической энергии и выполненный с возможностью защиты системы от высокого напряжения, а между универсальным микропроцессорным контроллером и фильтром низких частот наземного блока установлен аналого-цифровой преобразователь, посредством которого измеряют напряжение на линии передачи информации и электрической энергии, кроме того, наземный блок также содержит ключи с дополнительными резисторами, взаимодействующие через линию передачи информации и электрической энергии с погружным блоком, который дополнительно содержит фильтры напряжения, установленные в каждом из телеметрических модулей, обеспечивающие распознавание полезного сигнала универсальным микропроцессорным контроллером, расположенным в наземном блоке, в условиях воздействия помех на линии передачи информации и электрической энергии, при этом телеметрические модули не взаимодействуют между собой и установлены в отдельные герметичные корпусы, составляющие погружной блок.