Способ повышения ресурса работы системы телеметрии Российский патент 2021 года по МПК E21B47/12 H04B3/54 

Заявленное изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, к исследованию или инспектированию скважин, предназначено для повышения ресурса работы системы телеметрии, обеспечивая прием и передачу информационных данных и электрической энергии к исполнительным приборам и механизмам при эксплуатации скважин для добычи флюида.

Одной из наиболее важных задач на современном уровне развития телеметрического оборудования в нефтедобывающей отрасли является повышения надежности и ресурса работы системы телеметрии, в связи с этим широко используют различные устройства и способы, направленные на решение такой задачи.

Близкое решение известно из уровня техники, патент РФ 180608U1 в котором описывается погружной блок, который содержит как минимум основной дублирующий модуль, основной модуль, включающий устройство приема и обработки информации, управляющее электронным ключом и предназначенное для сбора информационных данных с измерительных узлов. В качестве измерительных узлов могут быть использованы, в частности, датчики температуры, давления, вибрации и пр.

При подаче напряжения питания на погружной блок включаются все его модули и формируются необходимые напряжения питание для работы устройства приема и обработки информации. Когда основной модуль находится в рабочем режиме, устройство приема и обработки информации осуществляет электронный опрос измерительных узлов и преобразует текущие показания, которые с помощью электронного ключа передаются на наземный блок.

При отказе основного модуля, поступает сигнал с наземного блока для того, чтобы основной дублирующий модуль начал функционировать как основной модуль, который также считывает данные с включенных измерительных узлов.

Недостатком известной полезной модели является то, что для передачи достоверных данных и повышения надежности погружного блока в условиях предельных температур дополнительно применяют основные дублирующие модули, что усложняет систему телеметрии и уменьшает технико-экономические показатели системы. Не учтено постоянное функционирование измерительных узлов погружного блока, которые считывают информационные данные при функционировании основного и дублирующего модулей погружного блока, что приводит к дополнительному потреблению электрического питания.

Схожим недостатком характеризуется и способ коммутации блоков датчиков телеметрической системы передачи информации [Патент РФ № RU2694984C1, МПК E21B 47/12, 2018 г.], в котором дополнительно подключают, как минимум, один дублирующий функции погружной блок, который обеспечивает надежность погружного блока и непрерывную передачу данных с измерительных узлов за счет возможности резервирования и дублирования функций. Предложенное техническое решение способа коммутации усложняет технически систему телеметрии, при этом возникают дополнительные затраты на передачу и распределение электрического питания в системе телеметрии.

Ближайшим аналогом выбран патент на изобретение системы передачи телеметрической информации [патент РФ № RU2230187C2, МПКЕ21В 47/00, 2004 г.], где напряжение питания от наземного блока, включающего источник питания, устройство приема и обработки информации подают к погружному блоку. Погружной блок содержит устройство приема и обработки информации, который управляет электронным ключом и коммутационными элементами связи измерительных узлов и собирает электронные сигналы измерительных узлов. Устройство приема и обработки информации погружного блока генерируют импульсный сигнал, который передают на устройство приема и обработки информации наземного блока.

Недостатком приведенного изобретения является отсутствие технического решения направленного на надежность системы телеметрии. Не учтено постоянное нахождение измерительных узлов под напряжением питания в системе телеметрии, при этом происходит дополнительная затрата электрической энергии, что приводит к уменьшению ресурса работы измерительных узлов и погружного блока, соответственно и системы телеметрии в целом.

 Технической задачей изобретения является повышение ресурса работы системы телеметрии при обеспечении получения телеметрических данных, не применяя дополнительных резервных и дублирующих функций элементов системы.

Технический результат от реализации изобретения заключается в увеличении рабочего ресурса системы погружной телеметрии и достигается тем, что способ уменьшает воздействие напряжение питания в измерительных узлах погружного блока и обеспечивает передачу данных и получение результатов телеметрических данных, не усложняя систему телеметрии дополнительными, резервными и дублирующими функциями элементов системы, что также уменьшает габариты устройства.

Решение задачи обуславливается совокупностью следующих существенных признаков.

Согласно способу повышения ресурса работы системы телеметрии, подают напряжение питания от наземного блока к погружному блоку, где после установления напряжение питания на коммутационных элементах связи измерительных узлов посредством устройства приема и обработки информации подают управляющий сигнал включения на коммутационные элементы связи измерительных узлов и электронный ключ.

После чего электронным ключом поочередно с заданным интервалом времени включают каждый измерительный узел и проводят электронный опрос каждого измерительного узла.

После опроса поочередно с заданным интервалом времени электронным ключом снимают напряжение питания с каждого измерительного узла.

Измерительные узлы включают после каждого цикла измерения сопротивления изоляции в цепи на заданный интервал времени.

Заданный интервал времени высчитывают исходя из времени необходимого одному измерительному узлу на включение, выполнение электронного опроса и снятие напряжение питания. Посредством устройства приема и обработки информации погружного блока собирают электронные сигналы измерительных узлов, генерируют импульсный сигнал и передают на устройство приема и обработки информации наземного блока.

Сущность заявляемого технического решения поясняется, но не ограничивается, графическим материалом:

фиг. - блок-схема работы системы телеметрии.

Способ повышения ресурса работы системы телеметрии, реализуется в системе передачи телеметрической информации.

Система передачи телеметрической информации включает взаимодействующие через силовой кабель 2 наземный 1 и погружной блоки 3.

Силовой кабель 2 предназначен для питания электродвигателей с различными установками, например установка электроцентробежного насоса. Параметры электродвигателей контролируются в системе телеметрии посредством передачи данных от измерительных узлов (ИУ) 7 погружного блока (ПБ) 3 к наземному блоку (НБ) 1. Силовой кабель 2 представляет собой линию передачи данных и электрической энергии с наземного блока (НБ) 1.

Наземный блок (НБ)1 содержит источник питания и устройство приема и обработки информации (УПОИ) 4, где регистрируются полученные результаты данных с погружного блока (ПБ) 3.

ПБ 3 позволяет контролировать параметры погружного электродвигателя (ПЭД), такие как температура масла в ПЭД, уровень вибрации, давление и пр., а также параметры флюида на входе и выходе насоса, например давление, температура и пр.

Погружной блок (ПБ) 3 содержит основной модуль, высокотемпературный блок электроники, включающий устройство приема и обработки информации (УПОИ) 4, коммутационные элементы связи измерительных узлов (КЭ) 5, электронный ключ (ЭК) 6, измерительные узлы (ИУ) 7 и может включать устройство фильтрации и защиты, стабилизатор напряжения.

При подаче питающего напряжения ПБ 3 приводится в действие. В погружном блоке 3, в блоке электроники УПОИ 4 выполняют электронный опрос измерительных узлов и генерируют импульсный сигнал , который передает на устройство приема и обработки информации наземного блока.

Устройство приема и обработки информации (УПОИ) 4 силовым кабелем 2 прямо соединено с источником питания НБ 1 и постоянно находится под напряжением питания. УПОИ 4 управляет коммутационными элементами связи измерительных узлов (КЭСИУ) 5 и электронным ключом (ЭК) 6. В качестве УПОИ 4 может быть использован, в частности, универсальный микроконтроллер.

Коммутационные элементы связи измерительных узлов (КЭСИУ) 5 представляют собой полупроводниковые приборы, которые после установления напряжение питания, получают управляющий сигнал включения измерительных узлов с УПОИ 4. В одном из возможных вариантов реализации, в качестве КЭСИУ могут быть использованы полевые транзисторы.

Электронный ключ (ЭК) 6 предназначен для поочередного включения с заданным интервалом времени каждого измерительного узла (ИУ) 7. УПОИ 4 управляет ЭК 6 за счет подачи управляющего сигнала включения. После электронного опроса ЭК 6 поочередно с заданным временем выключает ИУ 7, за счет этого ИУ 7 находятся во включенном состоянии минимальное количество времени, что увеличивает срок их службы, что в результате повышает надежность ПБ 3 и ресурс работы системы в целом.

Количество ЭК 6 может варьироваться от одного до N и зависит от количества измерительных узлов (ИУ) 7, где N ≤ ИУ.

В качестве ЭК 6 могут быть использованы, в частности, транзисторные ключи.

Заданный интервал времени является временем необходимым на включение, выполнение электронного опроса и выключение ИУ 7, при этом во время передачи данных с УПОИ 4 погружного блока 3 на НБ 1 измерительные узлы 7 находятся в выключенном состоянии.

В качестве измерительных узлов могут быть использованы, в частности, датчики температуры, давления, вибрации и пр.

Таким образом, обеспечивается увеличение срока службы ПБ 3, снижение потребляемой мощности и повышение ресурса работы системы телеметрии.

Способ реализуется следующим образом.

В первом цикле наземный блок (НБ) 1 на линию связи ПЭД через силовой кабель 2 передает отрицательное напряжение питания, замеряет и высчитывает данные сопротивления изоляции.

В следующем цикле после подачи положительного напряжение питания от наземного блока 1 к погружному блоку 3, напряжение питания подают на устройство приема и обработки информации (УПОИ) 4 ПБ 3, при этом измерительные узлы 7 находятся в выключенном состоянии.

После подачи напряжения питания на коммутационные элементы связи измерительных узлов 5, с УПОИ 4 подают управляющий сигнал включения на КЭСИУ 5 и ЭК 6.

Электронный ключ (ЭК) 6 поочередно с заданным интервалом времени включает каждый измерительный узел 7 и проводят электронный опрос каждого измерительного узла.

ЭК 6 поочередно с заданным интервалом времени снимают напряжение питания с каждого измерительного узла 7.

Измерительные узлы 7 включают после каждого цикла измерения сопротивления изоляции в цепи на заданный интервал времени.

При этом заданный интервал времени определяют исходя из времени необходимого одному измерительному узлу 7 на включение, выполнение электронного опроса и снятие напряжение питания с ИУ 7.

После выполнение электронного опроса и снятие напряжение питания с ИУ 7, посредством УПОИ 4 собирают электронные сигналы измерительных узлов (ИУ) 7. После чего с помощью УПОИ 4 генерируют импульсный сигнал и передают на устройство приема и обработки информации наземного блока 1.

В итоге, измерительные узлы (ИУ) 7 находятся под уменьшенным воздействием напряжение питания, выполняя заданные функции передачи данных в полном объеме, в течение заданного времени в ПБ 3, что увеличивает срок их службы, что в результате повышает надежность ПБ 3. Также описанная схема позволяет уменьшить элементную базу, что приводит к уменьшению габаритов устройства и расширяет возможности его эксплуатации в скважинах малого диаметра.

Заявленное изобретение повышает ресурс работы системы телеметрии, при этом обеспечивает передачу и получение данных, не применяя дополнительных резервных и дублирующих функций элементов системы, повышая технико-экономические показатели системы за счет экономии электрической энергии, времени, отсутствия необходимости во внедряемых элементах системы.

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно к исследованию или инспектированию скважин. Способ включает подачу напряжения питания от наземного блока к погружному блоку, где после установления напряжения питания на коммутационных элементах связи измерительных узлов посредством устройства приема и обработки информации подают управляющий сигнал включения на коммутационные элементы связи измерительных узлов и электронный ключ. После чего электронным ключом поочередно с заданным интервалом времени включают каждый измерительный узел и проводят электронный опрос каждого измерительного узла. Техническим результатом является увеличение рабочего ресурса системы погружной телеметрии, уменьшение воздействия напряжения питания в измерительных узлах погружного блока и упрощение системы телеметрии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ повышения ресурса работы системы телеметрии, согласно которому напряжение питания от наземного блока, включающего источник питания, устройство приема и обработки информации, подают к погружному блоку, где посредством устройства приема и обработки информации управляют электронным ключом и коммутационными элементами связи измерительных узлов, собирают электронные сигналы измерительных узлов и генерируют импульсный сигнал, который передают на устройство приема и обработки информации наземного блока, отличающийся тем, что подают питание на устройство приема и обработки информации погружного блока, при этом измерительные узлы находятся в выключенном состоянии, подают напряжение питания на коммутационные элементы связи измерительных узлов, после чего подают управляющий сигнал включения на коммутационные элементы связи измерительных узлов и электронный ключ, после подачи управляющего сигнала включения поочередно с заданным интервалом времени электронным ключом включают каждый измерительный узел и проводят электронный опрос каждого измерительного узла и поочередно с заданным интервалом времени снимают напряжение питания с каждого измерительного узла.

2. Способ повышения ресурса работы системы телеметрии по п.1, отличающийся тем, что измерительные узлы включают после каждого цикла измерения сопротивления изоляции в цепи на заданный интервал времени.

3. Способ повышения ресурса работы системы телеметрии по п.1, отличающийся тем, что заданный интервал времени определяют исходя из времени, необходимого одному измерительному узлу на включение, выполнение электронного опроса и снятие напряжения питания с измерительного узла.