Монитор бурильщика Российский патент 2025 года по МПК G06F1/16 G09G5/14 H04W88/04 H05K5/06 

Настоящее изобретение, касающееся монитора бурильщика, относится к области геофизических исследований, а именно, к телеметрическим системам сопровождения бурения нефтяных и нефтегазовых скважин и к системам геолого-технологических исследований скважин в процессе бурения и может быть применено для визуального отображения телеметрической информации в реальном масштабе времени.

Из существующего уровня техники известен индикаторный пульт бурильщика (далее - ИНЬ) для визуального контроля технологической информации, предназначенный для использования в наземных системах сбора геологической и технологической информации в процессе бурения (Руководство по эксплуатации «Индикаторные пульты бурильщика ИНЬ», https://geosensor.ru/int/site/products/units/ipb/RE_IPB_280.pdf). Индикаторный пульт бурильщика содержит взрывозащитный корпус, элементы электронных модулей и светодиодное информационное табло, состоящее из кольцевых линеек, на которых информация (навигационные углы) отображается в виде светящихся точек, и дополнительной символьной строки сообщений, на которой отображается произвольная текстовая или цифровая информация (текущее время, дополнительные параметры, предупреждающие сообщения и пр.), определяемая оператором станции. К системе сбора информации индикаторный пульт бурильщика подключается с помощью кабеля, по которому передается питание пульта и цифровые данные. Длина кабеля не должна превышать 25 метров.

Недостатком данного технического решения является ограниченность длины линии связи и питания, которая в условиях буровых работ может достигать 150-200 метров.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является монитор визуального контроля оператора-бурильщика для комплекса телеметрии направленного бурения скважин (RU 50035, опубл. 10.12.2005), содержащий средства отображения оперативной информации на базе светоэлементов в виде диаграммного и символьного дисплеев, а также размещенные в корпусе функциональные электронные модули, включающие блок питания, интерфейсный блок и блоки управления дисплеями, отличающийся тем, что блок управления выполнен в виде двух параллельных микропроцессоров, сопрягающих интерфейсный блок с дисплеями через индивидуальные блоки развертки для каждого из них, при этом светоэлементы дисплеев выполнены в виде светодиодов.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного устройства, принятого за прототип, относят то, что в известном устройстве имеет место низкая эксплуатационная надежность, обусловленная необходимостью применения длинных кабельных линий связи и питания, а также разъемных соединений, обеспечивающих коммуникацию устройства с диспетчерским центром, с одной стороны, и высокой вероятностью их повреждения вследствие тяжелых условий эксплуатации на буровой и воздействия неблагоприятных климатических и экологических факторов (сероводород, влажность, осадки, перепады температур от минус 40°С до плюс 50°С).

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эксплуатационной надежности устройства и уровня его автономности.

Под автономностью здесь понимается свойство технической системы, согласно которой ее функционирование определяется внутренними характеристиками и не зависит от воздействия внешней среды и других систем.

Данная задача решается за счет того, что заявленное устройство, включающее дисплейный модуль, который содержит микроконтроллер, интерфейсный блок, соединенные с круговым и строчным дисплеями, которыми управляют через соответствующие блоки круговой и строчной разверток, и модуль питания, дополнительно включает в себя размещенные в дисплейном модуле приемник высокочастотной электромагнитной энергии, преобразователь напряжения, модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии, при этом модуль питания включает в себя смеситель сигналов, приемник телеметрических данных, вход которого подключен к внешней антенне, а выход соединен с первым входом смесителя сигналов, выход которого соединен с входом модуля передатчика высокочастотной электромагнитной энергии, а второй вход смесителя сигналов соединен с выходом селектора напряжения питания, первый вход которого подключен к аккумуляторной батарее, а второй вход подключен к преобразователю сетевого напряжения, вход которого подключен к сетевому кабелю с разъемом питания. Дисплейный модуль, модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии и модуль питания выполнены в герметичных взрывозащитных корпусах. Корпус дисплейного модуля выполнен с выемкой, которая расположена непосредственно под приемником высокочастотной электромагнитной энергии, при этом в плане размеры выемки в корпусе дисплейного модуля выполняют равными размерам модуля передатчика высокочастотной электромагнитной энергии. Выемка в корпусе дисплейного модуля содержит элементы фиксации, выполненные в виде постоянных магнитов, с помощью которых осуществляют удержание модуля передатчика высокочастотной электромагнитной энергии в фиксированном положении относительно приемника высокочастотной электромагнитной энергии.

Сущность изобретения поясняется структурной схемой устройства, изображенной на фиг.

Устройство содержит дисплейный модуль 1, в котором размещены микроконтроллер 2, интерфейсный блок 3, блок круговой развертки 4, круговой дисплей 5, блок строчной развертки 6, строчный дисплей 7, приемник высокочастотной электромагнитной энергии 8, преобразователь напряжения питания 9, модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии 10, модуль питания 11, в котором размещены смеситель сигналов 12, приемник телеметрических данных 13, внешняя антенна 14, селектор напряжения 15, преобразователь сетевого напряжения 16, аккумуляторная батарея (далее - АКБ) 17, сетевой кабель с разъемом питания 18.

Устройство работает следующим образом.

При подготовке к работе монитор бурильщика, состоящий из трех герметичных модулей: дисплейного модуля 1, модуля передатчика высокочастотной электромагнитной энергии 10 и модуля питания 11, располагают в кабине бурильщика или в непосредственной близости от нее на буровой площадке.

Дисплейный модуль 1 устанавливают в рабочее положение в зоне визуального контроля бурильщика. Модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии 10 располагают в выемке (на фиг.не обозначена) корпуса дисплейного модуля 1, причем максимально близко к приемнику высокочастотной электромагнитной энергии 8, непосредственно под ним. Модуль питания 11 устанавливают в удобном месте на полу буровой площадки.

Модуль питания 11 может запитываться либо от аккумуляторной батареи (АКБ) 17 либо от однофазной электросети 230 В, 50 Гц через сетевой кабель с разъемом питания 18 и преобразователь сетевого напряжения 16. Селектор напряжения 15 коммутирует выбранное напряжение питания следующим образом: при подключении модуля питания 11 к сети переменного напряжения селектор напряжения 15 передает на выход напряжение с преобразователя сетевого напряжения 16, при отсутствии подключения к сети или напряжения в электросети селектор напряжения 15 коммутирует на выход напряжение с АКБ 17. Таким образом, во-первых, достигается повышение надежности работы устройства путем горячего резервирования электропитания модуля и, во-вторых, экономия ресурса АКБ 17, что увеличивает длительность автономной работы устройства.

Напряжение питания с выхода селектора напряжения 15 поступает на первый вход смесителя сигналов 12, на второй вход которого поступает сигнал с выхода приемника телеметрических данных 13, подключенного к внешней антенне 14. Смеситель сигналов 12 осуществляет смешивание поступающих на его входы сигналы и формирует на выходе комбинированный электрический сигнал, который подается в модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии 10.

Модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии 10 генерирует мощный высокочастотный электромагнитный сигнал, модулированный сигналом телеметрических данных. Благодаря индуктивной связи между модулем передатчика высокочастотной электромагнитной энергии 10 и приемником электромагнитных колебаний 8 энергия электромагнитного излучения передается от модуля передатчика высокочастотной электромагнитной энергии 10 к приемнику электромагнитных колебаний 8. В приемнике электромагнитных колебаний 8 сигналы питания и телеметрических данных разделяются: питающее напряжение поступает на вход преобразователя напряжения питания 9, который вырабатывает напряжения для питания отдельных блоков дисплейного модуля 1, а сигнал телеметрических данных поступает в интерфейсный блок 3, который преобразует принятые данные к формату данных микроконтроллера 2.

Микроконтроллер 2 выполняет декодирование полученных данных в соответствии с заложенным в него алгоритмом и выдает коды управления на входы блоков круговой развертки 4 и строчной развертки 6. Блоки разверток 4 и 6 непосредственно управляют работой кругового дисплея 5 и строчного дисплея 7, осуществляющих непосредственную визуализацию параметров.

Беспроводная передача электромагнитной энергии и данных могут быть осуществлены в соответствии с принятыми международными стандартами, например, по стандарту Qi (Электронный ресурс https://ru.wikipedia.org/wiki/Qi).

В заявленном устройстве отсутствуют разъемные электрические соединители, подверженные эрозии и окислению контактов, воздействию атмосферной влаги и агрессивных газов, таких как сероводород и метан, а также механических воздействий в виде вибрационных и ударных нагрузок. Устройство может располагаться в любом удобном для бурильщика месте, при этом не требуется прокладывать проводные кабельные линии питания и связи от диспетчерского пункта до кабины бурильщика, отсутствуют ограничения по длине кабельных линий, исключаются случаи механического повреждения кабелей машинами и механизмами, работающими на территории буровой установки. Устройство способно работать как от промышленной однофазной сети переменного напряжения, так и в отсутствии возможности подключения к питающей сети, от собственной АКБ.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение уровня эксплуатационной надежности устройства и его автономности.

Изобретение относится к телеметрическим системам сопровождения бурения нефтяных и нефтегазовых скважин и может быть применено для визуального отображения телеметрической информации. Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности устройства визуального отображения телеметрической информации и автономности его использования. Результат достигается использованием беспроводной передачи электромагнитной энергии и данных с исключением разъемных соединений и протяженных кабельных линий связи. При этом устройство визуального отображения телеметрической информации (монитор бурильщика) включает дисплейный модуль, содержащий микроконтроллер, интерфейсный блок, блоки круговой и строчной развертки, круговой и строчный дисплеи, приемник высокочастотной электромагнитной энергии и преобразователь напряжения, модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии, и модуль питания. Модуль питания содержит смеситель сигналов, приемник телеметрических данных с внешней антенной, селектор напряжения питания, аккумуляторную батарею, преобразователь сетевого напряжения, подключенный к сетевому кабелю с разъемом питания. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Монитор бурильщика, включающий дисплейный модуль, который содержит микроконтроллер, интерфейсный блок, соединенные с круговым и строчным дисплеями, которыми управляют через соответствующие блоки круговой и строчной разверток, и модуль питания, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя размещенные в дисплейном модуле приемник высокочастотной электромагнитной энергии, преобразователь напряжения, модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии, при этом модуль питания включает в себя смеситель сигналов, приемник телеметрических данных, вход которого подключен к внешней антенне, а выход соединен с первым входом смесителя сигналов, выход которого соединен с входом модуля передатчика высокочастотной электромагнитной энергии, а второй вход соединен с выходом селектора напряжения питания, первый вход которого подключен к аккумуляторной батарее, а второй вход подключен к выходу преобразователя сетевого напряжения, вход которого подключен к сетевому кабелю с разъемом питания.

2. Монитор бурильщика по п. 1, отличающийся тем, что дисплейный модуль, модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии, модуль питания выполнены в герметичных взрывозащитных корпусах.

3. Монитор бурильщика по п. 1, отличающийся тем, что корпус дисплейного модуля выполнен с выемкой.

4. Монитор бурильщика по п. 3, отличающийся тем, что выемка в корпусе дисплейного модуля выполнена непосредственно под приемником высокочастотной электромагнитной энергии.

5. Монитор бурильщика по п. 3, отличающийся тем, что в плане размеры выемки в корпусе дисплейного модуля выполняют равными размерам модуля передатчика высокочастотной электромагнитной энергии.

6. Монитор бурильщика по п. 3, отличающийся тем, что выемка в корпусе дисплейного модуля содержит элементы фиксации, с помощью которых осуществляют удержание модуля передатчика высокочастотной электромагнитной энергии в фиксированном положении относительно приемника высокочастотной электромагнитной энергии.

7. Монитор бурильщика по п. 6, отличающийся тем, что элементы фиксации выполнены в виде постоянных магнитов.