Скважинная система контроля температуры погружных электродвигателей Советский патент 1984 года по МПК E21B47/06 

Изобретение относится к нефтедобыче, в частности к устройствгии для контроля температуры в скважинах с погружными электродвигателями, Известны системы, предназначенны для измерения и непрерывной регистр ции температуры в стволе скважины, обладающие широким диапазоном изме.рения температуры l и С23. Однако такие сйстеьы требуют про кладки специального бронированного кабеля, соединяющего подзекшую част устройства с наземной. В процессе .эксплуатации длектроцентробежных нефтенасосных установок Не предстгш ляется возможным прокладка дополнительного кабеля для передачи инфорМсщии о температурном режиме по- гружного электродвигателя. В связи с этим такие систены непригодны для использования в электроцентробежных нефтенасосных установках. Известна скважинная система МСС-2 осуществляющая передачу информации о температурном режиме позтружного электродвигателя нефтенасо ной ус1 дновки по силовому кабелю. Контроль температуры с помощью этой система осуществляется в течение измерений, проводимых обслуживаю1ф1М персоналом. Система состоит из пере дающего устройства, устанавливаемото в нижней части погружного электр двигателя, и приемного устройства, располагаемого на исследовательской автомашине. При включении приемного устройства нулевые точки вторичной обмотки силового трансформатора и погружного -. электродвигателя ока зываются под потенциалом 220 В фазного напряжения первичной обмотки. При этом элементы передающего устройства через питающий трансформатор получают питание. Затем начинает работать измеритель-преобразователь температура-напряжение/ которые выдает сигнал на частотно-модулированный преобразователь, подключенный между нулевой точкой электродвигателя и корпусом насосно-компрессорных труб скважины. Частотно-модулированный сигнал, несущий информацию о температуре электродвигателя, проходя через сило вой кабель, поступает на вход селектора сигналов, где выделяется из напряжения промышленной частоты и поступает на вход формирователя прямоугольных импульсов. Сформированные прямоугольные импульсы поступают на вход частотомера, осуществляющего преобразование частоты входных импул сов в десятичный код и высвечивани.е результатов замера на блоке индикации. По показаниям частотомера о температуре электродвигателяC контроль температуры погружного электродвигателя с помощью системы МСС-2 осуществляется на исследовательской автоглашинё обслуживающим персоналом в течение проводимых измерений. Столь кратковременный контроль температуры при громоздкости п4 оводимых измерений не обеспечивает защиту погружного электродвигателя от превышения температуры обмотки предельно допустимых значений в процессе эксплуатации нефтенасосной установки, условия работы которой могут меняться. Такие ситугиши, приводящие к авариям, возникают не только в процессе вывода скважин на режим, но и в процессе эксплуатации установок при откачке жидкости ниже пределън о допустимого уровня. Осуществление постоянного смещения нейтраля вторичной обмотки, силового трансформатора в системе МСС-2 не представляется возможным, поскольку полностью выводится из действия устройство для контроля изоляции, чем исключается основное преимущество сети с изолированной нейтралью; во время замера температуры люОое замыкание фазы на землю приводит к кс откому замыканию вторичной обмоткн силового .трансформатора, что в ряде случаев может привести к серьезным его повреждениям. Указанные недостатки системы мсс-2 не позволяют в полной мере обеспечить надежность работы нефтенасосной установки. В процессе эксплуатации неф.тенасосных установок возникает задача непрерывного получения информации о температуре обмоток пог зужного электродвигателя, особенно в случаях с резко меняющимися параметрами нефтяного пласта. , Целью изобретения является повышение надежности в работе и обеспечение непрерывного контроля температуры погружных электродвигателей в с важинах. Указанная цель достигается тем, что в скважинную систему, содержащую на передающей стороне питающий трансформатор U измеритель-преобразовйтель температуры, а на приемной стороне селектор сигнапов, соединенный с формирователем прямоугольных импульсов, и блок индикации, введены на передгиощей стороне последовательно соединенные нуль-орган, счетчик импульсов, генератор импульсов, регистр сдвига, блок элементов И, элемент ИЛШ и управляющая форсирующая цепочка, а акже преобразователь напряжение-КОд, один вход которого соединен с выходом измерителя-преобразователя температуры, другой вход - с другим выходом счетчика импульсов, а выход подключен к другому входу блока элементов И, а на приемной стороне введены последовательно соедиHeHHbie ждущий мультивибратор, генератор импульсов, регистр сдвига, блок элементов И, блок RS-триггеров и пре образователь двоичного кода в десятичный, выход которого подключен к входу блока индикации, при этом выхо формирователя прямоугольных импульсо соединен с блоком элементов И, а инверсный выход ждущего мультивибратора соединен с входами установки в О блока RS-триггеров, На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемой системы; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие работу отдельных блоков и системы в целом. Система содержит погружной электродвигатель 1, силовсЛ кабель 2, силовой трансформатор 3, измерительпреобразователь 4 температуры и питающий трансформатор 5, нуль-орган б, счетчик 7 импульсов, генератор 8 импульсов, преобразователь 9 напряжение-код, регистр 10 сдвига, бло 11 элементов И, элемент ИЛИ 12, управляемую форсирующую цепочку 13, селектор 14.сигналов, формирователь 15 прямоугольных импульсов, ждущий мультивибратор 16, генератор 17 импульсов, регистр 18 сдвига, блок 19 элементов И, блок 20 RS-триггеров, преобразователь 21 двоичного кода в десятичный и блок 22 индикации. Скважинная система контроля температуры погружных электродвига елей работает следующим образом. Со вторичной обмотки питающего трансформатора 5 нуль-органом б формируются прямоугольные импульсы соответствующие положительным полуволнам фазного напряжения погружного электродвигателя Цф (фиг. 2). Счетчи импульсов, произведя отсчет предварительно устанавливаемого количества импульсов, выдает сигналы в течение полупериода напряжения сети. Эти сигналы могут появляться после отсче та, 2° - 2 входных импульсов, что соответствует интервалу времени 0,02 с - 10 мин. С Первого выхода счетчика 7 сигнал Орщ, соответствующий отрицательной полуволне напряжения сети, посту пает на вход преобразователя 9 напряжение-код. Сюда же поступает сиг нал с выхода измерителя-преобразова теля 4 температура-напряжение. Таким образом, в течение отрица тельного полупериода напряжения сети осуществляется замер температур и преобразование величины выходного напряжения преобразователя 4 в двоич ный код. Импульсный сигнал ОсчО второго выхода счетчика 7 импульсов соответствующий положительной полуволне напряжения сети, запускает ге нератор 8 импульсов, и регистром 10 сдвига импульсы Q г распределяются п выходным ячейкам Q рд - Орн . блоке 1-1 эд ементами И осуществляется сравнение на совпадение импульсных сигналов, поступающих с выхода преобразователя 9 напряжение-код и регистра 10 сдвига. При совпадении илтульсов через элемент ИЛИ 12 подается сигнал Q, на вход управляемой форсирующей цепочки 13, представляющей последовательное соединение тиристора с параллельно соединенными НС-элементами. Открытие тиристора с заданным-углом управления приводит к возникновению колебательного процесса в контуре, образованном RC-элементами форсирующей цепочки 13 и индуктивностью силового трансформатора 3, После прохождения тока тиристора через нуль происходит его закрытие и заряженная емкость начинает разряжаться на резисторе. Импульсы тока ,u,, создаваемые в сети управляемой форсирующей цепочкой в течение положительного полупериода напряжения сети, несут информацию, о температуре погружного электродвигателя. На поверхности земли импульсные сигналы выделяются селектором 14 импульсов и через формирователь 15 прямоугольных импульсов поступают на :. первые входы блока 19 и вход ждущего мультивибратора 16, По переднему фронту первого импульса запускаются ждущий мультивибратор 16 и генератор 17 импульсов. Генераторы 17 и 8 имеют одну и ту же частоту, С выходных ячеек регистра 18 сдвига импульсы поступают на вторые звходы блока элементов И. При совпадении импульсов происходит запоминание сигналов в блоке RS-триггеров, который до прихода с стартового импульса удерживается в нулевом состоянии инверсным выходом ждущего мультивибратора 16, Преобразователь 21 осуществляет преобразование двоичного кода с выходов блока 20 RS-триггеров в десятичный код, который высвечивается на цифровом табло блока 22 индикации, указывая температуру погружного электродвигателя. Таким образом, использование в предлагаемой системе новых элементов позволяет осуществить непрерывный Контроль температуры погружных электродвигателей с регулируемой дискретизацией замеров от 0,02 с до 10 мин и тем самым повысить надежность их в работе. Работа подземной части оборудования в импульсном режиме позво-ч ляет снизить требуемую мощность передающего устройства, что имеет важное значение в условиях работы нефтенасосной установки. Довольно просто в 1гакой системе может быть осуществлен режим отключения погружного электродвигателя на станции управления при превышении температуры двигателя предельно допустимых значений, В дальЯбйшем нефтенасосная установка может Оытъ повторно включена в работу, в случае многократных отключений необходимо провести ревизию нефтенасосной установки.

Система быть расширена с целью передачи дополнительной информгцщи о давлении нефтяного пласта.

Надежная работа подземного электрооборудования нефтенасосных установок в значительной степени определяется ее температурными режимси 1и. В связи с этим, разработан ряд устройств для измерения температуры путем опускания термометров в ствол сквгияины. При этом передача информации о температурном режиме осуществляется по бронированному кабелю, соединяющему подземиую часть устройства с его надземной частью. Такие устройства в настояй1ее время используются для исследования температурных режимов нефтяных скважин. Поэтому для замеров температуры с помощью термометра СТЛ-28 необходим периодический подъем нефтенасосной установки на поверхность земли, что в условиях эксплуатации связано с выполнением трудоемких oneрадий и, как следствие, с большими потерями нефти. Кроме того, устройство з&меряет температуру окружающей нефти в стволе скважин, а не обмоток

погружного электродвигателя. Вследствие этого скважинный термометр- СТЛ-2 не может быть использован для непре вного контроля температуры обмоток погружного электродвигателя нефтенасосных установок.

Предлагаемая система позволяет осуществлять непрерывный контроль температуры обмоток погружного электродвигателя. При этом информация о температурном режиме погружного элекродвигателя передается по силовому кабелю, питгиощему электродвигатель.

Экономический эффект от использования предлагаемого устройства обуславливается уменьшением количества ремонтов и сокращением потерь нефти, поскольку система, обеспечивая непрерывный контроль температуры обмоток погружного электродвигателя, позволяет своевременно его отключать, не допуская перегрева и выхода его из строя; увеличением срока службы погружного электродвигателя за счет оптимального, выбора его температурного режима и автоматизацией замеров (отсутствует необходимость в оперативных переключениях силовых цепей обслуживающим персоналом, а также в его присутствии при осуществлении згилеров) .

ххз-

f

СКВАЖИННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ, содержащая на передающей стороне питающий трансформатор и измеритель-преобразователь температуры, а на приемной стороне - селектор сигналов, соединенный с формирователем прямоугольных импульсов, и блок индикации, о тличающаяся тем. что, с целью повышения надежности в работе и обеспечения непрерывного контроля температуры погружных электродвигателей, система снабжена на передающей стороне последовательно соединенными нуль-органом, счетчиком импульсбв, генератором импульсов, регистром сдвига, блоком элементов Hj элементом ИЛИ и управляющей форсирующей цепочкой, а также преобразователем напряженив-код, один вход которого соединен с выходом измерителя-преобразователя температуры, другой вход - с другим выходом счетчика импульсов, а выход подключен к другому входу блока элементов И, а на приемной стороне .снабжена последовательно соединенными ждущим мультивибратором, генератором импульсов, регистрсям сдвига, блоком элементов И, блоком RS-триггеров и преобразователем двоичного кода в десятичный, выход которого подключен к входу бло-а . ка индика14ии, при этом выход форми- розателя прямоугольных импульсов соединен с блоком элементов И, -а инверсный выход ждущего мультивибратора соединен с входами установки в О блока К8-Ариггеров. СП 4 а: