Устройство для контроля технологических параметров в скважине и защиты погружного электродвигателя от аномальных режимов Советский патент 1989 года по МПК E21B47/06 

температуры погружного электродвигателя и повышение эффективности его защиты. Устр-во содержит преобразователи 1 и 2 давления и температуры, преобразователь 3 напряжение-частота модулятор 4, генератор 5 несущей частоты, усилитель 6 мощности, погружной электродвигатель 10, кабель 25, силовой трансформатор 24, селектор 11 сигналов, формирователь 12 импульсов, фазовый детектор 13, блок 21 индикации-управления. Дополнительно устр-во имеет нуль-органы 7, 15, компараторы 8, 9, 16, 17, питающий трансформатор 14, преобразователи 18, 19 частота-напряжение, переключатель 20 режима индикации, порого- вьш блок 22, исполнительный орган 23. Устр-во осуществляет передачу информации о давлении и температуре электродвигателя 10 по кабелю 25 с временным разделением каналов и - частотной модуляцией информационных

сигналов. Нуль-орган 7 формирует разрешающие сигналы для прохождения информации на преобразователь 3 от преобразователей 1 и 2 соответственно в отрицательные и положительные полупериоды фазного напряжения. На поверхности селектор 11 отделяет про- мьппленную частоту от несущей. Последняя проходит на обратные преобразователи 18, 19. через фазовый детектор 13 и компараторы 16, 17. Нуль-орган 15 работает аналогично нуль-органу 7. При превьщ ении давления над устав I кой блок 21 вьщает команду на испол- нителькый орган 23. Последний также включает и отключает электродвигател 10 при температуре, выходящей за рабочий диапазон. Применение устр-ва позволяет одновременно с контролем технологических параметров повысить | эффе к:тивность защиты погружного ектродвига геля от перегрева. 5 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей пром. Цель - расширение функциональных возможностей за счет непрерывного контроля температуры погружного электродвигателя и повышение эффективности его защиты. Устройство содержит преобразователи 1, 2 давления и температуры, преобразователь 3 напряжение-частота, модулятор 4, генератор 5 несущей частоты, усилитель 6 мощности, погружной электродвигатель 10, кабель 25, силовой трансформатор 24, селектор 11 сигналов, формирователь 12 импульсов, фазовый детектор 13, блок 21 индикации-управления. Дополнительно устройство имеет нуль-органы 7, 15, компараторы 8, 9, 16, 17, питающий трансформатор 14, преобразователи 18, 19 частота-напряжение, переключатель 20 режима индикации, пороговый блок 22, исполнительный орган 23. Устройство осуществляет передачу информации о давлении и температуре электродвигателя 10 по кабелю 25 с временным разделением каналов и частотной модуляцией информационных сигналов. Нуль-орган 7 формирует разрешающие сигналя для прохождения информации на преобразователь 3 от преобразователей 1, 2 соответственно в отрицательные и положительные полупериоды фазного напряжения. На поверхности селектор 11 отделяет промышленную частоту от несущей. Последняя проходит на обратные преобразователи 18, 19 через фазовый детектор 13 и компараторы 16, 17. Нуль-орган 15 работает аналогично нуль-органу 7. При превышении давления над уставкой блок 21 выдает команду на исполнительный орган 23. Последний также включает и отключает электродвигатель 10 при температуре, выходящей за рабочий диапазон. Применение устройства позволяет одновременно с контролем технологических параметров повысить эффективность защиты погружного электродвигателя от перегрева. 5 ил.

1

Изобретение относится к нефтедо- бывакнцей промьгошенности, в частности у. устройствам для контроля технологических параметров в скважинах с погружным электродвигателем.

Целью изобретения является расширние функциональных возможностей за счет непрерьшного контроля темпера- туры погружного электродвигателя и повышения эффективности его защиты.

На фиг,1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - фушсцио нальная схема нульг-органа| на фиг.Зпринципиальная схема фазового детектора; на фиг.4 - функ1щональная схема порогового блока с р1агулируеьо 1М порогом срабатывания; на фиг.5 - временные диагра ммы работы блоков и устройства в целом

Устройство содержит измеритель- преобразователь 1 давления, измерн- тель-преобразователь 2 температуры, преобразователь 3 напряжение-частота, модулятор 4, генератор 5 несущей частоты, усилитель 6 мощности, первый нуль-орган 7, первый и второй

компараторы В и 9, неинвертируюцие входы которых соответственно подключены к выходам измерителя-преобразователя t давлеьшя и измерителя- преобразователя 2 температуры, инвертирующие, входы соответственно подключены к первому и второму выходам первого нуль-органа 7, а объединенные выходы компараторов 8 и 9 подключены к.последовательно включенным преобразователю 3 напряжение частота, модулятору 4, генератору 5 несущей частоты и. усилителю 6 мощности, при этом; выход усилителя 6 мощности и вход первого ауль-органа 7 подключены к нулевой точке обкотки погружного электродвигателя 10, селектор t1 сигналов, формирователь 12 импульсов, фазовый детектор 13, питакщий тренсфррматор t4, второй нульторган 15,. .третий и четвертый компараторы Тб, t7.,. первый и второй преобразователи Т8, 19 частота-напряжение,, .переключатель.20 режима индикации, блок 2t индикации-управления, пороповый блок 22 с регули

руемым порогом срабатьшания и исполнительный орган 23, причем первый вьшод питающего трансформатора 14 подключен к одной из фаз первичной обмотки силового трансформатора 24, питающего обмот.ки погружного электродвигателя 10, второй вывод соеди нен с нулевой точкой вторичной об- |мотки силового трансформатора 24, а третий вьтод подключен к входу втрого нуль-органа. 15, первый и второй выходы которого подключены соответственно к инвертирунжцт м входам третьего и четвертого компараторов 16, 17, К нулевой точке вторичной обмотки силового трансформатора 24 подтспючеиы последовательно включенные селектор 11 сигналов, форг-жрова- тель 12 импульсов и фазовый детзк- тор 13j, выход которого подключен к объединенньм неинвертирующим входам третьего и четвертого компараторов 16, 17, выходы комп араторов 16, 17

через соответствующие преобразовате- ли 18, 19 частота-напряжение подключены к нормально замкнутому и нормально разомкнутому контактам переключателя 20 режима индикации, а коммутирующий контакт переключателя 20 подключен к входу блока 21 индикации-управления. Выход второго преобразователя 19 частота-напряжение через пороговый блок 22 с регулируемым порогом срабатывания объединен с выходом блока 21 индикации- управления и подключен к входу ис- полнительного органа 23. Погружной электродвигатель 10 подключен к силовому .трансформатору 24 посредством кабеля 25.

тт -

первый и второй нуль-органы 7 и 15 содержат последовательно включенные нуль-компаратор 26 и инвертор 27, при этом неинвертирующий вход нуль- компаратора 26 образует вход нуль- органа, выход нуль-компаратора 26 и инвертора 27 образуют соответственно первьй и второй выходы нуль-органа.

Схема фазного детектора 13 содержит инвертирующий усилитель 28, элемент сравнения, состоящий из последовательно включенных с общим эмиттером транзисторов 29, 30 и резисзтора 31 нагрузки в цепи коллектора транзистора 29, Г-образный фильтр, состоящий из резистора 32 и конденсатора 33 и подключенный резистором 32 к коллек тору транзистора 29, при этом выход инвертирующего усилителя 28 подклю

чен к базе транзистора 30, база транзистора 29 объединена с инвертирующим входом усилителя 28 и образует J вход фазового детектора, а точка

соединения резистора 32 и конденсатора 33 Г-образного фильтра является выходом фазового детектора.

I

10 Схема порогового блока 22 с регулируемым порогом срабатьгеания содержит регуляторы по максимум и мики- . муму контролируемой велячинь соответственно резисторы 34, 35, два ком15 паратора ,36, 37, инвертор 38, сумматор 39, причем резисторы ЗД и 35 подключены параллельно к источнику опорного напряже1шя Upn , неинверти- рующие входы компараторов 36,37 объединены и образуют вход порогового блока, инвертирующие входы компараторов 36, 37 подключены соответственно к подвилсным контактам резисторов

20

2f ЗС s

40

45

34, 35, выход компаратора 36 непосредственно и выход компаратора 37 через инвертор 38 подключены к входам сумматора 39, а выход суьматора 39 образует выход порогового блока с регулируемым порогом срабатьюания.

Блок 21 индикaции тгpaвлeшiя выполнен на микроампер -гетре контактном типа М286К.

Модулятор 4 выполнен на эмкгтер- ном повторителе.

Устройство работает следующим образом.

Сетевое напряжение гштани к U. (фиг.5) поступает в нуль-орган 7, состоящий из нуль-ко. -таратора 26 и инвертора 27 нуль--ко;- паратор 26 форм1-1рует на первом выходе нуль-органа 7 прямоугольные импульсы U,,..,

О 1

(.время O-t, } , соотиетствующие поло- жителы ым полуволнам фазного напряжения, йа выходе инвертора 27,.об- разуняцем второй выход куль-органа 7, формируются прямоугольные импульсы

и

0

5

HQ2 (время t, - tj), соответствующие отрицательным полуволнам фазного напряжения. 11ря гоугольные импульсы UHOI и и,р2 поступают соответственно на инвертирующие входы первого и второго компараторов 8 и 9, одновременно на неинвертирующий вход первого компаратора 8 поступает сигнал Up с выхода измерителя-преобразователя 1 давлешгя, а на неинвертирующий вход второго компаратора 9

поступает сигнал U-,- с выхода измерителя-преобразователя 2 температуры. На объединенных выходах компараторов 8 и 9 формируется сигнал U, поступающий на вход преобразова,теля 3 напряжение-частота. Таким образом, в течение отрицательного полупериода напряжения сети )время t, - tg) осуществляется, замер давления в скважине и преобразование величины выходного напряжения преобразователя 1 преобразователем 3 напряжение-частота в манипулирукщую частоту f,, а в течение положительного полупериода напряжения сети (время 0-t,) осу-- ществляется замер температуры погружного электродвигателя и преобразование величины выходного напряжения преобразователя 2 преобразователем, 3 напряжение-часлзота в манипулирующую частоту fcj Сигнал с выхода преобразователя 3 напряжение-частота

,и

вьфабатывагацего на выходе напряжение

щ

5 несущей частоты, который формирует несущую высокую частоту Up в соответствии с манипулируквдими частотами f и Несущая высокая частота и при помощи усилителя 6 мощности усиливается и согласуется с линией связи, состоящей из обмотки погружного электродвигателя 10, кабеля 25 и вторичной обмотки силового трансформатора 24.

На поверхности земли несущая частота Up- выделяется селектором 11 сигналов из напряжения промьшшенной частоты и через-формирователь 12 прямоугольных импульсов поступает на вход фазового детектора 13, Фазовьй детектор 13 при помощи схемы сравнения на транзисторах 29 и 30 осуществляет сравнение фаз импуяьсов несущей чайтоты Up со сдвинутыми при помощи инвертирующего усилителя 28 на 180° теми же импульсами несущей частоты и. С резистора I нагрузки

жительным полуволнам фазного напряжения от питанщего трансформатора 14 и на втором выходе - прямоугольg ные импульсы U „oi (время t;, - t) , соответствуняцие отрицательным полуволнам фазного напряжения. Прямог угольные импульсы U,,, мг поступают соответственно на инвертирующие

Ш входы компараторов 16, 17, одновременно на объединенные неинвертирующие входы компараторов 16, 17 поступает с выхода фазового детектора 13 сигнал . Таким образом, в те15 чении отрицательного полупернода напряжения сети (время t - t) на выходе компаратора 16 форг-ируется

сигнал с частотой fj, пропорциональной давлению в скважине, а в течение 20 положительного полупериода напряжения сети (время 0-t,) на выходе компаратора 17 формируется сигнал с часпоступает на вход модулятора 4, тотой f, пропорциональной температуре погружного электродвигателя. и управляющего работой генератора 25 Сигналы с частотой f j и f посту-снимается сигнал имаюящй пропают через соответствующие первый и второй преобразователи 18, 19 час- тота-напряжение и переключатель 20 режима индикации в блок 21 индика30 ции-управления, производящей визуальную индикацию величины технологического параметра и вьщагаций сигнал на вход исполнительного органа 23 в случае достижения величины давле22 ния в скважине уставок Рд,„н и

Одновременно аналоговьй сигнал, пропорциональный температуре погружного электродвигателя с выхода второго преобразователя 19 частота-на40 пряжение, поступает на вход порогового блока 22 с регулируемьм порогом срабатывания, где сравнивается компараторами 36, 37 с опорными напряжениями, устанавливаемыми при помо45 щи резисторов 34 и 35 таким Ъбразом, что при рабочей температуре погружного электродвигателя на выходе компаратора 36 сигнал отсутствует, а на выходе компаратора 37 формируется

. ГШМсгс 1 k-3n.A fbcwji t-frtyft 5 i-ii-ji. xrвалы в моменты изменения- фазы импуль- go выходной сигнал, поступающий через

сов несущей частоты О,.. Сигнал поступает на фильтр, состоящий из резистора 32 и конденсатора 33j где происходит дополнительное подавление паразитных высокочастотных импульсов. Нуль-горган 15 работает аналогично нуль-органу 7 и формирует на первом выходе прямоугольные импульсы оЧ (время 0-t,), соответствующие поло55

инвертор 38 на вход сумматора 39. Таким образом, при рабочей температуре погружного электродвигателя на входах сумматора 39j а сладова- тельно, и на его вьжоде отсутствует сигнал управления.-При превьшении температуры выше задаваемого р-зис- тором 34 порога на выходе компаратора 36 формируется сигнал управпения,

жительным полуволнам фазного напряжения от питанщего трансформатора 14 и на втором выходе - прямоугольные импульсы U „oi (время t;, - t) , соответствуняцие отрицательным полуволнам фазного напряжения. Прямог угольные импульсы U,,, мг поступают соответственно на инвертирующие

входы компараторов 16, 17, одновременно на объединенные неинвертирующие входы компараторов 16, 17 поступает с выхода фазового детектора 13 сигнал . Таким образом, в течении отрицательного полупернода напряжения сети (время t - t) на выходе компаратора 16 форг-ируется

тотой f, пропорциональной температуре погружного электродвигателя. Сигналы с частотой f j и f посту-пают через соответствующие первый и второй преобразователи 18, 19 час- тота-напряжение и переключатель 20 режима индикации в блок 21 индикации-управления, производящей визуальную индикацию величины технологического параметра и вьщагаций сигнал на вход исполнительного органа 23 в случае достижения величины давления в скважине уставок Рд,„н и

Одновременно аналоговьй сигнал, пропорциональный температуре погружного электродвигателя с выхода второго преобразователя 19 частота-напряжение, поступает на вход порогового блока 22 с регулируемьм порогом срабатывания, где сравнивается компараторами 36, 37 с опорными напряжениями, устанавливаемыми при помощи резисторов 34 и 35 таким Ъбразом, что при рабочей температуре погружного электродвигателя на выходе компаратора 36 сигнал отсутствует, а на выходе компаратора 37 формируется

выходной сигнал, поступающий через

инвертор 38 на вход сумматора 39. Таким образом, при рабочей температуре погружного электродвигателя на входах сумматора 39j а сладова- тельно, и на его вьжоде отсутствует сигнал управления.-При превьшении температуры выше задаваемого р-зис- тором 34 порога на выходе компаратора 36 формируется сигнал управпения,

поступающий через сумматор 39 на вход исполнительного органа 23, аналогично при снижении температуры ниже задаваемого резистором 35 порога на выходе компаратора 37 сигнал отсутствует, на выходе инвертора 38 формируется сигнал управления также поступающий через суммдтор 39 на вход исполнительного органд 23. Исполнит ел ьньй орган: 23 выдает сигналы на включение и отключение погружного электродвигателя 10.

Формула изобретения

Устройство для кон-тролд технологических параметров в скважине и .защиты погружного электродвигателя от аномальных режимов, содержащее

измеритель-преобразователь давления измеритель-преобразователь температуры, преобразователь напрджение- часто-па, выход которого соединен с первьм входом: модулятор а, второй

вход которого и выход соответственно подключ ены к генератору несущей частоты и входу усилителя мощности, погружной электродвигатель,.соединенный кабелем с силовым тра,ш;фор- матором, селектор сигналов, формирователь импуль(:ов, фазовый; детектор и блок .ивднкации- управле.ния, о тли ч,,а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет непрерывного контроля температуры погружного элекродвигателя и повышения эффективност его защиты, оно снабжено первым и вторым нуль-органами, первым, вторым третьим и четвертым компараторами, питающим трансформатором, первым и вторым преобразователями частота-напряжение, .переключателем режима ин

дикации, пороговым блоком с регулирумым порогом срабатывания и исполнительным органом, причем неинверти

«

15

-jn

25

,« 5

0

5

рукнцие входы первого и второго компараторов подключены соответственно к измерителю-преобразователю давления и измерителю-преобразователю температуры, инвертирующие входы соответственно соединены с первым и вторым выходами первого нуль-органа, вход которого подключен к выходу усилителя мощности и щелевой точке погружного электродвигателя, вход преобразователя напряженн:е-частота соединен с выходами первого и второго компараторов, при этом первый, второй и третий вьгаоды питающего трансфррматора подключены соответственно к одной из фаз первичной обмотки силового трансформатора, нулевой точке вторичной обмотки силового трансформатора и входу второго нуль- органа, первый и второй выходы которого соединены соответственно с инвертирукщим входом третьего комгга- ратора и инвертирующим входом четвертого компаратора, неинвертирующий вход которого подключен через последовательно включенные фазовый детектор, формирователь импульсов и селектор к нулевой точке вторичной обмотки силового трансформатора и непосредственно к неинвертирующему входу третьего компаратора, выход которого через первьй преобразователь частота-напряжение соединен -с нормально замкнутым контактом переключателя режима индикации, нормально разомкнутый контакт которого подкл { - чен через второй преобразователь частота-напряжение к выходу четвертого компаратора и непосредственно к входу порогового блока с регулируемым порогом срабатыванияJ выход которого соединен с входом исполнительного органа и выходом блока индикации-управления, вход которого подключен к переключагадему контакту переключателя режима индикации.

дзи.2

puS3

.

(pus.Utfffer.

ffffS

ff/r

j

вЙГ.

HOI

n

fJMi/

llH

r

H.

т

t.

/f

t

™ЛПГи Г1ЛЛ|

(риг. 5