Наземный блок системы погружной телеметрии

Техническое решение относится к области измерительной техники, в частности к способам измерения параметров погружного оборудования, а также исследования скважин и может быть использовано для передачи телеметрической информации и формирования команд управления оборудованием в зависимости от требований технологического процесса.
Известны из уровня техники, системы погружной телеметрии (СПТ) преимущество содержат наземный и погружной блок, где наземный блок (НБ) обеспечивает питание погружного блока (ПБ), а также сбор пакетов данных с параметрами скважины и погружного оборудования, такими как параметры тока, температура, давление, вибрация и прочие. Наземный блок системы погружной телеметрии, преимущественно связан с контроллером станции управления (КСУ), в котором, на базе измеренных параметров, реализованы алгоритмы управления частотного регулируемым приводом (ЧРП). Описанные СПТ имеют некоторые ограничения связанные с условиями эксплуатации, например в случае использования, ЧРП или привода прямого пуска, где КСУ отсутствует или имеет ограниченные технические возможности. Также, есть недостатки, связанные с быстродействие системы управления в аварийных ситуациях, наличие дополнительного передающего звена не всегда позволяет оперативно отреагировать на критические показатели в работе погружного оборудования, что может привести к выходу его из строя и значительным затратам времени и средств, связанных восстановлением и повторным вводом в эксплуатацию
Из патента на изобретение RU2230187 известна система передачи телеметрической информации, которая содержит подземное передающее устройство и наземное приемное устройство. Наземное приемное устройство состоит из источника питания, устройства приема и обработки информации, электронного ключа и двух резисторов. Электронный ключ, управляемый устройством приема и обработки информации, выполнен с возможностью подключения второго резистора параллельно первому резистору и источнику питания при передаче команд подземному передающему устройству. Также, электронный ключ, управляемый устройством сбора и передачи информации, выполнен с возможностью подключения второго резистора параллельно первому резистору и стабилизатору напряжения для передачи телеметрической информации.
К недостаткам технического решения уровня техники, можно отнести ограниченные функциональные возможности наземного передающего устройства, системы погружной телеметрии.
Также из уровня техники, патент на изобретение RU2230187, известен модуль наземный системы погружной телеметрии, который содержит основной приемник кодированной телеметрической информации (ОПрИ), блок измерения изоляции (ИЗ), блок подачи питания на модуль погружной (ПМП) и альтернативный приемник кодированной телеметрической информации (АПрИ), выполненный с возможностью распознавания поступающей кодированной телеметрической информации. При этом вход/выход управляющее устройство модуля наземного (УМН) подключен к информационному входу/выходу МН (для передачи распознанной телеметрической информации потребителю), выход УМН подключен к многофункциональному входу/выходу МН через ПМП. Вход ОПрИ подключен к многофункциональному входу/выходу МН, первый выход - к первому входу УМН, а второй выход – к второму входу УМН через ИЗ. Кроме того, к входу МН, соединенному с обмотками трехфазного трансформатора (электродвигателя), подключен вход АПрИ, выход которого подключен к третьему входу УМН либо к информационному выходу МН для передачи распознанной телеметрической информации от МП потребителю.
К недостаткам технических решений уровня техники, можно отнести ограниченные функциональные возможности наземного передающего устройства/наземного модуля, системы погружной телеметрии, далее именуемого «наземным блоком» (НБ).
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание компактного, многофункционального наземного блока системы погружной телеметрии (СПТ).
Технический результат, достигнутый от реализации заявленной полезной модели, заключается в расширении функции и применяемости наземного блока системы погружной телеметрии.
Сущность заявленного технического решения заключается в том, что наземный блок системы погружной телеметрии содержит канал связи с погружным модулем и наземным приводом электродвигателя. Указанный наземный блок, содержит моноблочный корпус с помещенным внутрь, по меньшей мере, одним блоком электроники включающим, по меньшей мере, интерфейсы связи RS-485 и/или RS-232, средства беспроводной связи, контакты средств управления, отображения, а также средства ввода/вывода измеряемых параметров работы, системы погружной телеметрии. По меньшей мере, один из блоков электроники выполнен силовым и содержит элементы системы питания низкого напряжения. Также, по меньшей мере, один из блоков электроники содержит, по меньшей мере, управляемый дискретный вход/выход, связанный с контактором системы управления привода электродвигателя.
В одном из возможных вариантов реализации технического решения, управляемый дискретный вход/выход формирует электрические сигналы включения/выключения привода электродвигателя. Также управляемый дискретный вход/выход, может быть выполнен с возможностью работы в задаваемом диапазоне значений измеряемых параметров.
Сущность заявленного технического решения поясняется, но не ограничивается приведенными графическими материалами:
на фиг.1 - принципиальная блок схема системы погружной телеметрии;
на фиг.2 - общий вид наземного блока системы погружной телеметрии;
на фиг.3. - принципиальная схема электронных компонентов наземного блока системы погружной телеметрии.
Заявляемое техническое решения представляет собой наземный блок (НБ) 1 системы погружной телеметрии, которая также содержит погружной блок (ПБ) 2 с набором измерительных датчиков связанный с наземным приводом (НП) 3, через нулевую точку обмотки погружного электродвигателя 4 насосной установки трансформатор 5. Указанный НБ 1, установлен в линию связи между погружным блоком 2 и наземным приводом 3, также в линию связи может быть включен дополнительный фильтр 6.
Наземный привод 3 может быть выполнен в виде станции управления с частотно регулируемым приводом или в виде привода прямого пуска. Станция управления преимущественно может быть оснащена контроллером станции управления (КСУ) 7 или контактором 8.
КСУ 7 связан с НБ 1 (фиг.1) через интерфейс RS-485 и/или RS-232, посредством которых реализуют обмен данными. Наземный блок 1 системы погружной телеметрии устанавливается в блоке внешних подключений НП и  может быть реализован в моноблочном корпусе 9, указанный корпус может быть выполнен из термостойкого полимерного материала или металла, в зависимости от требуемой степени защиты от влаги и пыли.
Моноблочный корпус вмещает, по меньшей мере, два блока электроники (БЭ) (фиг.2). Один из указанных БЭ 10, содержит микроконтроллер 11 и набор слаботочных электронных компонентов, интерфейсы связи 12, такие как RS-485 и/или RS-232, средства беспроводной связи 13, в частности WIFI модуль. БЭ 10 содержит контакты 14 подключения средств управления, которые могут быть выполнены в виде мембранной клавиатуры, а также контакты 15 включения средств отображения, в частности, НБ 1 оснащен цветным экраном 16. Посредством экрана 16 отображаются параметры работы СПТ, выводятся графики с параметрами работы оборудования. Графики позволяют отображать значения выбранных параметров в необходимый пользователю период времени. Значения параметров хранятся в журнале событий и записи параметров, который формируется в блоке внутренней памяти 17, указанного НБ. Заявленный НБ может дополнительно оснащаться интерфейсами внешних подключений, в частности портами USB. Блок электроники 10 также содержит средства 18 измерения сопротивления изоляции или тока утечки, измеренные параметры записываются в упомянутый ранее журнал и отображаются на экране 16.
1
2
1
1
2
Средства ввода/вывода измеряемых параметров работы, системы погружной телеметрии, помимо интерфейсов RS-485 и/или RS-232, представлены в виде, по меньшей мере, управляемых дискретных входов/выходов 17, 17 связанных с КСУ 7 или контактором 8 системы управления привода электродвигателя. В схему между контактором 8 и дискретным выходом 17может быть включен нормально разомкнутый – нормально замкнутый контактор 19. Через дискретные входы/выходы 17, 17 подают сигналы об аварийных состояниях работы погружного оборудования на КСУ 7. В случае отсутствия КСУ 7, заявляемый НБ 1 выполняет функции контроллера НП 3, и формирует электрические сигналы управления контакторами 8, 19 включения/выключения привода управления ЭД.
Напряжение питания погружного блока, а также сигналов управления контакторами формируется силовым блоком электроники 20, который оснащен собственным микроконтроллером 21 преобразователем 22 напряжения DC/DC.
1
2
Указанные дискретные входы/выходы 17, 17выполнены управляемыми, диапазон рабочих параметров (безаварийных) – задается пользователем в зависимости от конкретных условий эксплуатации погружного оборудования и требований технологического процесса, НБ содержит элементы цветовой индикации состояния СПТ.
1
2
Согласно одному из возможных вариантов реализации системы погружной телеметрии (фиг.1) заявленное техническое решение может работать следующим образом. После фиксации МК 11 отклонения сигналов ПБ 2 от заданных параметров работы погружного оборудования, через входы/выходы 17, 17подают электрический сигнал на контактор 18, который переводят в состояние – нормально разомкнутый, после чего размыкается цепь и контактор 8 переходит в состояние «разомкнуто», а НП 3 отключается от питающей сети. Таким образом, удается повысить скорость срабатывания системы в аварийных режимах работы оборудования.
Реализация заявленного технического решения способствует достижению поставленной задачи и позволяет расширить функциональность наземного блока системы погружной телеметрии, за счет наличия средств обработки параметров и формирования сигналов управления наземным приводом, а также за счет использования средств непосредственного управления и отображения рабочих параметров СПТ.