Способ коммутации блоков датчиков телеметрической системы передачи информации
METHOD OF SWITCHING UNITS OF SENSORS OF TELEMETRIC INFORMATION TRANSMISSION SYSTEM

Предлагаемое техническое решение относится к нефтедобывающей промышленности, и предназначено для коммутации исполнительных приборов и механизмов при эксплуатации скважин для добычи флюида (многофазной среды - смеси нефти, попутной воды и попутного газа), обслуживания и исследования скважин в случае неисправности блока датчиков, некорректности передаваемых данных, полученных с датчиков или при необходимости оценить степень достоверности передаваемых данных, полученных с датчиков.
Наиболее близким является способ сбора, обработки и передачи информации с датчиков, реализованный в системе передачи телеметрической информации аналогичного назначения (ИРЗ ТМС-М3Р-40,05МПА-В2-Т2М-К-Э501Р-40.01, ЦВИЯ.465625.015 ТУ, изготовитель системы АО «ИРЗ», 2017), состав и принцип работы которой частично описаны в системе передачи телеметрической информации (патенте РФ на изобретение №2230187, Е21В 47/00, 2004 г.), при котором подают постоянное напряжение через передающий тракт в подземное передающее устройство (далее, ППУ), где в блоке датчиков (далее, БД) формируют необходимые питающее и опорные напряжения для работы его устройств, осуществляют опрос датчиков, текущие значения которых преобразуют в последовательный цифровой код, формируют пакет данных, полученных с датчиков для передачи на наземное устройство приема, обработки и формирования управляющих сигналов БД (наземное устройство).
Недостатками этого способа является отсутствие возможности резервирования и дублирования функций БД (повышение надежности) в случае отказа БД или некорректности переданных им данных, принятых с датчиков, а также при необходимости оценить степень достоверности данных, полученных с датчиков за счет дополнительного включения в схему БД, дублирующего функции БД, а также в обеспечении возможности коммутации указанных БД для оценки достоверности и бесперебойности работы.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков, в т.ч. повышение надежности аппаратуры (за счет дублирования функций передачи данных, полученных с датчиков), повышение надежности связи (т.е. обеспечение непрерывности передачи данных, полученных с датчиков), обеспечение возможности оценки достоверности. Это достигается, в том числе, за счет того, что параллельно БД телеметрической системы передачи информации подключают хотя бы один БД, дублирующий его функции, в случае неисправности (отказа) работающего в текущий момент времени БД, некорректности передаваемых данных, принятых с датчиков, или при необходимости оценить степень достоверности данных, полученных с датчиков обеспечивают возможность их коммутации.
Указанная цель достигается в способе коммутации БД телеметрической системы передачи информации, при котором подают постоянное напряжение через передающий тракт в ППУ, где в БД формируют необходимые питающее и опорные напряжения для работы его устройств, осуществляют опрос датчиков, текущие значения которых преобразуют в последовательный цифровой код, формируют пакет данных, полученных с датчиков для передачи на наземное устройство, согласно изобретению новым является то, что параллельно БД дополнительно подключают от 1 до N БД, дублирующих функции БД, для каждого из БД определяют заданную задержку по времени включения (далее, задержка), включают в работу БД с наименьшей задержкой, при этом работающим БД одновременно подают сигналы сброса питания на остальные БД до момента прекращения, обусловленного получением сигнала от наземного устройства на переключение БД, при этом работающий в текущий момент времени БД переключают, выбирая БД с минимальной задержкой, переключение БД осуществляют в последовательности, определяемой величиной задержки, исходя из того, что каждому предыдущему работающему БД задают максимальную задержку.
На чертеже проиллюстрирована система передачи телеметрической информации, в которой реализуется способ коммутации блоков датчиков телеметрической системы передачи информации (далее, способ коммутации БД) в предпочтительном варианте.
Способ коммутации БД реализуется в системе передачи телеметрической информации (на фигуре), включающей наземное устройство 1, соединенное через передающий тракт 2 с подземным передающим устройством 3, включающим БД 4, параллельно которому (и последовательно к передающему тракту 2) подключают один БД 4, дублирующий его функции. При этом количество подключаемых БД может варьироваться от одного до N и определяется требованиями потребителей.
В качестве наземного устройства 1 может быть использовано любое наземное устройство 1, обеспечивающее прием, обработку и формирование управляющих сигналов БП 4. В преимущественном варианте в качестве наземного устройства может быть использовано наземное приемное устройство по патенту РФ на изобретение №2230187, содержащее источник питания, устройство приема и обработки информации, электронный ключ, два резистора.
Передающий тракт 2 предназначен для питания электродвигателя установки электроцентробежного насоса (УЭЦН), параметры которой контролирует телеметрическая система, передачи данных от датчиков БД 4 к наземному устройству 1 и приема управляющих сигналов БД 4 с наземного устройства 1. В качестве передающего тракта 2 может быть использована, в преимущественном варианте линия питания, в частности, по патенту РФ на изобретение №2230187, представляющая собой кабель, по которому осуществляется питание и передача данных с БД 4.
БД 4 позволяет контролировать параметры погружного электродвигателя (далее, ПЭД), такие как температура масла в ПЭД, уровень вибрации, давление и т.д., а также параметры скважины на приеме и на выкиде насоса, например, температура пластовой жидкости. В качестве БД 4 может быть использовано любое широко известное устройство для сбора, обработки, передачи данных, принимаемых с датчиков на наземное устройство 1. В преимущественном варианте БД 4 может быть выполнен по патенту РФ на полезную модель №108608 и может содержать устройство фильтрации и защиты, устройство сбора и передачи данных (УСПД), стабилизатор напряжения, устройство регулирования размаха напряжения, электронный ключ, управляемый УСПД. Подключение сразу нескольких БД 4 обеспечивает возможность их коммутации при отказе (неисправности) БД 4 (работающего в текущий момент времени), некорректности данных, передаваемых с датчиков, а также в случае, когда необходимо оценить степень достоверности данных, полученных с датчиков. Результатом этого является повышение надежности системы (т.е. обеспечивается безотказность, бесперебойность ее работы: если один БД 4 отказал, то включают в работу другой БД 4 без остановки и ухудшения работы системы передачи телеметрической информации), повышение надежности связи (непрерывность передачи данных: если вышел из строя один БД 4, то какой-нибудь из подключенных БД 4 осуществит передачу данные с датчиков), возможность оценки достоверности при сравнении данных (информации), полученных с разных БД 4 об одних и тех же измеренных параметрах (совпали/не совпали).
В каждом из БД 4 (в данной реализации в УПСД) программно задана контрольная сумма, включающая порядковый номер БД 4, определяющий задержку, т.е. заданное время, через которое работающий БД 4 подаст сигнал сброса питания на остальные БД 4 и начнет сбор данных с датчиков, их преобразование в цифровой код, формирование пакета (кадра) и передачу на наземное устройство 1. Изначально БД 4, подключенный первым, имеет первый порядковый номер и наименьшую заданную задержку Тнаим, обусловленную временем, требуемым для того, чтобы питающее и опорные напряжения достигли своих номинальных значений, а также для завершения переходных процессов в устройстве БД 4, например, во входном фильтре, в частности, обусловленную временем, необходимым для зарядки его емкости. Порядковые номера последующих БД 4 задают в порядке возрастания в соответствии с очередностью их подключения (т.е. у последующего за первым БД 4-второй порядковый номер, у следующего за ним- третий и т.д.).
Контрольная сумма для каждого из БД 4 может быть вычислена, например, по формуле:
CRCK = f(Д) + K,
где CRC- контрольная сумма, K - порядковый номер БД 4, принимающий значения от 1 до N+1 (N-количество подключаемых БД 4, дублирующих функции БД 4), f(Д) - функция преобразования пакета данных с БД 4, Д - пакет данных с БД 4. Таким образом, контрольная сумма первого БД 4 определяется как: CRC1 = f(Д) + 1, для второго: CRC2 = f(Д) + 2 и т.д.
Задержки последующего БД 4 и предыдущего БД 4 отличаются на величину заданной длительности Δt, достаточную для подачи предыдущим БД 4 сигналов сброса питания всех дублирующих его БД 4 с учетом имеющихся в устройстве переходных процессов.
В частности, задержка может быть определена по формуле:
Тк = Тнаим + Δt*(К-1), где Тк - задержка БД4 с порядковым номером К, при этом номер К принимает значения от 1 до N+1 (N - количество подключаемых БД 4, дублирующих функции БД 4); Тнаим - наименьшая заданная задержка; Δt - это длительность времени достаточная для подачи включаемым в работу БД 4 сигналов сброса питания всех дублирующих его БД 4 с учетом имеющихся в устройстве переходных процессов;
Таким образом, задержка блока с порядковым номером 3 будет определяться как:
Т3 = Тнаим + Δt* 2.
Способ реализуется следующим образом.
При поступлении сигнала питания «+100 В» с наземного устройства 1 через передающий тракт 2 в ППУ 3 включают одновременно все подключенные к передающему тракту 2 БД 4. По истечении времени наименьшей задержки включают в работу БД 4 с минимальной задержкой включения. Работающим БД 4 подают сигналы сброса питания на все остальные БД 4 до момента прекращения подачи указанных сигналов, обусловленного получением сигнала от наземного устройства 1 на переключение БД 4. Подача сигнала от наземного устройства 1 на переключение БД 4 может осуществляться как в автоматическом режиме самим наземным устройством 1 или удаленно с диспетчерского пульта, так и оператором непосредственно на кусте, при этом указанный сигнал может быть как аналоговым, так и цифровым. Отключение БД 4 по сигналу сброса питания с работающего БД 4 позволяет осуществлять холодное резервирование отключенных БД 4 и увеличивает срок их службы, что в результате повышает надежность аппаратуры и системы в целом. Далее работающим БД 4 осуществляют сбор данных с датчиков (опрашивают датчики). Полученные текущие значения с датчиков преобразуют в последовательный цифровой код, формируют пакет для передачи на наземное устройство 1, к которому добавляют контрольную сумму работающего БД 4, характеризующую целостность переданного пакета (т.е. корректность переданных данных). Затем работающий БД 4 переводят в режим «ожидания», при котором в течение заданного времени (задается программно в соответствие с алгоритмом работы БД 4) осуществляют мониторинг линии питания на наличие сигнала на переключение БД 4 с наземного устройства 1 (в данной реализации длительность указанного режима «ожидания» составляет 3 секунды, в других реализациях длительность может другой)
При отсутствии сигнала на переключение БД 4 (при этом в данной реализации в линию питания подают напряжение «-100В» заданной длительностью, в частности, длительностью 3 секунды), работающий БД 4 выходит из режима «ожидания» и начинает новый цикл измерения телеметрии (сбора, обработки и передачи данных, полученных с датчиков на наземное устройство 1).
При получении работающим БД 4 сигнала на переключение (при этом в данной реализации сигналом на переключение БД 4 является подача с наземного устройства 1 в линию питания напряжения «+100В»), включают все БД 4 с большими порядковыми номерами, чем у работающего в текущий момент времени БД 4 (при работающем БД 4 с максимальным порядковым номером включают в работу все остальные БД 4). Далее, работающему в текущий момент времени БД 4 (который необходимо переключить) задают задержку по времени включения в работу заведомо большую, чем задержка по времени включения в работу БД 4 с максимальным порядковым номером (причем, при поступлении на этот БД 4 сигнала на сброс питания со стороны БД 4 с большим порядковым номером, осуществляют сброс задержки до первоначального значения). Затем переводят его в режим ожидания, включая в работу БД 4 с большим порядковым номером с минимальной задержкой. Таким образом, осуществляют коммутацию БД 4.
При получении наземным устройством 1 пакета данных с ППУ 3 определяют порядковый номер БД 4 (значение К), с которого были получены данные. Для этого рассчитывают значение функции f(T) от принятого пакета данных с БД 4, которое сравнивают с контрольной суммой полученного пакета данных. Результатом этого может быть:
- рассчитанный порядковый номер больше, чем число подключенных БД 4. В этом случае определяют, что целостность переданного пакета нарушена и, соответственно, переданные данные некорректны (их отбрасывают), принимают решение о переключении БД 4. Переключают БД 4 вышеописанным способом.
- рассчитанный порядковый номер не соответствует ожидаемому порядковому номеру работающего БД 4, но является номером одного из подключенных БД 4. В этом случае определяют, что работающий в текущий момент времени БД 4 неисправен (отказал) и принимают решения о приеме/неприеме этих данных для дальнейшей обработки, о коммутации/продолжении работы с БД 4, от которого пришел пакет данных.
- рассчитанный порядковый номер соответствует порядковому номеру работающего БД 4 (т.е. указанный БД 4 исправен и данные корректны). В этом случае либо принимают решение о продолжении работы с этим БД 4, либо принимают решение о переключении БД 4, например, в случае, когда необходимо оценить степень достоверности данных, или когда не устраивает сам работающий БД. Переключают БД 4 вышеописанным способом.
Таким образом, несмотря на то, что заявленное в качестве изобретения техническое решение показано и описано на примере его конкретной реализации, среднему специалисту в данной области должно быть понятно, что различные изменения по форме и содержанию могу быть сделаны без отступления от сущности и объема изобретения, определенных приведенной в заявке формуле изобретения.