БЛОК ПОГРУЖНОЙ

Предлагаемое техническое решение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к системам и устройствам приема/передачи информации и электрической энергии к исполнительным приборам и механизмам при эксплуатации скважин для добычи флюида (многофазной среды - смеси нефти, попутной воды и попутного газа), обслуживания и исследования скважин.
Ближайшим аналогом является блок погружной, входящий в систему передачи телеметрической информации (патент РФ на изобретение №2230187, 2004 г.), состоящий из стабилизатора напряжения, устройства сбора и передачи информации, датчиков, электронного ключа и двух резисторов, подключенного между нулем «звезды» обмоток электродвигателя и его заземленным корпусом, а обмотки электродвигателя подключены к обмоткам трехфазного трансформатора через кабель питания.
Недостатками устройства является то, что в условиях предельных рабочих температур вследствие саморазогрева полупроводниковых электронных компонентов, входящих в состав блока погружного происходит снижение его надежности, что в дальнейшем с течением времени приводит к отказу блока погружного. Кроме того, отсутствует возможность проверить достоверность передаваемых данных.
Задачей технического решения является повышение надежности блока погружного в условиях предельных рабочих температур, с обеспечением возможности проверки достоверности передаваемых данных.
Технический результат достигается тем, что устройство содержит последовательно подключенный к передающему тракту (ПТ) основной модуль, включающий устройство сбора и передачи данных (УСПД) с датчиков, с которым параллельно включены стабилизатор напряжения (СН) и последовательно соединенные устройство регулирования размаха напряжения (УРРН) и электронный ключ (ЭК), управляемый УСПД, причем УСПД, СН, ЭК подключены к заземленному корпусу электродвигателя, при этом основной модуль дополнительно содержит устройство фильтрации и защиты (УФиЗ), включенное между ПТ и УСПД и содержащее последовательно соединенные узел фильтрации и узел защиты, при этом блок погружной (БП) снабжен, по крайней мере, одним дополнительным модулем, дублирующим функции основного модуля, подключенным последовательно к ТП 1 параллельно основному модулю, и соединенным с УСПД и УФиЗ основного модуля.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом. Далее блок погружной будет описан в предпочтительном варианте.
Устройство на фигуре содержит последовательно подключенные к ПТ основной модуль и параллельно с ним, по крайней мере, один дополнительный модуль, дублирующий функции основного модуля. Основной модуль содержит УФиЗ 1, включающее узел 2 фильтрации, последовательно соединенный с узлом 3 защиты, УСПД 4 с датчиков 5, с которыми параллельно включены СН 6 и последовательно соединенные УРРН 7 и ЭК 8, управляемый УСПД 4. УСПД 4, СН 6, ЭК 8 подключены к заземленному корпусу электродвигателя (не показан). При этом, дополнительный модуль соединен с УСПД 4 и УФиЗ 1 основного модуля.
ПТ представляет собой вторичные обмотки трехфазного трансформатора, соединенные между собой в звезду, к которым через силовой кабель подключены обмотки двигателя, соединенные между собой в звезду. На среднюю точку звезды вторичной обмотки (обычно равна 0) подается напряжение от 40-200, возникающий ток протекает через передающий тракт и обеспечивает питанием БП.
УФиЗ 1 предназначено для защиты погружного блока от воздействия помех переменного тока высокой амплитуды и содержит узел 2 фильтрации и узел 3 защиты. В качестве узла 3 защиты может быть использовано любое известное устройство, в частности, включающее, по крайней мере, один электронный ключ, последовательно соединенный с устройством измерения сопротивления изоляции кабеля (представляющий собой, например, диод). Узел 2 фильтрации обеспечивает функцию фильтрации помех и защиту БП от воздействия помех переменного тока высокой амплитуды (свыше 1,5кВ) и может быть реализован, например, в виде входного LC фильтра с частотой среза большей, чем частота передачи данных.
УСПД 4 предназначено для сбора данных с датчиков 5, передачи данных, осуществления управления УФиЗ 1 и дополнительным модулем, дублирующим функции основного модуля. В качестве датчиков 5 могут быть использованы, в частности, датчики температуры, давления, вибрации и пр. В качестве УСПД 4 может быть использовано любое широко известное устройство управления (плата управления), в частности, содержащее микроконтроллер, токовый детектор, предназначенный для определения превышения напряжения на входе, источник питания, накопитель энергии (например, конденсатор).
СН 6 формирует необходимые питающие и опорные напряжения для работы УСПД 4 и датчиков 5. В качестве СН 6 может быть использовано любое известное устройство, в данной реализации используется параметрический стабилизатор напряжения параллельного типа.
УРРН 7 предназначено для регулирования размаха модулируемого напряжения (ограничивает ток, протекающий от передающего тракта через УФиЗ 1), позволяет задать уровень модулируемого напряжения в соответствии с требованиями потребителей при сборке устройства, и может быть выполнено, например, в виде резистора, номинал которого подбирается в процессе регулирования.
В качестве ЭК 8 может быть использован любой известный ключ, в частности, геркон с замыкающей его катушкой.
Повышение надежности БП, а также возможность проверки достоверности передаваемых данных обеспечиваются снабжением основного модуля УФиЗ 1 и, снабжением БП по крайней мере, одним дополнительным модулем, дублирующим функции основного модуля, соединенным с УФиЗ 1, УСПД 4 основного модуля, позволяющего в случае необходимости (в случае отказа или для проверки достоверности) отключить основной модуль и передавать данные с датчиков, подключенных к дублирующему модулю. Поскольку БП предназначен для работы в агрессивной среде в условиях высоких температур, для снижения (перераспределения) нагрузки на электронные компоненты и сохранения рабочих характеристик отдельного модуля, в схему может быть включено от 1 до N дополнительных модулей, каждый из которых дублирует функции основного модуля, где N-количество включаемых дополнительных модулей, зависящее от многофазной среды, в которую погружают устройство и от решаемых задач.
Несмотря на то, что техническое решение показано и описано со ссылкой на конкретный вариант осуществления, специалистам в данной области техники следует понимать, что различные изменения по форме и содержанию могут быть сделаны без отступления от сущности и объема полезной модели, определенных прилагаемой формулой полезной модели.
Устройство работает следующим образом.
При подаче напряжения питания через ПТ на БП включаются все модули БП. СН 6 модулей формируют необходимые питающие и опорные напряжения для работы УСПД 4. При помехе амплитудой менее 1,5кВ ключ УФиЗ 1 замкнут и напряжение питания поступает на УСПД 4 основного модуля, который формирует сигналы сброса для УСПД 4 и закрытия ключа УФиЗ 1 дублирующего модуля для его отключения от ПТ и перевода в режим ожидания. При этом основной модуль находиться в рабочем режиме, при котором УСПД 4 опрашивает датчики 5, преобразует их текущие показания в последовательный цифровой код, который через открытый ЭК 8 передается на землю.
В случае отказа основного модуля БП, в частности при помехе свыше 1,5кВ ключ УФиЗ 1 размыкается и отключает УСПД 4 основного модуля от ПТ, переводя его в режим ожидания. В отсутствии сигналов сброса для УСПД 4 и ключа УФиЗ 1 дублирующий модуль БП начинает функционировать в нормальном режиме аналогично основному модулю. При необходимости осуществить проверку достоверности данных основного модуля сигналы на отключение УСПД 4 основного модуля и сигнал перевода дублирующего модуля в нормальный рабочий режим поступает с наземной части телеметрической системы.