Скважинная часть устройства для контроля температуры погружного электродвигателя и давления на приеме насоса

1. Присяжнюк Н.И. И Др. Стационарное глубинное устройство контроля давления в скважине,эксплуатируемой погружньш электронасосом // Автоматизация и телемеханизация нефтяной промъштленности. Реферативный научно-техничесюдй сборы/пс - М. ВНИИОЭНГ, 1975, Г 97.-С. 14-17.2. Разуваевский В.В. и др. Некоторые аспекты модернизации термометрической системы ТМС-3 // Нефтяная промышленность. Научно-производственные достижения нефтяной промышленности в новых условиях хозяйствования. Научно-технический информационный сборник. Выпуск 1.-М. 1989.-С. 1-3.Изобретение относится к области исследования скважин с погружньтми электродвигателями, работающими в приводе насосов погружных электроустановок для добычи нефти, может быть использовано в составе оборудования для контроля технологических параметров в скважине и защиты погружньш электродвигателей от аномальных режимов, у которых связь между скважинной и наземной частями осуществляется по кабелю-токоподводу погружного электродвигателя, и касается усовершенствования скважинной части упомянутого оборудования.Известно стационарное глубинное устройство для контроля давления в скважине, эксплуатируемой погруддшым насосом, содержащее датчик давления, преобразователь напряжениечастота, вход которого соединен с выходом датчика давления, блок частотной модуляции, вход которого последовательно соединен через разделительный трансформатор с входным разделительным конденсатором 1. Известное устройство не обеспечивает получение информации о температуре обмоток погружного электродвигателя.Известно скважинное устройство для контроля температуры погружного электродвигателя и давления на приеме насоса, названное преобразователем давления и температуры и содержащее датчики давления и температуры, преобразователь напряжение-частота, блок высокочастотной МОДУЛЯЦИИ, вход Которого соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, а выход ооединен со входом усилителя мощности 2. Последовательная выработка частотно-модулируемьтх сигналов о давлении и температуре ограничивает быстродействие известного устройства, существенно снижает его точность ввиду сокращения интервала передачи информационной посылки до полупериода питающего напряжения, а отсутствие развязывающих элементов на выходе снижает его Помехозащищенность И надежность работы, что в силу наличия нуль-органа, управляемого из наземного блока (станции), может привести к сбоям в последовательности передачи сигналов и рассогласованию сигналов о давлении и температуре при их приеме, демодуляции и оценке в наземном блоке. Сбои и рассогласования приводят к недостоверной оценке информации о давлении и температуре, снижают надежность контроля указанных технологических параметров.Известна скважинная часть устройства для контроля технологических параметров в скважине и защиты иотружного электродвигателя от аномальных режимов, содержащая измерительный преобразователь давления, преобразователь напряжение-частота, вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя давления, блок формирования частотно-модулированного сигнала,элемент контроля температуры, усилитель мощности, выход которого подключен к разделительному конденсатору З. В качестве элемента для контроля температуры в известной скажинной части используется термореле, срабатывающее при досгшкении предельно допустимого значения температуры и обеспечивающее переключение диапазона несущей частоты блока модуляции, что не позволяет контролировать текущие значения температуры, а также изменять предельно допустимые значения температуры контроля без извлечения скважинной части из скважины. Недостаточная развязка выхода сквахсинной части от цепей питания потухшего электродвигателя, особенно в условиях частого срабатывания тиристорных переключателей в связи с высокой температурой эксплуатации, обусловленной горячими пласювьпша ясидкостями, может привести к снижению достоверности оценки технологических параметров и надежности контроля в указанных условиях.Недостаточная информативность (по параметру температуры), недостаточная Достоверность измерения давления затрудняют применение известной скважинной части в системах обработки и управления нефтепромысловым оборудованием с использованием ЭВМ.Наиболее близкой к заявляемой является скважинная часть устройства для контроля температуры ПОГРУИСНОГО ЭЛСКТРОДВИГЗТЕЛЯ И ДЭВЛВНИЯ на ПРИСМС НЗСОСЭ, СОДВРЖНЩЗЯ измерительные преобразователи температуры и давления, преобразователь напряжение-частота, вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя давления, последовательно соединенные усилитель мощности, разделительный трансформатор и разделительный конденсатор 4. Скважинная часть известного устройства преобразует измерительную информацию о текущих значениях температуры и давления в последовательные сигналы в виде последова 2тельных пачек импульсов, включая импульсы синхронизации и передает их через кабельтокоподвод погружного электродвигателя в наземную часть, При этом скважинная часть устройства защищена от помех цепей питания, благодаря полной гальванической развязке с поСЛВДНИМИ. ОДННКО последовательная ВЫРЗООТКД СИГНЗЛОВ О ДЗВЛВНИИ И температуре В ВИДЕ пачек импульсов синхронизации, во-первьтх, ограничивает быстродействие как скважинной части, так и всего устройства для контроля в целом, во-вторых, снижает достоверность оценки параметров и надежность контроля при изменении температурных условий эксплуатации и на ЛИЧИИ ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ В ЦЕЛЯХ питания (В ЛИНИИ СВЯЗИ). ПОМЕХИ, КОТОРЪЮ МОГУТ ВОЗНИКНУТЬ от частого срабатывания тиристорных переключателей и по другим причинам, способны за пускать преобразователь пачек импульсов в прямоугольные импульсы, нарушая синхронизацию приема сигналов, что снижает достоверность оценки параметров. Недостаточная помехоустойчивость в усложненных условиях эксплуатации способна привести к возникновению несоответствия уставок давления и температуры условиям работы, что чревато снижению надежности контроля. Изменение уставок требует длительных наблюдений при частом включении-отключении электронасоса, что в свою очередь снижает достоверность оценки.Вышеуказанные факторы препятствуют использованию известного устройства для совместной работы с ЭВМ в реальном масштабе времени, а также препятствуют использованию известной скважинной части устройства в составе других станций контроля.Предлагаемая скважинная часть устройства решает задачу контроля температуры погружного электродвигателя и давления на приеме насоса в осложненных условиях эксплуатациипогружньтх Электронасосов, в частности при откачке горячих жидкостей и в условиях внешних электромагнитных помех.Технический результат, Достигаемый изобретением, заключается в повышении достоверности контроля давления и температуры, быстродействия скважинной части устройства и аппаратуры контроля, а также расширении за счет этого универсальности применения. Последнее характеризуется ВОЗМОНСНОСТЬЮ использования скважинной ЧЗСТИ устройства с разными ТИПЗМИ НЗЗЕМНОГО ОООРУДОВЕЪНИЯ, включая СИСТЕМЫ С ИСПОЛЬЗОВЗНИВМ ЭЛЕКТРОННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ машин. Помимо вышеприведенного, скважинное устройство обеспечивает получение дополнительного технического результата, заключающегося в повышении надежности его работы, в обеспечении ТОЧНОСТИ И ДОСТОВВРНОСТИ измерения давления при повреждении ИЛИ обрыве ЦЕпи измерительного преобразователя температуры.Достижение поставленной задачи и техъшческого результата обеспечивается тем, что в скважинной части устройства для контроля температуры погружного электродвигателя и давления на приеме насоса, включающей измерительный преобразователь температуры, измерительный преобразователь давления, преобразователь напряжение-частота, вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя давления, последовательно соединенные усшпипель мощности, разделительный трансформатор и разделительный конденсатор, дополнительно введен генератор, управляемый напряжением, первый Вход Которого соединен с выходом измерительного преобразователя температуры,второй вход генератора соединен с выходом преобразователя напряжение-частота, а выход генератора,. управляемого напряжением, соединен со входом усшштеля мощности. Кроме того, генератор, управ ляемый напряжением, содерхсит отрат-гичитель напряжения, масштабирующий усилитель-еутшатор,дополнительиьпй преобразователь напряжение-частота, причем выход ограничителя напряжения соВДИНБН С ПСРВЪМ ВХОДОМ МЭСШТсЦОИРУЪОЩЫО УСШП/ГЛЕЛЯ-СУЬ/ПИЕЗДГОРЗ, ВЫХОД КОТОРОГО СОВДИНСН СО ВХОДОМ дополнительного преобразователя напргокеште-частогга, выход дополнительного преобразователя напряжение-частота соединен со входом усилителя мощности, выход измерительного преобразователя температуры соединен со входом ограничителя напряжения, а выход преобразователя налряхоэниечастота соединен со вторым входом масшгабирующего усилителя-сумматора.В заявляемой скважинной части устройства впервые используется генератор, управляемый напряжением, выполняющий следУющкте функции- выработку несущей частоты и частоты девиации- частотное модулирование частоты девиации модулирующей частотой, несущей информацию об измеренном давлении- частотное модулирование несущей частоты аналоговым сигналом, несущим информацию об измеренной температуре- формирование сложного результирующего частотно-модулированного сигнала на основе модулирующего и аналогового сигналов.модулирующий сигнал вырабатывается преобразователем напряжение-частота, а аналоговый сигнал напряжения - непосредственно измерительным преобразователем температуры. Благодаря полной гальванической развязке устройства от цепей питания и линии связи, достигаемой благодаря разделительным трансформатору и конденсатору, исключается влияние помех на формирование и подачу в линию связи результирующего информационного сигнала.Высокочастотные составляющие помех воздействуют одновременно на части результирующего информационного сигнала, относящиеся к давлению и температуре, что позволяет индентифицировать помехи и учесть их влияние при измерении текущих значений давления и температуры при регистрации и обработке результатов измерений. Кроме того, достоверность и точность измерений может быть повышена за счет рационального подбора несущей и модулирующей (от преобразователя напряжение-частота) частот по результатам обработки измерительной информации с учетом особенностей месторождения и условий эксплуатации.Одновременное формирование и параллельная передача информации о давлении и температуре С ПОМОЩЬЮ ЗЗЦВЛЯВМОГО устройства ПОЗВОЛЯЮТ производить ПНРЭЛЛЕЛЬНОЕ тазмерентте указанных величин с помощью наземного оборудования, благодаря чему повышается быстродействие наземного измерительного оборудования и производительность при обработке результатов измерений и использовании измерительной информации с целью защиты погружного электродвигателя от аномальных режимов и выбора оптимальных условий (режимов) эксплуатации электроустановки путем задания контрольных значений давления и температуры, времен отключения, включения электродвигателя. Выполнение генератора, управляемого напряжением, в виде ограничителя напряжения, масштабирующего усилителя-сумматора и дополнительного преобразователя напряжение-частота при указанных связях между ними помимо вышеуказанных функций, свойств и основного технического результата обеспечивает повышение надежности устройства, точность и достоверность измерения давления (дополнительный технический результат), что связано с введением ограничителя напряжения, обеспечивающего измерение давления в случае выхода из строя измерительного преобразователя температуры.Простота детектирования измерительных сигналов, их преобразование в цифровую форму при высокой достоверности и точности позволяют использовать ЭВМ в станции наземного контроля. А возможность совмещения предлагаемой скважинной части устройства с разными видами наземного контрольно-измерительного оборудования, применяемого для контроля технологических ПЗрЗМСТРОВ В СКВЗЭКИНС И ДЛЯ ЗНЩИТЫ ПОГруЭ-КНОГО ЭЛБКТРОДВИГЕЦТЛЯ ОТ ННОМЗЛЬНЫХ режимов,обуславливает целесообразность ее производства в качестве самостоятельного изделия.На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предлагаемой скважинной части устройства. На фиг. 2 изображена структурная электрическая схема наземного контрольноизмерительного оборудования, которое может быть использовано со скважинной частью устройства. Фиг.3 иллюстрирует подключение скважинной части устройства и наземного контрольно-измерительнсго оборудования, Стозаяшнная часть устройства для контроля температуры погружного электродвигателя и давления на приеме насоса состоит из измерительного преобразователя 1 температуры, измерительного преобразователя 2 давления, преобразователя 3 напряжение-частота, генератора 4,управляемого Напрюкением, усилителя 5 мощности, разделительного трансформатора 6, первого 7 и второго 8 разделительных конденсаторов, блока питания 9. При этом вьтход измерительного преобразователя 1 температуры соединен с первым входом генератора 4 управляемого напряжением, выход измерительного преобразователя 2 давления соединен со входом преобразователя 3 напряжение-частота, а выход последнего соединен со вторым входом генератора 4, управляемого напряжением, выход генератора 4, управляемого напряжением, соединен со входом усилителя 5 мощности, выход которого подключен к первичной обмотке разделительного трансформатора 6,вторичная обмотка которого соединена с шиной земля и с первым выводом второго З разделительного конденсатора, второй вывод которого соединен с первым выводом первого 7 разделительного конценсатора и со входом блока питания, второй вывод первого 7 разделительного конденсатора является входом-выходом ст-свахшнной части устройства, При этом второй вывод второго 8 разделительного конденсатора является выходом заявляемого скважинного устройства.Генератор 4, управляемый напряжением, выполнен в виде ограничителя напряжения 10, масштабирующего усилителя-сумматора 11 и дополнительного преобразователя напряжение-частота 12, причем, выход измерительного преобразователя 1 температуры соединен со входом ограничителя Напряжения 10 (вход которого является первым входом генератора 4), выход которого соединен с первым входом масштабирующего усилителя-сумматора 11, второй вход масщтабирующегс усилителя-сумматора 11 является вторым входом генератора 4 и соединен с выходом преобразователя З напряжение-частота, выход масштабирующего усилителя-сумматора 11 соединен со входом дополнительною преобразователя 12 напряжение-частота, выход которого является выходом генератора 4 и соединен со входом усилителя мопптости 5. Выходным сигналом измерительного преобразователя давления 2 может быть, например, напряжение постоянною тока. При недостаточном уровне напряжения от чувствительного элемента 13 измерительного преобразователя 2 давления, последний дополнительно снабжают масштабирующим усилителем 14, вход которого соединен с выходом элемента 13, а выход, являющийся выходом преобразователя 2, - со входом преобразователя 3. Придостаточно высоком уровне напряжения от чувствительного элемента, определяемым выбором конструкции последнею, усилитель 14 может не применяться. Линией связи мехщу скважинной частью устройства и его наземным оборудованием (см.фиг. 3) является кабель-токоподвод 15 погрузкного электродвигателя (ПЭД) 16 и вторичная обмотка силового трансформатора 17 станции управления.Скважинную часть устройства стационарно устанавливают внутри корпуса погружного электродвигателя 16, причем измерительный преобразователь 1 температуры устанавливают вблизи обмоток погружного электродвигателя 16, а чувствительный элемент измерительного преобразователя 2 давления (элемент 13) устанавливают таким образом, чтобы он подвергался воздействию давления масла ПЭД, равного давлению окружающей среды.Для подключения окнах-винной Части устройства к линии связи при установке ее в погружной электродвигатель 16 второй вывод первого 7 разделительного конденсатора подключают к отпайке от статорной обмотки погруэкного электродвигателя (ПЭД) 16, например, к его нулевой точке.Наземное оборудование включает (см. фиг. 2) третий разделительный конденсатор 18, питающий трансформатор 19, вторичная обмотка последнего подсоединена к шине земля, а также к первому выводу третьего 18 разделительного конденсатора, полосовой фильтр 20, вход которого соединен с первым выводом разделительного конденсатора 18, первый 21 и второй 22 Цифровые частотомеры, частотный Цемодулятор 23, блок 24 обработки информации и управления, элемент 25 для отключения электродвигателя, Причем входы первого 21 частотомера и частотного демодулятора 23 подключены к выходу полосового фильтра 20, выход демодулятора 23 соединен со входомвторого 22 частотомера, информационные выходы первою 21 и второго 22 частотомеров соединены соответственно с первым и вторым входами блока 24 обработки информации и управления, а выход последнего (блока 24) соединен со входом элемента 25 для отключения электродвигателя.Выход элемента 25 для отключения электродвигателя соединен со входом коммутационного аппарата 26 (см. фиг. 3).Блок 24 обработки информации и управления может быть выполнен в виде ЭВМ с параллельным или последовательным вводом информации через устройство ввода.Наземное оборудование подключают к линии связи путем соединения второго вывода третьего разделительного конденсатора 18 с нулевой точкой вторичной обмотки силового трансформатора 17 станции управления погружной элекгроустановкой.Блок питания 9 обеспечивает выпрямление и стабилизацию напряжения повышенной частоты, поступающего от питающего трансформатора 19 по линии связи и с его вторичной обмотки (второй шиной служит земля), и служит для питания скважинной части устройства.Дополнительный блок питания (на фигурах не показан), соединенный с питающим трансформатором 19, тагоке обеспечивает выпрямление, стабилизацию напряжения промышленной частоты и служит для питания наземного оборудования.Масштабирующий усилитель 14 обеспечивает высокий уровень сигнала от чувствительного элемента 13 давления, необходимый для работы преобразователя 3 напряжение-частота.Устройство работает следующим образом. При включении в сеть питающего трансформатора 19 от дополнительного блока питания запитываются все элементы и блоки наземного оборудования, а ток промышленной частоты через третий 18 разделительный конденсатор и линию связи (вторичную обмотку силового трансформатора 17) и кабель-токоподвод 15 ПЭД 16 и Первый 7 разделительный конденсатор поступает на блок питания 9, осуществляющий питание всех элементов и блоков скважинной части устройства.Как при включеъпчгой, так и при отключенной погружной электроустановке производится непрерьгвньпй контроль давления на приеме погружного электронасоса, а также температуры статорньгх обмоток ПЭД 16, причем контроль производится одновременно и непрерывно по обоим параметрам.Измерительный преобразователь 2 давления непрерывно формирует выходной сигнал в виде величины постоянного напряжения, пропорционального давлению пластовой жидкости,окружающий погружной электродвигатель 16. Этот сигнал от чувствительного элемента 13,усиленный масштабирующим усилителем 14, поступает на вход преобразователя 3 напряжение-частота, на выходе которого формируется периодический сигнал, например, последовательность прямоугольных импульсов с ПВРИОДОМ СЛБДОВИНИЯГгде А и В- коэффициенты пропорциональности Ро постоянная частота Р - текущее значение контролируемого давления Р(АРВ)- Модулирующая частота.