Устройство для контроля технологических параметров в скважине и защиты погружного электродвигателя от аномальных режимов

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SUÄÄ 147265 (д) 4 Е 21 В 47/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А8ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 В С

ГОСУДАРСТБЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4257443/23-03 (22) 18,05.87 (46) 15.04,89. Бюл. М - 14 (71) Бакинское производственное объединение "Геофизприбор" (72) В.В.Разуваевский и А,М.Фурман (53) 622.241 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1371361, кл. Н 02 H 7/08, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ KOHTPOJIH ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРА ЧЕТРОВ В СКВАЖИНЕ И

ЗАЩИТЫ ПОГРУЖНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ОТ АНОМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ (57) Изобретение относится к нефтедобывакхцей промьппленности. Цель— расширение функциональньм возможностей за счет непрерывного контроля

1472655 температуры погружного электродвигателя и повышение э хфективности 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 1 О, 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, пороговый 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 .

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для контроля технологических параметров в скважинах с погружным электродвигателем. 5

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет непрерывного контроля температуры погружного электродвигателя и повышения эффективности ex o защиты.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 — функциональная схема нуль-. органа; на фиг.3— принципиальная схема фазового детектора; на фиг.4 — функциональная схе-, 15 ма порогового блока с регулируемым порогом срабатывания; на фиг.5 временные диаграммы рабаты блоков и устройства в целом.

Устройство содержит измерительпреобразователь 1 давления, измеритель-преобразователь 2 температуры, преобразователь 3 напряжение-частота, модулятор 4, генератор 5 несущей частоты, усилитель 6 мощности, первый нуль-орган 7, первьпл,н второй 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 промьнпленную 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 устав: кой блок 21 выдает команду на испол-! нительный орган 23. Последний также включает и отключает электродвигатель

10 при температуре, выходящей за рабочий диапазон. Применение устр-ва позволяет одновременно с контролем технологических параметров повысить эффективность защиты погружного лектродвига геля от перегрева. 5 ил.

2 компараторы 8 и 9, неинвертирующие входы которых соответственно подключены к выходам измерителя-преобразователя t давления и измерителяпреобразователя. 2 температуры, инвертирующие. входы соответственно подключены к первому и второму выходам первого нуль-органа 7, а обьединенные выходы компараторов 8 и 9 подключены к.послсдовательно включенным преобразователю 3 напряжение частота, модулятору 4, генератору

5 несущей частоты и. усилителю 6 мощности, при этом выход усилителя 6 мощности и вход первого нуль-органа

7 подключены к нулевой точке обмотки погружного электродвигателя 10, селектор 1 1 сигналов, формирователь

12 импульсов, фазовый детектор 13, питаниций тренсфррматор t4, второй нуль-,орган,5, .третий и четвертый компараторы 1 6, 17.„. первый и второй преобразаватели 18, 19 частота-напряжение, переключатель 20 режима инднкацииэ блок 21 индикации управ ления, пороповый блок 22 с регули1472655 руемым порогом срабатывания и исполнительный орган 23, причем первый вывод питающего трачсформатора 14 подключен к одной из фаз первичной обмотки силового трансформатора 24, питающего обмотки погружного электродвигателя 10, второй вывод соединен с нулевой точкой вторичной об."мотки силового трансформатора 24, а третий вывод подключен к входу второго нуль-органа. 15, первый и второй выходы которог подключены соответственно к инзертирукщ ь: входам третьего и четвертого компараторов

16, 17. K нулевой точке вторичной обмотки силового трансформатора 24 подключены последовательно включен-. ные селектор 11 сигналоз, формирователь 12 импульсов и фазовый детек- 20 тар 13, выход которого подключен к объединенным неинвертирующим входам третьего и четвертого компараторов

16, 17, выходы комптаратароз 16, 17 через соответствующие преобразазате- 25 ли 18 19 частота-напряжение подключены к нормально замкнутому H нормально разомкнутому контактам переключателя

20 режима H Hxa z, a коммутирующий контакт переключателя 20 подключеч к 30 входу блока 21 индикации-упразл ния.

Выход второго преобразователя 19 частота-напряжение через пороговый блок 22 с регулируемым порогом срабатывания объединен с выходом блока 21 индикацииь. управления и подключен к входу исполнительного органа 23.- Погружной электродвигатель 1 0 подключен к си-ловому трансформатору 24 посредством кабеля 25.

4О

Первый и второй нуль-органы 7 и

15 содержат последовательно включенные нуль-компаратар 26 и инвертор 27, при этом неинвертирующий вход нулькомпаратора 26 образует вход нульоргана, выход нуль-комларатора 26 и инвертора 27 образуют соответственно первый и второй выходы нуль-органа.

Схема фазного детектора 13 содержит инвертирующий усилитель 28, эле50 мент сравнения, состоящий из последовательно включенных с общим эмиттером транзисторов 29, 30 и резистора 31 нагрузки в цепи коллектора транзистора 29, Г-o6paзный фильтр, состоящий

55 из резистора 32 и конденсатора 33 и подключенный резистором 32 к коллектору транзистора 39, при этом выход инвертирующего усилителя 28 подключен к базе транзистора 30 база транзистора 29 объединена с инвертирую ì входом усилителя 28 и образует вход фазового детектора, а точка соединения резистора 32 и конденсатора 33 Г-образного фильтра является выходом фазового детектора. !

Схема порогового блока 22 с регулируемым порогом срабатывания содержит регуляторы по максимуму и минимуму контролируемой зеличинь! соответственна резисторы 34, 35, два компаратора,36, 37, инзертар 38, сумГ матар 39, причем резисторы 34 и 35 подключены параллельна к источнику опорного напряжения U«, неинвертирующие входы компаратороз 36,37 объединены и образуют вход порогового блока, инвертирующие входы компараторов 36, 37 подключены соответственно к подвижным контактам резисторов

34„ 35, выход компаратара 36 непосрецственна и выход кампаратора 37 через инвертар 38 попключены к входам сумматора 39, à =-ыхад сумматора 39 образует выход 1 арагсвого блока с регулируемым порогом срабатывания.

Блок 21 индикации-упразг:ения выполнен на микроамлерметре контактном типа М286К.

Модулятор 4 выполнен на эмиттернам повторителе.

Устройство работает следующим образом.

Сетевое напряжение питания U, фиг.5) поступает з нуль-орган 7, состоящий из нуль"компаратора 26 и инвертааа 27, нуль-кo wаратар 26 формирует ча первом выходе куль-органа 7 прямоугольные импульсы П ао< (время O-t,,), соответствующие положительным полувалнам фазнага напряжения, на выходе инзертара 27, образующем второй выход нуль-органа 7, формируются прямоугольные импульсы ц,2 (время 1 т) cooTзетствую щие отрицательным полуволнам фазного напряжения. Прямоугольные импульсы

П „О1 и Ц „О поступают соответственно на инзертирующие входы первого и второго компаратараз 8 и 9, одновременно на неинвертирующий вход первого компаратара 8 поступает сигнал Up с выхода измерителя-преобразователя 1 давления, а на неинвертирующий вход второго компаратора 9 поступает сигнал U-,- с выхода изме1472655 рителя-преобразователя 2 температуры. На объединенных выходах компараторов 8 и 9 формируется сигнал U, поступающий на вход преобразователя

3 напряжение-частота, Таким образом, в течение отрицательного палупериода напряжения сети (время t„ — t ) осуществляется,замер давления в скважине и преобразоваиие величины выходно- 1р го напряжения преобразователя 1 преобразователем 3 напряжение-частота в манипулирующую частоту f< а в течение положительного полупериода напряжения сети (время 0-.t ) осуществляется замер температуры погружного электродвигателя и преобразование величины выходного напряжения преобразователя 2 преобразователем, 3 напряжение-часп.ата.в манипулирую-. щую частоту Й . Сигнал с выхода преобразователя 3 напряжение-частота

U„„„ ïîñòóïàåò на вход модулятора 4, вырабатывающего на выходе напряжение

U< и управляющего работой генератора 2б

5 несущей частоты, который формирует несущую высокую частоту U „ в соответствии с манипулирующими частотами

Й„ и f . Несущая высокая частота

Н при помощи усилителя б мощности gg г усиливается и согласуется с линией связи, состоящей из обмотки погружного электродвигателя 10„ кабеля 25 и вторичной обмотки силового трансформатора 24.

ЗБ

На поверхности земли несущая частота U выдвляется селектором 11 сигналов из напряжения промьппленной частоты и через формирователь 12 прямоугольных импульсов поступает íà 4р вход фазового детектора 13. Фазовый детектор 13 при помощи схемы сравнения на транзисторах 29 и 30 осуществляет сравнение фаз импульсов несущей частоты U, со сдвинутыми при 4б помощи инвертирующега усилителя 28 на 180 теми же импульсами несущей частоты U, С резистора 3 ; нагрузки снимается сигнал U имеющий провалы B моменты измейения. фазы импуль- бр сов несущей частоты Р„ . Сигнал U поступает на фильтр, состоящий из резистора 32 и конденсатора 33, где происходит дополнительное подавление паразитных высокочастотных импульсов.

ы

Нуль-..орган 15 работает аналогично нуль-органу 7 и формирует на первом выходе прямоугольные импульсы U „, (время О-t, ), соответствующие пола- . жительным полувалнам фазнага напряжения от питающего трансформатора

14 и на втором выходе - прямоугольные импульсы У„„„(время t < — t ), соответствующие отрицательным полуьолнам фазнога напряжения. Прямо," угольные импульсы U«, и U поступают соответственно на инвертирующие входы компараторов 16, 17, одновременно на объединенные неинвертирующие входы кампараторав 16 17 поступает с выхода фазового детектора

13 сигнал U „. Таким образом, в течении отрицательного полупериада напряжения сети (время „ — t ) на выходе компаратора 16 формируется сигнал с частотой f, пропорциональной давлению в скважине, а в течение положительного полупериада напряжения сети (время О-t,) на выходе компаратора 17 формируется сигчал с частатай f4, ПраларцИаНалЬНай тЕМПЕра-туре погружного электродвигателя.

Сигналы с частотой f и 14 посту-пают через соответствующие первыи 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 выдающий сигнал на вход исполнительного органа 23 в случае достижения величины давления в скважине уставок Р„„„ и Р „ .

Одновременно аналоговый сигнал, пропорциональный температуре погружного электродвигателя с выхода второго преобразователя 19 частота-напряжение, поступает на вход порогового блока 22 с регулируемым порогом срабатывания, где сравнивается компараторами 36, 37 с опорными напряжениями, устанавливаемыми при помощи резисторов 34 и 35 таким образом, что при рабочей температуре погружного электродвигателя на выходе компаратора 36 сигнал отсутствует, а на выходе .компаратора 37 формируется выходной сигнал, поступающий через инвертар 38 на вход сумматора 39.

Таким образом, при рабочей температуре погружнага электродвигателя на входах сумматора 39, а следовательно„ и на его выходе отсутствует сигнал управления. При превышении температуры вьппе задаваемого резистором 34 порога на выходе камжаратара 36 формируется сигнал управления., 1472655 поступаниций 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 сумматор 39 на вход исполнительного органа 23, Исполнительныи орган. 23 выдает сигналы на включение и отключение погружного электродвигателя 10.

Формула изобретения

Устройство для контроля технологических параметров в скважине и ,защиты погружкого электродвигателя от аномальных режимов, содержащее измеритель-преобразователь давления, измеритель-преобразователь темпера. туры, преобразователь напряжениечастопа, выход которого. соединен с первым входом. модулятора, второй 25 вход которого и выход.соответственно подключены к генератору несущей частоты и входу усилителя мощности, погружной электродвигатель,.соединенный кабелем с силовым трансформатором, селектор сигналов, формирователь импульсов, фазовый детектор и блок .инднка,ции-управления, о т л и ч,,а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет непрерывного контроля температуры погружного электродвигателя и повьппения эффективности его защиты, оно снабжено первым и вторым нуль-органами, первым, вторым, третьим и четвертым. компараторами, 40 питающим трансформатором, первым и вторым преобразователями частота-напряжение, переключателем режима индикации, пороговым блоком с регулируе45 мым порогом срабатывания и исполнительным органом, причем неинвертирукнцие входы первого и второго компараторов подключены соответственно к измерителю-преобразователю давления и измерителю-преобразователю температуры, иквертирующие входы соответственно соединены с первым и вторым выходами первого куль-органа, вход которого подключен к выходу усилителя мощности и нулевой точке погружного электродвигателя, вход преобразователя напряжение-частота соединен с выходами первого и второго компараторов, при этом первый, второй и третий выводы питающего трансфррматора подключены соответственно к одной из фаз первичной обмотки силового трансформатора, нулевой точке вторичной обмотки силового трансформатора и входу второго нульоргана, первый и второй выходы которого соединены соответственно с инвертирующим входом третьего компаратора и инвертирукщим 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 компарапора, выход которого через первьпЪ преобразователь частота-напряжение соединек с нормально замкнутым контактом переключателя режима индикации, нормально разомкнутый контакт которого подключен через второй преобразователь частота-напряжение к выходу четвертого компаратсра и непосредствеккс к входу порошкового блока с регулируемым порогом срабатывания„ выход которого соединен с входом исполнительного органа и выходом блока индикации-управления, вхоц которого подключен к переключакщему контакту переключателя режима индикации.

1412б55 1472655

Со ст ав ит ель А. Рыбак ов

Техред Л. Олийнык Корректор Н. Король

Редактор А.Долинич

Заказ 1688 35 Тираж 514 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул . Гагарина, 101