Система телесигнализации со скважины

 

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для передачи аварийных сигналов со скважин. Целью изобретения является повышение функциональной надежности. Цель достигается тем, что устройство содержит на каждой скважине радиопередатчик на диспетчерском пункте, фильтр, усилитель и детектор и групповые приемопередающие пункты, содержащие последовательно соединенные антенну, согласующий контур, усилитель несущей частоты, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты и усилитель низкой частоты. Устройство позволяет на скважине непрерывно анализировать дебит скважины и передавать сигналы в случае его отклонений от нормы. В устройстве предусмотрены два канала для передачи сообщений, радиоканал и линия связи телемеханики, что повышает функциональную надежность, а передача не количественного значения дебита, а его отклонения позволяет повысить информативность, кроме того, увеличивается вероятность распознавания кодов скважин, что также повышает функциональную надежность за счет определенной системы кодирования, используемой в устройстве. 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для передачи аварийных сигналов со скважин.

Известны системы для передачи аварийных сигналов со скважин с использованием проводных линий связи [1].

Известны системы с использованием в качестве линии связи силовых электрических распределительных систем [2,3] . Недостатком этой системы является ее сложность, так как требуется установка заградительных фильтров и устройства присоединения. Система громоздка и сложна в эксплуатации.

Известна система аварийной сигнализации со скважин с использованием в качестве линий связи силовых электрических распределительных сетей [4]. В этой системе используются комбинированные линии связи, состоящие из силовых распределительных сетей от скважины до информационного пункта и далее до диспетчерского пункта, существующие линии связи систем телемеханики. Система позволяет связать скважину с диспетчерским пунктом.

Недостатками этой системы является то, что необходима установка конденсатора связи и устройства присоединения в силовой сети. Передатчики системы громоздки.

Целью изобретения является упрощение системы и повышение ее надежности.

На фиг.1 показана структурная схема организации аварийной сигнализации со скважин; на фиг.2 - функциональная схема системы аварийной сигнализации со скважин; на фиг.3 показана электрическая схема передатчика сигнала со скважины; на фиг. 4 - электрическая схема приемопередатчика на групповом информационном пункте; на фиг.5 - электрическая схема приемника сигналов на диспетчерском пункте нефтепромысла.

Нефтяной промысел представляет собой сеть нефтяных скважин, жидкость из которых под действием энергии пласта или с помощью насосного оборудования поднимается на поверхность и по сборным нефтепроводам подается на сборные пункты нефтепромысла. По существующей системе сбора нефти продукция со скважин вначале поступает на автоматизированные групповые замерные установки, а затем в общий сборный коллектор. При этом расходуется дополнительно до 30% труб. Увеличиваются эксплуатационные расходы. Контроль за состоянием работы скважины ведется периодически путем измерения дебита на замерных установках. При этом контроле обнаружение остановившейся скважины производится только через 8-10 ч. В это время скважина простаивает, не давая продукции.

Система аварийной сигнализации со скважин позволяет отказаться от групповых замерных установок, а следовательно, от существующей системы сбора продукции со скважин и перейти к системе сбора жидкости непосредственно в общий коллектор от каждой скважин. При этом на каждой скважине, как показано на фиг.1, устанавливается прибор для непрерывного анализа дебита скважины, а при отклонении от заданного значения дебита подается сигнал на диспетчерский пункт промысла. Для передачи сигнала об аварии или отклонении от заданного режима в системе предусматривается организация двух каналов - одного радиоканала, а второго по существующим линиям связи системы телемеханики. Переход от одного вида канала к другому предусматривается осуществлять на групповом информационном пункте, который объединяет вокруг себя группу скважин и имеет выход к проводной линии связи. Принятие такой схемы контроля за скважиной требует нового мышления в отношении необходимости передачи и на диспетчерский пункт не количественного значения дебита скважины на данный момент, а его отклонения от заданной величины. Абсолютное же значение добытой жидкости, снимаемое периодически со счетчика индикатора дебита оператором после получения сигнала пунктом, можно представить следующим образом (фиг. 1). От диспетчерского пункта 1 промысла отходят в различных направлениях проводные линии связи 2-6, на концах которых находятся групповые информационные пункты 7-13. К каждому информационному пункту, исходя из дальности действия радиоканала, тяготеет определенная группа скважин, например 14-16. Вся информация о работе скважин поступает к службам нефтепромысла 17.

Для передачи сигнала об аварийной ситуации на скважине на диспетчерский пункт можно использовать различные линии связи. Однако строить новые линии связи от скважины до существующих линий связи не целесообразно, так как нет кабелей, так как для этого надо строить новые заводы, прокладка кабелей несет большие капитальные и эксплуатационные расходы. На сегодня лучшим вариантом является использование уже существующих линий связи, положенных до групповых замерных установок, а от них до скважин - радиоканала. Попытки использования радиоканала на нефтепромыслах основываются на использовании передатчиков дальнего действия, которые подвержены большему влиянию на их работу помех. Для их надежной работы необходима сложная кодировка сигналов и значительная мощность передатчика, а это в свою очередь влечет за собой увеличение габаритов, сложности работы. Очень важен вопрос сохранности передатчиков на скважинах. Эти факторы на сегодня препятствуют развитию радиосистем на нефтяных промыслах. Данная система снабжается радиопередатчиками ближнего действия, до одного километра, и работает в диапазоне частот, которые наименьшим образом могут повлиять на работу промышленных систем связи. Кроме того, из-за ограниченной дальности действия радиоканала организовать локальные системы, не влияющие друг на друга, что позволяет упростить кодировку объектов и структуру всей системы сигнализации.

Система предназначена для передачи со скважин на диспетчерский пункт сигналов со скважин при аварийных или иных ситуациях. Аварийный сигнал несет информацию в виде кода объекта. В качестве линии связи в системе используют радиоканал и проводные линии связи существующей системы телемеханики. В системе используется несущая радиочастота в 27,12 МГц, с мощностью передатчика 1 Вт. Кодирование объекта производится 15 поднесущими частотами. Кодировка объекта производится путем последовательной посылки двух частот в прямом или обратном направлении. Расшифровка кода производится путем непосредственного измерения на диспетчерском пункте модулирующей частоты. Использование такого метода кодирования и декодирования существенно упрощает систему. В системе используется 15 поднесущих частот звукового диапазона, а именно: 450, 550, 650, 850, 950, 1050, 1150, 1250, 1350, 1450, 1550, 1650, 1750, 1850 Гц. При последовательной подаче этих частот в прямом и обратном направлениях образуются 224 кода. К поднесущим кодовым частотам предъявляется повышенная стабильность, которая на низких частотах должна быть на уровне 5%, а на более высоких частотах - 2,5%. Код образуется путем отбрасывания двух значащих цифр от результата измерения частоты за одну секунду. Так, если будет измерена частота, равная 499 или 401 Гц, то в обоих случаях код будет равен 04. Или же, если замеренная частота будет равна 1899 или 1801 Гц, то код будет равен 18. Частоты и их коды даны в таблице.

Система, функциональная схема которой показана на фиг.2, состоит из передающего устройства, устанавливаемого на скважине, приемопередающего устройства на групповом информационном пункте приводной линии связи и приемного устройства на диспетчерском пункте.

Передающее устройство скважины содержит генератор 18 несущей частоты, сигнал с которого подается на усилитель 19 высокой частоты, а с него на антенну 20. Питание схемы включается после выдачи сигнала индикатором 21 дебита скважины от блока 22 питания. Подается это напряжение на таймер 23 и через первый ключ 24 и второй ключ 25 на генератор 18, усилитель 19 и на стабилизатор 26 напряжения и далее после срабатывания задатчика первого кода объекта 27 через ключ смены кода 28 на мультивибратор 29. Формирование второго кода объекта производится формирователем 30 сигнала, питание на который поступает от третьего ключа 31 по сигналу таймера. Приемопередатчик на групповом информационном пункте содержит приемную антенну 32, 33, усилитель 34 высокой частоты, сигнал с которого подается на преобразователь 35 частоты, с него на промежуточный усилитель 36 частоты, далее на детектор 37, усилитель 38 и с него - в линию 39 связи. Питание схемы идет от блока 40.

Приемное устройство диспетчерского пункта состоит из полосового фильтра 41, усилителя 42, детектора 43, первого, второго, третьего и четвертого ключей 44-47, ключа частотомера первого кода объекта 48, частотомера 49 второго кода объекта, ключа 51, микропроцессора 52 и блока 53 питания.

Передающее устройство, схема которого показана на фиг.3, состоит из генератора 18 несущей частоты, выполненного на транзисторе 54 и кварцевом резонаторе 55, усилителе несущей частоты на транзисторе 56 и дросселе 57, ключа на транзисторе 58, фильтра 59, 60, согласующего дросселя 61 и конденсатора 62 и антенны 20.

Частота кварцевого генератора 55 27,12 МГц, мощность излучения 1,0 Вт. Напряжение питания 12-15 В.

Модуляция высокой частоты производится ключом на транзисторе 58 от мультивибратора 63 магнитной связью. Сердечник мультивибратора выполнен из пермаллоя с прямоугольной петлей гистерезиса. Активная связь с базами транзисторов осуществляется через резисторы 64 и 65. Число витков вторичной обмотки трансформатора 66 подбирается таким, чтобы обеспечить четкую работу ключа без дополнительных цепей. Питание мультивибратора осуществляется напряжением 10В от стабилизированного источника питания, выполненного на транзисторе 67 и стабилитроне 68. Подбор заданной частоты модуляции производится переменными резисторами 69 и 70. Последовательность и длительность передачи поднесущих частот осуществляются шифратором, состоящим из реле времени на однопереходном транзисторе 71 и ключей, выполненных на тиристорах 72, 73 и реле 74-76. Передающее устройство работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения в схему через контакт аварийной сигнализации начинает работать генератор 18, который формирует несущую частоту. В эфир идет через антенну модулированная частота. Одновременно с подачей питающего напряжения начинает работать реле времени. При этом напряжение через резистор 77 подается на конденсатор 78. За счет большого входного сопротивления транзистора 71 напряжение на конденсаторе постепенно растет. Через некоторое время это напряжение достигает величины, при которой транзистор 71 открывается и весь заряд конденсатора 78 разряжается на резисторе 79. При этом образуется импульс, от которого открывается тиристор 72 и срабатывают реле 74 и 75. При этом контактом 74 переключается цепь питания мультивибратора с резистора 70 на резистор другой величины 69. В результате меняется частота мультивибратора 30, а следовательно, и код. Одновременно контактом 75 реле времени переключается на второй ключ, выполненный на тиристоре 73. Через некоторое время срабатывает реле времени вновь и уже включается тиристор 73 ключа 29. При этом срабатывает реле 75, которое своим контактом отключает питание генератора и мультивибратора. В исходное состояние схема приходит после кратковременного размыкания контакта, идущего от таймера, или вручную.

Приемопередающее устройство, схема которого показана на фиг.4, служит для приема сигналов с передающих устройств, их модуляции и передачи модулирующей частоты по существующим линиям связи на диспетчерский пункт. ППУ устанавливается на групповом информационном пункте, где имеется приводная линия связи. ППУ состоит из приемной антенны 32, усилителя 34 несущей частоты на транзисторе 80, преобразователя 35 частоты на транзисторе 81, гетеродина на транзисторе 82 и кварце 83. Усилитель 36 промежуточной частоты выполнен на микросхеме, которая представляет собой многокаскадный апериодический усилитель с детектором и цепями АРУ и дешифратор на транзисторе 84. Частота с дешифратора поступает на вход усилителя 38 на транзисторе 85, а с него - на двухкаскадный усилитель на транзисторах 86 и 87. Далее частота идет по линии связи 39 на диспетчерский пункт.

Приемное устройство устанавливается на диспетчерском пункте и служит для приема модулированных сигналов, выделения и представления кода. Оно состоит (фиг. 5) из входного фильтра 41, усилителя 42 на транзисторах 88, 89, 90, детектора 43 на транзисторах 91, 92 и ключа 44 на транзисторе 93 и реле 94. Для последовательной подачи частот на частотомеры 48 и 49 служат реле 50 и 51 времени, выполненные на транзисторах 95 и тиристоре 96 и на транзисторе 97 и тиристоре 98 и реле 99. Устройство работает следующим образом. При приходе частоты она направляется на частотомер 48 в течение одной секунды, считывается. Одновременно начинает работать реле 50 времени на транзисторе 95, которое через три секунды включает реле 100. Последнее включает питание реле 51 времени на транзисторе 97, которое переключает частотомеры, и уже начинает считать частотомер РГ2. После окончания подачи частоты с передатчика схема приходит в первоначальное состояние. На частотомерах будут модулирующие частоты кода.

В целом система аварийной сигнализации работает следующим образом.

Если скважина работает в заданном режиме, то замыкающий контакт индикатора 21 дебита (фиг.2) разомкнут и в схему передающего устройства (фиг.3) напряжение не подается, так как ключ 24 разомкнут. Передающее устройство сигнала не выдает. Приемопередающее устройство и приемное устройство находятся в дежурном режиме. При выходе скважины с заданного режима индикатор 21 дебита замыкает контакт подачи питания и тогда напряжение с блока 22 питания поступает через ключ 24 на ключ генератора 25 несущей частоты и стабилизатор мультивибратора 26, а с него через ключ 28 - на питание мультивибратора 29. Последний начинает генерировать с заданной частотой. С этой же частотой переключается ключ 25, который с такой же частотой включает и выключает генератор 18 несущей частоты и усилитель 19 высокой частоты. В эфир идет модулированная несущая частота. Одновременно с началом работы генератора 18 несущей частоты начинает работать реле 27 времени, которое через три секунды переключает ключ 28 и мультивибратор начинает работать на другой частоте. Одновременно со срабатыванием ключа 28 начинает работать ключ 30, который через три секунды разрывает ключи 24 и работа генератора несущей частоты прекращается. Ключ 30 становится на самопитание и начинает работать таймер 23, который через одну минуту разрывает ключ 31 и процесс передачи аварийного сигнала повторяется. В зависимости от местных условий и количества скважин, подключенных к диспетчерскому пункту, процесс повторного включения может быть многократным и через разное время. Таким образом передающее устройство подало в эфир несущую частоту, закодированную последовательно двумя поднесущими частотами. На информационном групповом пункте через антенну 32 сигнал поступает в приемопередатчик. В приемопередатчике (фиг. 4) сигнал через входной фильтр 33 поступает на усилитель 34 высокой частоты, а с него на преобразователь 35 частоты и далее на усилитель 37 промежуточной частоты, а с него - на усилитель 38 низкой частоты. При этом питание схемы осуществляется непрерывно от блока 40 питания. В результате восстанавливаются поднесущие частоты, несущие информацию о коде объекта. Эти частоты по проводной линии связи поступают на диспетчерский пункт и через полосовой фильтр 41 поступают на усилитель 42, а с него на детектор 43 для управления ключом 44, последний направляет от усилителя 42 частоту через ключ 46 на ключ 47, а с него - на частотомер 48. Одновременно ключ 47 включает временной ключ 50, который через три секунды ключом 45 разрывает цепь подачи частоты на частотомере и через две секунды включается реле 51 времени, которое включает ключ 45 и ключ 47. В результате частота начинает подаваться на частотомер 49, который измеряет ее в течение одной секунды. В результате на частотомере появляются два числа. В получаемых значащих цифрах справа налево отбрасывается три числа. Оставшиеся два числа, включая нуль, образуют код объекта, с которого пришел аварийный сигнал. Принятые коды подаются на микропроцессор для дальнейшей обработки и хранения. Через минуту принимается сигнал, подтверждающий принятый. При совпадении кодов двух сигналов скважина считается в аварийном состоянии.

Если диспетчерский пункт находится недалеко от скважин, то приемопередатчик может устанавливаться прямо на диспетчерском пункте совместно с приемным устройством.

Для увеличения вероятности распознавания кодов скважин, когда одновременно в нескольких скважинах образовалась аварийная ситуация, время последовательного повторного включения аварийного сигнала для разных объектов делается различным, что увеличивает вероятность того, что в какой-то момент времени будет существовать сигнал только одного кода.

Формула изобретения

СИСТЕМА ТЕЛЕСИГНАЛИЗАЦИИ СО СКВАЖИНЫ, содержащая на каждой скважине радиопередатчик, состоящий из генератора несущей частоты, выход которого соединен с входом усилителя несущей частоты, соединенного с антенной, блок питания и таймер, на диспетчерском пункте полосовой фильтр, выход которого через усилитель соединен с входом детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения функциональной надежности, в нее введены на каждой скважине индикатор дебита, первый, второй и третий ключи, задатчик первого кода объекта, ключ смены кода и стабилизатор напряжения, выход таймера соединен с управляющим входом третьего ключа, вход которого подключен к первому выходу блока питания, вход которого подключен к выходу индикатора дебита, второй выход соединен с таймером, третий выход непосредственно, а выход третьего ключа через формирователь сигналов соединены с входами первого ключа, выход которого через стабилизатор напряжения подключен к входу ключа смены кода, информационный вход которого соединен с выходом задатчика первого кода объекта, выходы подключены через мультивибратор к управляющему входу второго ключа, вход которого соединен с выходом первого ключа, выход с объединенными входами усилителя несущей частоты и генератора несущей частоты радиопередатчика, групповые приемо-передающие пункты, содержащие последовательно соединенные антенну, согласующий контур, усилитель несущей частоты, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, детектор, и усилитель низкой частоты, соединенный с линией связи, выход которого на диспетчерском пункте соединен с полосовым фильтром, первый и второй частотомеры, первый, второй, третий и четвертый ключи, элементы выдержки времени, второй выход усилителя соединен с управляющим входом первого ключа, вход которого подключен к выходу детектора, выход через последовательно соединенные первый и второй элементы выдержки времени подключены соответственно к управляющим входам второго и четвертого ключей, второй выход первого ключа подключен к входам второго и третьего ключей, объединенный выход которого через четвертый ключ соединен с входами первого и второго частотомеров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7