Устройство для регистрации параметров установки для ремонта скважин
Устройство для регистрации параметров установки для ремонта скважин относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано в установках по ремонту скважин с безмуфтовой длинномерной трубой для контроля процесса ремонта скважин. .Устройство для регистрации параметров установки для ремонта скважин содержащит блок измерения, включающий аналоговые и цифровые датчики за контролем процесса ремонта скважин, модуль ввода-вывода, включающем аналого-цифровой преобразователь, соединенный с контроллером, и модуль управления. Модуль управления содержит микропроцессор, дисплей, световую и звуковую сигнализацию, клавиатуру, при этом выходы микропроцессора соединены со световой и звуковой сигнализацией, табло и клавиатурой. Ко входу микропроцессора подключен также таймер (часы реального времени) с автономным источником питания для привязки регистрируемых параметров к реальному времени. Контроллер и микропроцессор модуля управления соединены по шине CAN, при этом контроллер содержат дополнительные порты RS232 и RS485, драйвер исполнительных устройств, а к микропроцессору дополнительно подключены USB - порты и модуль для передачи данных дистанционно. Дисплей модуля управления содержит графическое и цифровое отображение параметров.
Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности и может быть использована в установках по ремонту скважин с безмуфтовой длинномерной трубой для контроля процесса ремонта скважин.
Известен информационно-технологический геонавигационный комплекс, предназначенный для контроля и автоматизации процесса бурения скважин, содержащий блок обработки и визуализации, выполненный в виде соединенных между собой преобразовательного комплекса и компьютера с монитором, забойную телеметрическую систему с датчиками, а также включающую наземные датчик расхода, датчик плотности и датчик уровня бурового раствора. /1/ Заявленное техническое решение позволяет автоматизировать процесс бурения и повысить точность измерения. Однако из-за разности проведения технологических процессов при бурении и при ремонте скважин оно не может быть использовано в установках для ремонта скважин.
Известно устройство для регистрации параметров установки для ремонта скважин, содержащее блок измерения, блок регистрации (модуль ввода-вывода), включающий аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер, и блок индикации (модуль управления) /2/. Блок измерения включает в себя датчик измерения перемещения трубы и датчик устьевого давления, датчики давления прижима колодок, датчики давления веса легкой и тяжелой трубы, датчик давления технологической жидкости, датчик давления натяжения цепи, датчик учета моточасов, выходы которых соединены со входом аналого-цифрового преобразователя. В качестве датчика измерения перемещения трубы используют датчик угла поворота. Блок измерения соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом-выходом микроконтроллера. Блок индикации (модуль управления) содержит световую и звуковую сигнализацию, табло, клавиатуру и контроллер, выходы которого соединены с таймером и блоком памяти, а вход клавиатуры соединен с контроллером, один выход которого соединен со световой и звуковой сигнализацией, а другой выход - с табло. Выходы микроконтроллера соединены с контроллером блоком индикации и переносным блоком памяти.
Данное устройство позволяет наиболее полно охарактеризовать проведение ремонтно-технологических работ на скважине за счет установки дополнительных датчиков. Наличие световой и звуковой сигнализации позволяет предупреждать о превышении опасных параметров и вовремя осуществлять контроль.
Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, т.к. устройство предназначено для одной определенной модели установки для ремонта скважин (каждая установка имеет датчики, характеристики которых зависят от характеристик установки). Световое табло (дисплей) блока индикации отражает только три параметра регистрации ремонта скважин, а имеющаяся клавиатура и заданное программное обеспечение не позволяют менять предельные значения параметров во время ремонта скважин, что также ограничивает функциональные возможности устройства. К недостаткам относятся также отсутствие возможности передачи данных во внешние устройства различными способами.
Задачей полезной модели является создание универсального устройства для регистрации параметров установки для ремонта скважин, предназначенного для различных моделей установок путем расширения функциональных возможностей устройства.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для регистрации параметров установки для ремонта скважин, содержащем блок измерения, соединенный с модулем ввода-вывода, включающем аналого-цифровой преобразователь, соединенный с контроллером, и модуль управления, включающий микропроцессор, дисплей, световую и звуковую сигнализацию, клавиатуру, при этом выходы микропроцессора соединены со световой и звуковой сигнализацией, табло и клавиатурой, контроллер и микропроцессор модуля управления соединены по шине CAN, при этом контроллер содержит дополнительные порты RS232 и RS485, драйвер исполнительных устройств, а к микропроцессору дополнительно подключены USB - порты и модуль для передачи данных дистанционно.
Дисплей модуля управления содержит графическое и цифровое отображение параметров.
Наличие в модуле ввода-вывода дополнительных портов проводного и беспроводного интерфейса (порты RS232 и RS485) обеспечивает возможность передачи информации о регистрируемых параметрах во внешние устройства различными способами и расширяет тем самым номенклатуру внешних устройств, которые могут быть использованы для работы с данной системой. Наличие драйвера исполнительных устройств позволяет осуществлять аварийное отключение установки.
Выполнение двухстороннего канала обмена данными (наличие CAN-шины), связывающего контроллер и микропроцессор, а также наличие клавиатуры, соединенной с микропроцессором, позволяет изменять предельные параметры давления и температуры с помощью клавиатуры под каждую конкретную установку. Наличие CAN-шины позволяет подключать дополнительные устройства с определением дополнительных параметров (например, автоматической коробки передач, системы двигателя) с выведением дополнительных данных на дисплей, расширить управляющие сигналы путем введения команд «ограничить», «снизить», «остановить процесс», «изменить параметры работы». Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет создать многофункциональное устройство для регистрации параметров установок для ремонта скважин с длинномерной трубой, пригодное для всех модификаций.
Конкретный пример выполнения устройства поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства.
Устройство для регистрации параметров установки для ремонта скважин содержит блок измерения 1, модуль ввода-вывода 2 и модуль управления 3.
Блок измерения 1 имеет шестнадцать аналоговых каналов и четыре цифровых. В состав блока измерения 1 входят аналоговые датчики ДА1
ДА16, которые включают, как правило, три датчика давления прижима колодок, датчик давления натяжения цепи, датчик устьевого давления, датчики давления веса легкой и тяжелой трубы, датчик учета влияния давления насоса гидросистемы рабочего оборудования, и цифровые датчики ДЦ1ДЦ4, например, датчики угла поворота, расходомеры, энкодеры. Состав измерительного блока 1 (назначение датчиков и пределы измерения) определяется исходя из модели колтюбинговой установки и регистрируемых параметров
Блок измерения 1 подключен ко входу модуля ввода-вывода 2, который включает в себя аналого-цифровой преобразователь 4, контроллер 5, порты 6 (RS232) и 7 (RS485) для подключения внешних устройств 10 и 11 соответственно, и шести канальный драйвер исполнительных устройств 8, который позволяет осуществлять аварийное отключение установки при превышении допустимых параметров. Аналоговые датчики блока измерения 1 соединены с аналого-цифровым преобразователем 4, который преобразует аналоговые сигналы в цифровую форму. Выход аналого-цифрового преобразователя 4 соединен со входом контроллера 5, ко входу которого через порты 6 и 7 также подключены внешние устройства 10 и 11. Контроллер 5 в соответствии с программой, хранящейся в его внутренней энергонезависимой памяти 9, преобразует полученные данные, поступающие с аналого-цифрового преобразователя 4, цифровых датчиков блока измерения 1, а также через порты 6, 7 от внешних устройств 10, 11 в формат для передачи данных по CAN-шине., а также управляющих сигналов для управления через драйвер 8 исполнительными устройствами 12 (реле, электромагнитными клапанами, электро-гидрораспределителями). Управление производится посредством широтно-импульсной модуляции. Наличие CAN-шины позволяет подключать дополнительные устройства 2б с определением дополнительных параметров (например, автоматической коробки передач, системы двигателя) с выведением дополнительных данных на дисплей 17.
Модуль управления 3 состоит из микропроцессора 13, один вход которого соединен с контроллером 5 модуля ввода-вывода 2 по CAN-шине, ко второму входу микропроцессора 13 подключен таймер 15 (часы реального времени) с автономным источником питания 16 для привязки регистрируемых параметров к реальному времени, внутреннего блока памяти 14, дисплея 17, клавиатуры 18 и USB портов 19, 20. Наличие дисплея 17, клавиатуры 18, световой и звуковой сигнализации 21 обеспечивает возможность визуального контроля за работой установки для ремонта скважин. Полученные данные с датчиков блока измерения 1 отображаются на дисплее 17 в цифровом и графическом виде. Входы дисплея 17, световой и звуковой сигнализации 21 и выход клавиатуры 18 соединены с микропроцессором 13. Микропроцессор 13 в соответствии с программой, хранящейся в его внутренней энергонезависимой памяти 22, обеспечивает обработку данных, полученных от датчиков, в соответствии со шкалой датчика, и отображает на дисплее 17 полученные значения, производит упаковку данных для запоминания в блоке памяти 14 в виде переменных значений во времени, сравнение текущих значений параметров с предельными параметрами, заданными пользователем, с выдачей предупредительных сигналов, при превышении предельных параметров. Микропроцессор 13 в соответствии с программой производит также редактирование и ввод параметров, настроек, данных конфигурации устройства регистрации во время работы устройства с помощью клавиатуры 18.
Клавиатура 18 включает в себя цифровые клавиши, клавиши навигации и 5 функциональных клавиш (меню, подтверждение операции, настройка шкалы преобразователей, копирование данных, сброс глубины).
Наличие CAN-шины позволяет подключать несколько модулей ввода-вывода 2, 2а с блоком измерения 1, 1a, а также подключать другие внешние устройства 26.
Устройство работает следующим образом.
При выполнении ремонтных работ сигналы с датчиков блока измерения 1 поступают на входы аналого-цифрового преобразователя 4, который преобразует их в цифровую форму для обработки контроллером 5. Контроллер 5 по программе, заложенной в его энергонезависимой памяти 9, преобразует цифровые сигналы, полученные с аналого-цифрового преобразователя 4 и цифровых датчиков с блока измерения 1, а также с портов 6 (RS232) и 7 (RS485) в сигналы для передачи по CAN-шине в микропроцессор 13, который в соответствии с программой преобразуются в формат удобный для хранения и записываются в блок памяти 14 в режиме реального времени с использованием таймера 15, и выводятся на дисплей 17 в виде графиков и в цифровой форме. Редактирование и ввод предельных параметров работы установки в зависимости от конкретных условий работы и параметров скважины осуществляют перед началом работы с помощью клавиатуры 18. При этом сигнал от клавиатуры 18 поступает на микропроцессор 13, где в соответствии с заданной программой отображается на дисплее 17 и записывается в память микропроцессора 13. Поступающие на микропроцессор 13 параметры технологического процесса сравниваются с записанными в его памяти предельными значениями, и при достижении предельных значений по какому- либо из параметров микропроцессор 13 формирует управляющий сигнал для включения световой и звуковой сигнализации 21. В качестве световой и звуковой сигнализации 21 используются светодиодные индикаторы и сирена. Одновременно формируется управляющий сигнал, который передается по CAN-шине к контроллеру 5 модуля ввода-вывода 2, который посредством драйвера 8 включает исполнительное устройство (электроклапан) и останавливает установку не допуская аварийной ситуации.
Вся информация о параметрах технологического процесса при проведении ремонта скважин записывается в реальном масштабе времени в блок памяти 14 с энергонезависимым питанием. После окончания работ данные могут быть через USB порт 19 посредством USB флэш-диска 24, переписаны на персональный компьютер. Через второй USB порт 20 к устройству для регистрации может подключаться персональный компьютер 25, на экране которого в режиме реального времени отображаются в виде графиков или таблиц и записываются в файл параметры работы установки для ремонта скважин. Кроме этого через модуль передачи 23 (блютуз, Wi-Fi или GSM) данные могут передаваться дистанционно в диспетчерские центры и тем самым осуществлять дистанционный контроль процесса ремонта скважин и оперативно вносить корректировки.
Таким образом данное техническое решение позволяет сохранять данные о параметрах работы колтюбинговой установки через порт USB на съемных носителях, а также передавать их через порт внешних каналов связи в диспетчерские центры и тем самым осуществлять дистанционный контроль за работой установки..
Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки:
1. Патент РФ на изобретение 
2208154, МПК Е21В 47/00, опубл. 10.07.2003 г.
2. Патент РФ на полезную модель 29741, МПК Е21В 19/08, опубл. 27.05.2003 г. - прототип
1. Устройство для регистрации параметров установки для ремонта скважин, содержащее блок измерения, соединенный с модулем ввода-вывода, включающим аналого-цифровой преобразователь, соединенный с контроллером, и модуль управления, включающий микропроцессор, дисплей, световую и звуковую сигнализацию, клавиатуру, при этом выходы микропроцессора соединены со световой и звуковой сигнализацией, табло и клавиатурой, контроллер и микропроцессор модуля управления соединены по шине CAN, при этом контроллер содержит дополнительные порты RS232 и RS485, драйвер исполнительных устройств, а к микропроцессору дополнительно подключены USB-порты и модуль для передачи данных дистанционно.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дисплей модуля управления содержит графическое и цифровое отображения параметров.
