Погружной блок системы телеметрии
Полезная модель относится к комплектным приводам на основе вентильных электродвигателей и может быть использована в нефтедобывающей отрасли для работы с погружными насосами.
Целью полезной модели является повышение надежности передачи информации и обеспечения работоспособности блока погружного для системы телеметрии в составе установки погружного насоса с приводом от вентильного электродвигателя.
Погружной блок системы телеметрии содержит фильтр нижних частей, измерительное устройство, датчики измерения температуры окружающей среды, температуры масла в полости электродвигателя, давление окружающей среды и вибрации.
Новым в полезной модели является то, что фильтр нижних частот дополнительно содержит резистор соединенный последовательно с конденсатором.
Полезная модель относится к комплектным приводам на основе вентильных электродвигателей и может быть использована в нефтедобывающей отрасли для работы с погружными насосами.
При добыче нефти из недр широко применяют погружные электронасосы. Привод насосов осуществляется различными типами электрических машин. В настоящее время широко применяемым типом электродвигателей являются асинхронные короткозамкнутые маслонаполненные. Для повышения производительности откачки нефти и коэффициента нефтеотдачи скважины используют различные средства автоматизации и контроля рабочих процессов в скважине. Для этой цели используют телеметрическое оборудование, позволяющее регистрировать текущие параметры состояния среды и оборудования в процессе откачки нефти. Регистрируемые параметры кодируют и передают на наземную станцию управления. Для передачи сигналов используются проводные каналы связи. Для двигателей, фазные обмотки которых соединены в звезду и имеют нулевую точку, в качестве канала связи применяют жилы силового кабеля, питающего электродвигатель. В этом случае нет необходимости создавать дополнительную линию связи, а используется имеющийся силовой кабель. Фазные обмотки асинхронного электродвигателя питаются синусоидальным напряжением. При симметрии двигателя, трансформатора и силового кабеля в нулевой точке практически отсутствует напряжение относительно заземленных корпусов электродвигателя, погружного блока и брони силового кабеля. К нулевой точке соединения фазных обмоток подключают телеметрический блок, который предназначен для измерения и передачи на наземную станцию управления по силовому кабелю питания асинхронного электродвигателя текущих параметров в забое скважины: температуры обмоток электродвигателя, температуры и гидравлического давления окружающей среды, давления масла в электродвигателе, а также уровней вибрации в зоне подвески погружной установки. Одновременно по этой цепи обеспечивается питание блока. Передача информации производится на частотах ниже частот питающих напряжений электродвигателя. Конструктивно телеметрический блок соединяется фланцем с нижней частью электродвигателя так, что блок оказывается устройством, находящимся в самой нижней точке погружного электронасоса.
В настоящее время все большее применение находят вентильные электродвигатели. Они обладают значительно лучшими характеристиками, отличаются высокой надежностью и имеют меньшие габариты по длине при одинаковых значениях частоты вращения и вращающего момента по сравнению с асинхронными короткозамкнутыми машинами. Также эти электродвигатели применяются и в качестве приводных двигателей глубинных электронасосов для откачки нефти. Однако вследствие особенностей конструкции в нулевой точке соединения фазных обмоток вентильных электродвигателей действует переменное напряжение гармонических составляющих напряжения на электродвигателе. Величина этого напряжения растет с увеличением частоты вращения вала электродвигателя двигателя. Это приводит к тому, что с определенной частоты вращения вала двигателя нарушается работа погружного телеметрического блока и прекращается передача информации из скважины.
Известен погружной блок системы телеметрии (БП. Технические условия. ЦВИЯ.468154.002ТУ. ОАО «Ижевский радиозавод»). Блок содержит измерительный преобразователь и датчики для измерения температуры окружающей среды, температуры масла в полости электродвигателя, давления окружающей среды, и вибрации. Недостатком указанного устройства является ограничение работоспособности допустимой величиной 50 В амплитуды переменного напряжения на входе погружного блока. Амплитуда переменного напряжения на нулевой точке обмоток вентильных электродвигателей имеет в несколько раз превышающую эту величину.
Для сохранения работоспособности в условиях действия помех в погружных блоках применяют электрические LC-фильтры нижних частот, (патент Российской Федерации RU 2272996).
Известен погружной блок системы телеметрии установки погружного центробежного насоса для добычи нефти (патент Российской Федерации RU 46889) с измерительным устройством, содержащим средства для измерения температуры и давления перекачиваемой среды в зоне размещения электродвигателя установки, температуры в полости электродвигателя, измерения вибрации установки, низкочастотный фильтр в виде LC-контура.
Недостатком данного устройства является то, что передаточная характеристика используемого фильтра имеет подъем в области резонансной частоты LC-контура при работе фильтра на несогласованную нагрузку, какой является измерительное устройство. Это приводит к увеличению амплитуды помех с частотами,
находящимися в указанной области и как следствие нарушению работоспособности системы.
Кроме того, конденсатор фильтра, имеющий большую величину емкости, создает дополнительную нагрузку для передаваемого импульсного сигнала, что приводит к уменьшению его амплитуды и соответственно к снижению надежности передачи информации.
Конструкция описанного блока наиболее близка по своей сути заявляемому блоку и является прототипом.
Целью полезной модели является повышение надежности передачи информации и обеспечения работоспособности блока погружного для системы телеметрии в составе установки погружного насоса с приводом от вентильного электродвигателя.
Цель достигается тем, что погружной блок системы телеметрии содержащий фильтр нижних частей, измерительное устройство, датчики измерения температуры окружающей среды, температуры масла в полости электродвигателя, давление окружающей среды и вибрации, согласно изобретению, фильтр нижних частот дополнительно содержит резистор соединенный последовательно с конденсатором.
На фиг. приведена схема погружного блока системы телеметрии.
Блок имеет измерительное устройство 1 со средствами, обеспечивающими измерение температуры и давления окружающей среды в зоне расположения установки, температуры масла в электродвигателе, вибрации установки, LC-фильтр 2 нижних частот, выполненный из катушки индуктивности 3, конденсатора 4 и резистора 5. Первый вывод катушки 3 индуктивности подключен к входному контакту 6 блока. Второй вывод катушки 3 индуктивности - к цепи питания измерительного блока и первому выводу цепи последовательно соединенных конденсатора 4 и резистора 5, второй вывод которой соединен с корпусом 7 блока.
На входной контакт 6 погружного блока с нулевого вывода обмоток электродвигателя поступает питание постоянным напряжением от наземной части телеметрической системы. Цепь питания замыкается через заземленный корпус 7 погружного блока. Измерительное устройство 1 по цепи питания выдает на входной контакт 6 кодированную последовательность электрических импульсов с частотой ниже частоты напряжения питания электродвигателя. Одновременно на входном контакте 6 блока присутствует напряжение основной и высших гармоник напряжения на вентильном электродвигателе. Преобладающей является третья гармоника. Переменное напряжение, проходя через фильтр 1, уменьшается по амплитуде
до допустимой величины. На степень уменьшения влияет величина сопротивления резистора 5. Резистор 5 вносит дополнительные потери в цепь фильтра и выравнивает передаточную характеристику в полосе прозрачности. Сопротивление резистора выбирается величиной около десяти раз меньшей индуктивного сопротивления катушки 3 на частоте третьей гармоники напряжения питания электродвигателя при номинальной частоте вращения. При этом обеспечивается необходимое подавление высших гармоник, существенно снижается пик частотной характеристики фильтра на резонансной частоте и увеличивается сопротивление в цепи нагрузки для передаваемого сигнала, что приводит к увеличению его амплитуды. Таким образом обеспечивается работоспособность блока в составе привода на основе вентильного электродвигателя и повышается надежность передачи информации.
Погружной блок системы телеметрии, содержащий фильтр нижних частей, измерительное устройство, датчики измерения температуры окружающей среды, температуры масла в полости электродвигателя, давление окружающей среды и вибрации, отличающийся тем, что фильтр нижних частот дополнительно содержит резистор соединенный последовательно с конденсатором.
