RU144124U1

RU144124U1 - SUBMERSIBLE UNIT

Info

Publication number: RU144124U1
Application number: RU2014105145/03U
Authority: RU
Inventors: Николай Федорович Токмаков; Роман Александрович Федоров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ижевский радиозавод"
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2014-08-10

Abstract

1. Блок погружной (БП), выполненный со сквозным продольным отверстием для прохождения вала погружного электродвигателя, содержащий Порт для подачи на БП стабилизированного напряжения питания и передачи от БП телеметрической информации с датчиков через устройство сбора и передачи, отличающийся тем, что в корпусе БП выполнен вырез, в котором в виде герметично установленного соединителя выполнен дополнительный Порт, соединенный с Портом через последовательно соединенные интерфейс связи и питания и устройство сбора и передачи.2. Блок погружной по п.1, отличающийся тем, что вырез корпуса БП выполнен продольным и расположен в нижней части боковой поверхности корпуса.3. Блок погружной по п.1, отличающийся тем, что вырез корпуса выполнен ступенчатым.1. The submersible unit (PSU), made with a through hole for passing the shaft of a submersible electric motor, comprising a Port for supplying a PSU with a stabilized supply voltage and transmitting telemetric information from sensors to the sensors via a collection and transmission device, characterized in that the PSU housing is made a cut-out in which an additional Port is made in the form of a hermetically sealed connector, connected to the Port through a serial-connected communication and power interface and a collection and transmission device. 2. The submersible block according to claim 1, characterized in that the cutout of the PSU housing is made longitudinal and is located in the lower part of the side surface of the housing. The submersible block according to claim 1, characterized in that the cutout of the housing is made stepwise.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к оборудованию для исследования скважин (например, буровых) и предназначено в частности для передачи телеметрической информации с различных уровней (пластов) при одновременно-раздельной эксплуатации скважин для добычи флюида (многофазной среды - смеси нефти, попутной воды, попутного газа) без извлечения насосного оборудования. Может применяться для регулирования добычи из каждого вскрытого продуктивного горизонта, а так же для исследования скважин.The proposed technical solution relates to equipment for researching wells (for example, drilling) and is intended in particular for transmitting telemetric information from various levels (formations) during simultaneous and separate operation of wells for producing fluid (multiphase medium - a mixture of oil, associated water, associated gas) without removing pumping equipment. It can be used to regulate production from each discovered productive horizon, as well as for well research.

Известны система передачи телеметрической информации (патент на изобретение №2230187, 2004 г.) и система сбора телеметрической информации от датчиков погружного блока (заявка на изобретение №2012124255 «Способ мониторинга внутрискважинных параметров (варианты) и система управления процессом добычи нефти», 13.06.2012 г.), включающие подземное передающее устройство (блок погружной - БП). Прием/передачу данных от БП и обратно производят через Порт БП по цепи питания электрический кабель - погружной электродвигатель (ПЭД).A known system for transmitting telemetric information (patent for invention No. 2230187, 2004) and a system for collecting telemetric information from sensors of a submersible block (application for invention No. 2012124255 “Method for monitoring downhole parameters (options) and a system for controlling the process of oil production”, 13.06.2012 d.), including an underground transmitting device (submersible unit - BP). Reception / transmission of data from the power supply unit and vice versa is carried out through the power supply unit port via the power circuit electric cable - submersible electric motor (PED).

Указанные Системы предназначены для добычи флюида только из одного пласта скважины, а БП соответственно не предусматривает возможность контроля и передачи параметров второго продуктивного пласта скважины на наземные устройства.These systems are designed to produce fluid from only one wellbore, and BP, accordingly, does not provide for the ability to control and transfer parameters of the second productive wellbore to ground-based devices.

Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является Система погружной телеметрии Триол ТМ-01-06 (корпорация «ТРИОЛ», г. Харьков, UA, http://www.trioloil.ru/index.php?id=35), включающая Блок погружной (ТРИОЛ-ТМН-01-06), электрически соединенный с ПЭД для подачи к БП питания и передачи информации от блока наземного с трехфазным трансформатором (ТРИОЛ-ТМН-01-06) к БП и обратно. За счет того, что БП выполнен с внутренним сквозным продольным отверстием для прохождения вала ПЭД, к верхней части которого подключен первый погружной насос, появляется возможность установки под БП второго погружного насоса для добычи пластовой жидкости из второго продуктивного пласта при установке в скважине разделяющего пакера. Система позволяет обеспечивать измерение и передачу на наземное устройство технологических параметров ПЭД, параметров пластовой жидкости первого (верхнего) пласта с помощью установленных на поверхности и внутри БП датчиков. При необходимости контроля параметров второго (нижнего) пласта скважины используют геофизический прибор (измеряющий, например, температуру, давление, расход входящими в его состав датчиками). Прибор устанавливают ниже второго насоса внутри насосно-компрессорной трубы (НКТ), электрически соединяя его с наземным блоком для приема/передачи информации с помощью кабеля, закрепленного вдоль НКТ, ПЭД, двух насосов, БП. Длина такого кабеля может достигать более 3000 м. Таким образом, Система имеет высокую трудоемкость при сборке за счет установки и крепления протяженного кабеля к геофизическому прибору, что обуславливает ее высокую стоимость и высокую вероятность повреждения кабеля при спуске установки в скважину, а БП не обрабатывает данные нижнего пласта скважины.The closest analogue of the proposed technical solution is the Triol TM-01-06 Immersion Telemetry System (TRIOL Corporation, Kharkov, UA, http://www.trioloil.ru/index.php?id=35), including the Immersion Unit ( TRIOL-TMN-01-06), electrically connected to the PED for supplying power to the power supply unit and transmitting information from the ground unit with a three-phase transformer (TRIOL-TMN-01-06) to the power supply unit and vice versa. Due to the fact that the PS is made with an internal through hole for the passage of the PEM shaft, to the upper part of which the first submersible pump is connected, it becomes possible to install a second submersible pump under the PS for the production of formation fluid from the second reservoir when a separating packer is installed in the well. The system allows for the measurement and transmission to the ground device of the technological parameters of the SEM, the parameters of the formation fluid of the first (upper) layer using sensors installed on the surface and inside the PSU. If necessary, control the parameters of the second (lower) formation of the well using a geophysical instrument (measuring, for example, temperature, pressure, flow rate included in its sensors). The device is installed below the second pump inside the tubing (tubing), electrically connecting it to the ground unit for receiving / transmitting information using a cable fixed along the tubing, PED, two pumps, PSU. The length of such a cable can reach more than 3000 m. Thus, the system has a high complexity during assembly due to the installation and fastening of an extended cable to a geophysical instrument, which leads to its high cost and high probability of cable damage when the installation is lowered into the well, and the PSU does not process data lower layer of the well.

Задачей настоящего технического решения является создание Блока погружного, предусматривающего подключение к нему устройства измерения (измерительного прибора с датчиками) параметров второго пласта скважины, обработку и передачу этих денных к наземным устройствам, либо других устройств (например, приборов управления клапаном или пакером, устройства дозирования реагента, расходомер, плотномер и т.д), Это позволит существенно сократить длину кабеля (например, геофизического) при сборке Систем для одновременно-раздельной эксплуатации скважин, повысить технологичность сборки таких систем и надежность их функционирования при меньшей стоимости Системы.The objective of this technical solution is to create a submersible unit, which includes connecting to it a measuring device (measuring device with sensors) of the parameters of the second wellbore, processing and transferring this data to ground-based devices, or other devices (for example, valve or packer control devices, reagent dosing devices , flowmeter, densitometer, etc.), This will significantly reduce the cable length (for example, geophysical) when assembling Systems for simultaneous and separate operation with Vazhiny, improve assembly manufacturability of such systems and their operation reliability at lower cost systems.

Для решения задачи служит Блок погружной (БП), выполненный со сквозным продольным отверстием. БП содержит Порт для подачи необходимого стабилизированного напряжения питания и передачи телеметрической информации к Блоку наземному, а также устройство сбора и передачи данных от датчиков первого пласта скважины. При этом БП содержит дополнительный Порт для получения запрошенной телеметрической информации от датчиков второго пласта скважины, соединенный с Портом БП через последовательно соединенные интерфейс связи и питания и устройство сбора и передачи, причем дополнительный Порт выполнен в виде герметично установленного в вырезе корпуса БП соединителя.To solve the problem, a Submersible Block (BP) is used, made with a through longitudinal hole. BP contains a port for supplying the necessary stabilized supply voltage and transmitting telemetric information to the ground unit, as well as a device for collecting and transmitting data from sensors of the first wellbore. At the same time, the PSU contains an additional Port for receiving the requested telemetric information from the sensors of the second wellbore, connected to the BP Port through a serially connected communication and power interface and a collection and transmission device, the additional Port being made in the form of a connector tightly installed in the cutout of the PSU case.

Техническое решение БП может быть применено в составе Телеметрической системы эксплуатируемой скважины, содержащей наземный блок приема и обработки информации (БН), соединенный по цепи питания - электрический кабель - погружной электродвигатель (ПЭД) - с портом блока погружного телеметрии (БП). БП выполнен с внутренним сквозным продольным отверстием и предназначен для контроля и передачи на БН телеметрической информации - параметров и верхнего (первого) и нижнего (второго) пластов, а также параметров погружного электродвигателя. К дополнительному порту БП подключено устройство измерения (УИ) параметров нижнего (второго) пласта скважины (включающее датчики) посредством герметичного соединения. Устройство сбора и передачи телеметрической информации выполнено с возможностью формирования пакетов данных о параметрах датчиков первого пласта и пакетов данных о параметрах датчиков второго пласта (устройства измерения) и преобразования их для передачи на наземный блок приема и обработки информации по кабелю питания погружного электродвигателя (по цепи питания), где эта информация распознается для передачи потребителю. Система выполнена с возможностью подачи необходимого стабилизированного напряжения питания на все ее устройства, требующие питания, в том числе - на УИ.The technical solution of BP can be applied as part of the Telemetric system of an operating well, which contains a ground-based information receiving and processing unit (BN), connected via a power supply circuit - an electric cable - a submersible electric motor (PEM) - to a port of a submersible telemetry unit (BP). BP is made with an internal through-hole and is intended for monitoring and transmitting telemetric information to the BN - parameters and the upper (first) and lower (second) layers, as well as the parameters of the submersible motor. An additional BP port is connected to a device for measuring (MD) the parameters of the lower (second) formation of the well (including sensors) through a tight connection. The device for collecting and transmitting telemetric information is configured to generate data packets on the parameters of the sensors of the first layer and data packets on the parameters of the sensors of the second layer (measurement device) and convert them to transmit to the ground unit for receiving and processing information through the power cable of the submersible electric motor (along the power circuit ), where this information is recognized for transmission to the consumer. The system is configured to supply the necessary stabilized supply voltage to all of its devices requiring power, including to the UI.

Предпочтительно, чтобы вырез корпуса БП был выполнен продольным и располагался в нижней части боковой поверхности корпуса.Preferably, the cutout of the PSU case is longitudinal and located in the lower part of the side surface of the case.

Предпочтительно, чтобы продольный вырез был выполнен ступенчатым для достижения оптимальной прочности корпуса БП и удобства подключения к БП устройства измерения.It is preferable that the longitudinal cut was made stepwise to achieve optimal strength of the PSU case and ease of connection of the measuring device to the PSU.

В качестве устройства измерения может быть использовано любое устройство (например, широко известные геофизические приборы для измерения давления и температуры, устройство САКМАР (НПФ «Геофизика», г. Уфа) и т.п.), включающее датчики для измерения различных параметров флюида, в том числе температуры, давления, вибрации, влагосодержания, расхода среды с нижнего пласта и т.п. Кроме того, могут быть использованы и другие приборы. Например, клапаны КПУЭ-102, КПУЭ-2 (ООО «НПФ Пакер», г. Октябрьский) и другие.As a measuring device, any device can be used (for example, well-known geophysical instruments for measuring pressure and temperature, a SAKMAR device (NPF Geofizika, Ufa), etc.), including sensors for measuring various fluid parameters, including temperature, pressure, vibration, moisture content, flow rate from the lower reservoir, etc. In addition, other devices may be used. For example, valves KPUE-102, KPUE-2 (LLC NPF Packer, Oktyabrsky) and others.

Далее конструкция и работа Блока погружного будет показана в составе Телеметрической системы эксплуатируемой скважины в предпочтительном варианте исполнения.Further, the design and operation of the Submersible Block will be shown as part of the Telemetric system of an operating well in a preferred embodiment.

На фиг. 1 представлена функциональная схема Телеметрической системы эксплуатируемой скважины для передачи сигнала от БП к БН.In FIG. 1 is a functional diagram of the Telemetric system of an operating well for transmitting a signal from a power supply unit to an oil well.

На фиг. 2 представлен чертеж блока погружного с проходным валом ПЭД в предпочтительном варианте исполнения.In FIG. 2 is a drawing of a submersible block with a PEM through shaft in a preferred embodiment.

Телеметрическая система эксплуатируемой скважины (далее - Система), изображенная на фиг. 1 содержит блок наземный 1 (БН) приема и обработки информации, соединенный по цепи питания электрический кабель 2 - погружной электродвигатель 3 (ПЭД) с портом блока погружного 4 (БП). Порт БП соединен с его дополнительным портом посредством последовательно соединенных устройства сбора и передачи 5 (УСП) телеметрической информации и интерфейса связи и питания 6 (Интерфейс). К УСП 5 подключены датчики первого пласта 7 (Д1). К дополнительному порту БП посредством электрического соединения подключено устройство измерения 8 (УИ) параметров второго пласта скважины, содержащее датчики второго пласта (Д2 - на фиг. 1 не показаны). Интерфейс служит шлюзом приема/передачи пакетов данных и команд (ретранслятором), необходим также для подачи питания на УИ.The telemetric system of an operating well (hereinafter referred to as the System) shown in FIG. 1 contains a ground unit 1 (BN) for receiving and processing information, an electric cable 2 connected through a power circuit, a submersible electric motor 3 (PEM), and a port of a submersible 4 (PSU) unit. The PSU port is connected to its additional port through a series-connected device for collecting and transmitting 5 (USP) telemetric information and communication and power interface 6 (Interface). The sensors of the first layer 7 (D1) are connected to USP 5. A measuring device 8 (UI) of the parameters of the second formation of the well containing sensors of the second formation (D2 - not shown in Fig. 1) is connected to the additional BP port via an electrical connection. The interface serves as a gateway for receiving / transmitting data packets and commands (relay), it is also necessary to supply power to the MI.

Электрический кабель питания погружного двигателя может быть подключен к БН через трансформатор для оптимизации работы Системы.The electric power cable of the submersible motor can be connected to the BN through a transformer to optimize the operation of the System.

Порт и дополнительный порт БП по сути являются соответственно многофункциональным входом и многофункциональным входом/выходом, предназначенными с одной стороны для подачи питания на БП и УИ, а с другой - для передачи телеметрической информации от УИ и БП на БН. Аналогично порт УИ, подключенный к дополнительному порту БП, является многофункциональным входом/выходом для подачи питания и передачи запрошенной телеметрической информации на БП. При этом соединение УИ и БП может быть осуществлено различными способами. Например, посредством геофизического кабеля для приема/передачи данных и подачи питания на УИ, либо любого другого кабеля, либо прием/передачу данных осуществляют цепи питания УИ.The port and additional port of the PSU are essentially multifunctional input and multifunctional input / output, respectively, designed on the one hand to supply power to the PSU and IA, and on the other to transmit telemetry information from the MI and PSU to the BN. Similarly, the UI port connected to the additional PSU port is a multifunctional input / output for supplying power and transmitting the requested telemetry information to the PSU. At the same time, the connection of UI and BP can be carried out in various ways. For example, through a geophysical cable for receiving / transmitting data and supplying power to the MI, or any other cable, or receiving / transmitting data, the power circuits of the MI are implemented.

Система приводится в рабочее состояние при подаче необходимого стабилизированного напряжения на все ее устройства, требующие питания, в том числе на устройство измерения параметров второго пласта скважины через дополнительный порт БП. Работа предлагаемой Системы может осуществляться несколькими способами.The system is brought into operation by applying the necessary stabilized voltage to all of its devices that require power, including a device for measuring the parameters of the second wellbore through an additional BP port. The work of the proposed System can be carried out in several ways.

Рассмотрим автономный режим работы Системы.Consider the offline mode of the System.

УСП 5 с определенной периодичностью и в определенном порядке опрашивает датчики Д1, а также передает команды опроса состояния среды второго пласта через интерфейс на УИ, т.е. Д1 и УИ являются ведомыми, а УСП - ведущим устройством, управляющим сбором, формированием, и передачей информации на БН по цепи питания. Из полученных данных формируют пакеты данных о параметрах датчиков первого пласта (пакеты первого типа). УИ формирует пакеты данных с измеренными параметрами Д2 и передает их через Интерфейс на УСП. Данные обо всех Д2 получают по командам запроса следующего пакета от УСП. В УСП из полученных пакетов формируют пакеты данных о параметрах датчиков второго пласта (пакеты второго типа). Пакеты первого и второго типа, имеющие одинаковую структуру, преобразуют (например, импульсной модуляцией) для передачи и последовательно передают по цепи питания через Порт БП на БН. То есть БП самостоятельно опрашивает Д1 и УИ согласно своему внутреннему алгоритму (очереди) и выдает БН. В БН считывают данные с БП. По типу пакета данных БН распознает их и использует для дальнейшей работы (например, передают потребителю и/или используют для управления БП).USP 5 interrogates D1 sensors with a certain periodicity and in a certain order, and also transmits commands for polling the state of the environment of the second layer through the interface to the UI, i.e. D1 and UI are slaves, and USP is the master device that controls the collection, formation, and transmission of information to the BN along the power circuit. From the obtained data form data packets on the parameters of the sensors of the first layer (packets of the first type). The MI generates data packets with the measured parameters D2 and transmits them through the Interface to the USP. Data on all D2 is obtained by the next packet request commands from the USP. In USP, data packets about the parameters of the sensors of the second layer (packets of the second type) are formed from the received packets. Packets of the first and second type, having the same structure, are converted (for example, by pulse modulation) for transmission and sequentially transmitted along the power circuit through the BP port to the BN. That is, the BP independently polls D1 and IA according to its internal algorithm (queue) and issues a BN. In BN read data from the PSU. By the type of data packet, the BN recognizes them and uses them for further work (for example, they are transmitted to the consumer and / or used to control the power supply).

Система может работать в командном режиме. При этом в БН формируют определенную команду, которая без изменений доходит до нужных узлов системы (только до БП или к УИ). Таким образом, в командном режиме БН является ведущим устройством, а БП и УИ - ведомыми. Например, по командам запроса состояния системы, в УСП кроме пакетов данных первого и/или второго типа формируют пакеты данных третьего типа о напряжениях, токах и т.п. на различных участках системы (в том числе о параметрах погружного электродвигателя); по командам калибровки Д1 производят установку нуля и разброс данных. Возможна также калибровка Д2 в УИ, выборочный опрос датчиков, управление ими. При этом в УСП формируют другие типы пакетов данных, которые также передают на БН.The system can work in command mode. At the same time, a specific team is formed in the BN, which without any changes reaches the necessary system nodes (only to the BP or to the MI). Thus, in command mode, the BN is the master, and the PSU and the IA are slaves. For example, according to commands to query the state of the system, in USP, in addition to data packets of the first and / or second type, data packets of the third type are generated about voltages, currents, etc. in various parts of the system (including the parameters of the submersible motor); D1 calibration commands set the zero and scatter data. It is also possible to calibrate D2 in the MD, selectively interrogate the sensors, and manage them. At the same time, other types of data packets are formed in the USP, which are also transmitted to the BN.

Таким образом, при различных режимах работы Системы в УСП определяют последовательность передачи пакетов в соответствии с командами запроса, в которых может содержаться очередность опроса датчиков, указываться набор определенных датчиков и т.д..Thus, under various modes of operation of the System, in the USP, the sequence of packet transmission is determined in accordance with the request commands, which may contain the order of polling of sensors, indicate the set of specific sensors, etc.

В БН полученные по кабелю питания погружного электродвигателя пакеты данных всех типов распознают и используют для контроля и регулирования работы Системы, передачи потребителю.In BN, all types of data packets received through the power cable of a submersible electric motor are recognized and used to control and regulate the operation of the System, and transmitted to the consumer.

Блок погружной 4, изображенный на фиг. 2, выполнен с внутренним сквозным продольным отверстием 10, предназначенным в данной реализации для прохождения вала, приводящего в действие второй насос. На поверхности корпуса 11 БП 4 выполнен вырез 12, на одной из стенок которого выполнено отверстие 13 для дополнительного порта БП. В отверстии герметично установлен соединитель 14. Кабелем с кабельным наконечником 15 герметично соединяют УИ 8 и БП 4. При таком непосредственном подключении длина дорогостоящего кабеля может составлять от 10 до 20 м, что в сотни раз меньше по сравнению с другими известными системами.The submersible block 4 shown in FIG. 2, is made with an internal through longitudinal hole 10, designed in this implementation for the passage of the shaft driving the second pump. On the surface of the housing 11 BP 4 made a cutout 12, on one of the walls of which a hole 13 is made for an additional port BP. Connector 14 is hermetically mounted in the hole 14. The UI 8 and PSU 4 are hermetically connected with a cable lug 15. With this direct connection, the length of an expensive cable can be from 10 to 20 m, which is hundreds of times less than other known systems.

В данной реализации вырез расположен в нижней части боковой поверхности корпуса БП, выполнен продольным и ступенчатым соответственно рельефу соединителя с расширением для его установки посредством ключа (на фиг. 2 не показано) с неглубокой узкой канавкой под кабель, что позволяет минимизировать объем выреза при сохранении необходимой прочности корпуса и обеспечения удобства при стыковке БП и УИ, размещаемого в НКТ под вторым насосом для снятия параметров нижнего пласта скважины. В данной реализации в качестве герметичного соединения между БП и УИ используют электрическое соединение посредством электрического соединителя 14 и кабельного наконечника 15 для осуществления подачи питания и приема/передачи данных. Варианты выполнения выреза под соединение могут быть различными в разных реализациях изобретения. Например, он может быть в верхней части боковой поверхности корпуса либо на нижней поверхности БП в виде глухого отверстия и т.п..In this implementation, the cutout is located in the lower part of the side surface of the PSU case; it is made longitudinal and stepped, respectively, to the relief of the connector with an extension for installation using a key (not shown in Fig. 2) with a shallow narrow groove for the cable, which minimizes the volume of the cutout while maintaining the necessary the strength of the body and ensuring convenience when docking BP and MD placed in the tubing under the second pump to take parameters of the lower wellbore. In this implementation, an electrical connection is used as a sealed connection between the power supply unit and the MD via an electrical connector 14 and a cable lug 15 for supplying power and receiving / transmitting data. Embodiments of a cutout for connection may be different in different implementations of the invention. For example, it can be in the upper part of the side surface of the housing or on the lower surface of the PSU in the form of a blind hole, etc.

Таким образом, Система с предлагаемым в качестве полезной модели Блоком погружным обеспечивает передачу параметров нижнего пласта скважины по кабелю питания погружного электродвигателя, использование минимально возможной длины кабеля к УИ с датчиками, что значительно снижает и вероятность повреждения этого кабеля, а также стоимость, трудоемкость сборки Системы в целом, повышает стабильность ее работы.Thus, the system with the submersible block proposed as a utility model provides the transmission of the parameters of the lower wellbore through the power cable of the submersible electric motor, the use of the smallest possible cable length to the transmitter with sensors, which significantly reduces the likelihood of damage to this cable, as well as the cost, laboriousness of the system assembly in general, increases the stability of its work.

Claims

1. The submersible unit (PSU), made with a through hole for passing the shaft of a submersible electric motor, comprising a Port for supplying a PSU with a stabilized supply voltage and transmitting telemetric information from sensors to the sensors via a collection and transmission device, characterized in that the PSU housing is made a cut-out in which an additional Port is made in the form of a hermetically sealed connector, connected to the Port through a serial-connected communication and power interface and a collection and transmission device.

2. The submersible block according to claim 1, characterized in that the cutout of the PSU housing is made longitudinal and is located in the lower part of the side surface of the housing.

3. The submersible block according to claim 1, characterized in that the cutout of the housing is made stepwise.