一種用於潛油電泵的井下多參數監測裝置製造方法
2023-12-09 18:20:21 1
一種用於潛油電泵的井下多參數監測裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用於潛油電泵的井下多參數監測裝置。可提供井下入口壓力、出口壓力、入口溫度、電機溫度、三個軸向振動、漏電流等多個參數測量。信號傳輸採用電流載波方式，硬體電路簡單、功耗低、通訊可靠；利用電泵原有的動力線纜，採用星點通道信號傳輸方式，無需額外增加電纜。通過H橋電路控制井下電源極性切換，可實現漏電流在線監測。測量電機的溫度傳感器直接安裝在電機繞組附近，可更及時真實的測量電機溫度。採用了三個相互正交的振動傳感器，更全面地監測井下振動信息。井下結構採用減震設計，能夠適應井下長時間高溫、強振動工作環境。
【專利說明】—種用於潛油電泵的井下多參數監測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種井下多參數監測的裝置，特別是一種用於潛油電泵的井下多參數監測裝置。
【背景技術】
[0002]潛油電泵是油田開發的重要機械採油設備，具有排量大、揚程高、生產壓差大、適應性強、地面工藝流程簡單、經濟效益顯著等優點。可廣泛應用於停噴後的高產油井、高含水井、深井及定向井中，是油田實現高產穩產的重要手段。
[0003]由於潛油電泵在生產過程中容易出現許多不易判別的井下故障，如何針對潛油電泵運行進行全面的參數監測及分析，掌握潛油電泵生產時井下的工況並判斷故障原因，是一項十分重要、緊迫的研究課題，也是挖掘油井潛力、保證設備有效工作、延長檢泵周期、提聞生廣管理技術水平的關鍵。
[0004]現有的的井下測試系統一般是井下溫度和壓力二元參數，從現場應用情況來看，由於測試參數少、不能完全滿足用戶掌握潛油電泵井下多參數監測的需求。並存在操作過程複雜等顯著缺點。
實用新型內容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題在於，克服上述現有技術之缺陷而提供一種能夠實現潛油電泵井下多參數監測的裝置。
[0006]為實現上述目的，本實用新型方案是:
[0007]—種用於潛油電泵的井下多參數監測裝置，包括井下工況儀、地面設備和電流載波傳輸設備。
[0008]所述井下工況儀包括結構本體、板架、電抗器、振動傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、電源及載波電路、數據採集電路。
[0009]所述地面設備包括扼流器和地面主機。
[0010]振動傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器與數據採集電路相聯，數據採集電路與電源及載波電路相聯，電源及載波電路與電抗器相聯，電抗器通過電流載波傳輸設備與地面設備的扼流器相聯，扼流器與地面主機相聯。
[0011]所述地面主機包括H橋電路，井下工況儀包括負電源阻止模塊，H橋電路通過電流載波傳輸設備與負電源阻止模塊相聯。
[0012]所述振動傳感器包括三個正交排列的振動傳感器。
[0013]所述溫度傳感器為若干個，其中之一安裝於安裝在電機內部。
[0014]所述井下工況儀還包括減震器，減震器安裝於板架上。
[0015]本實用新型與現有技術相比的有益效果:
[0016](I)採用了多個傳感器及其安裝結構，可提供井下入口壓力、出口壓力、入口溫度、電機溫度、三個軸向振動、漏電流等多個參數測量。[0017](2)信號傳輸採用電流載波方式，硬體電路簡單、功耗低、通訊可靠；利用電泵原有的動力線纜，採用星點通道信號傳輸方式，無需額外增加電纜.[0018](3)採用了三個相互正交的振動傳感器，更全面地監測井下振動信息。
[0019](4)測量電機的溫度傳感器直接安裝在電機繞組附近，可更及時真實的測量電機溫度。
[0020](5)通過H橋電路控制井下電源極性切換，可實現漏電流在線監測。
[0021](6)井下結構採用減震設計，能夠適應井下長時間高溫、強振動工作環境。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的系統組成原理框圖；
[0023]圖2為本實用新型的井下工況儀內部結構安裝示意圖。
[0024]圖3為本實用新型的井下工況儀電流信號載波電路圖；
[0025]圖4為本實用新型的控制井下電源極性的H橋控制電路圖；
[0026]圖5為本實用新型的系統信號編碼傳輸波形圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本實用新型的最佳實施例作進一步描述。
[0028]參見圖1，井下工況儀I和潛油電泵的電機4尾部固連，通過電機星點7、電機三相繞組4a、三相動力線纜5、扼流器3、電纜鍇皮6構成一個星點通道。泵的入口溫度、入口壓力、振動信息直接通過安裝在井下工況儀內部的傳感器Ia測量，而泵的出口壓力則通過傳壓管線連接至安裝在井下工況儀內部的出口壓力傳感器測量。用於監測電機繞組溫度的溫度傳感器4b，安裝在電機內部繞組附近，該溫度傳感器信號會同電機星點7—起以引線的方式通過連接端子送入井下工況儀I。
[0029]井下電抗器Id用於隔斷由於電機4相間不對稱而產生的共模幹擾電壓信號；數據採集電路Ib負責傳感器la、傳感器4b信號的採集、調理和按規定的時序編碼。電源及載波電路Ic負責將來自電機星點7的電源信號轉換成井下工況儀I內部各電路和傳感器工作所需的二次電源輸出，同時負責將來自數據採集電路Ib的電壓編碼信號轉換成電流信號，並通過電機星點7加載到三相動力電纜5，井下信號經地面扼流器3濾除動力線中的高壓成分後送至地面主機2。
[0030]地面主機2通過其內部電源電路2a以及星點通道為井下工況儀I提供直流供電，同時接受來自井下工況儀I發送的載波信號，經過採集傳輸電路2b濾波、解碼後，發送給信號處理計算機2c進行補償處理，形成最終監測數據，並通過顯控模塊2d進行參數顯示和操控。
[0031]參見圖2，給出了本實用新型所述的井下工況儀內部安裝示意圖，包括結構本體30、板架31、電抗器32、振動傳感器33、壓力傳感器34、溫度傳感器35、電源及載波電路36、數據採集電路37、減震器38。其中壓力傳感器34、溫度傳感器35安裝於結構本體30 ;振動傳感器33、電抗器32、電源及載波電路36、數據採集電路37安裝於板架31，通過減震器38對安裝於板架31設備進行減震，以滿足井下強振動工作環境。
[0032]參見圖3，A點為經過調理後的傳感器電壓信號輸入，用兩個恆流二極體Q1、Q2作為輸出基準電流。通過R2、R3、C1、C2、R4、U1A、Q3構成一個負反饋電路，恆流源輸出端B點電壓和信號輸入A點電壓進行比較，偏差經積分後反饋至壓控電流源Q3，如果經過調理後的輸入信號A與B點電壓相等(等效於傳感器輸入為O),則Q3輸出為O,如果輸入信號A與B點電壓不相等(等效於傳感器有輸入信號)，則Q3輸出相應的控制電流信號，從而使流過R5的電流發生變化，最終使得B點電壓與A點的輸入信號電壓一致。通過上述負反饋電路和壓控電流源實現了傳感器輸入信號電壓到系統信號傳輸迴路的電流輸出的轉換。相對於電壓信號傳輸，電流信號傳輸過程中無衰減，可適用於井下遠距離傳輸。相對於數字編碼和傳輸，該電路無需專用的編碼和功率輸出電路，地面也無需專門的解碼電路，整個電路簡單，功耗低，對於進行高溫環境應用十分有利，同時可克服潛油電泵電機在變頻工作時存在通訊不可靠的問題。
[0033]參見圖4，D01、D02為來自採集電路2b輸出的兩路控制信號，2D1、2D2為H橋驅動晶片，2V7?2V10四個MOS管構成H橋電路，當DOl、D02分別輸出1、0時，2V7、2V10導通，load_A與load_B之間輸出電壓為+110VDC,當DOU D02分別輸出O、I時，2V8、2V9導通，load_A與load_B之間輸出電壓為-110VDC。當D01、D02輸出電平相同時，load_A與load_B之間輸出電壓為0V。本實用新型所採用的橋驅動晶片採用高端懸浮自舉電源，可以大大減少驅動電源的數目，內部集成了死區控制電路，可確保橋上下兩個MOS管只能處於交替工作狀態，不會出現橋短路現象。用電子開關實現電源供電切換，其可靠性較之常規的繼電器切換有極大的提聞。
[0034]參見圖5，井下工況儀和地面主機採用電流載波方式進行通信，通過地面主機控制井下工況儀供電及其極性的切換來控制井下工況儀數據發送，即當供電電源為正電壓後，井下工況儀向地面發送一幀載波電流信號；當電源切換為負後，井下工況儀停止工作，在此期間地面主機進行漏電流檢測，直到下次供電啟動為止；每幀信號編碼如下:電流範圍為O?25mA，信號包括2個幀頭和7個測量參數(依次為幀頭Cz、幀頭Cf、入口壓力P1、出口壓力Pd、入口溫度T1、電機溫度Tm、X向振動Vx、y向振動Vy、z向振動Vz),每個參數發送持續時間為2s。
【權利要求】
1.一種用於潛油電泵的井下多參數監測裝置，其特徵在於:包括井下工況儀、地面設備和電流載波傳輸設備； 所述井下工況儀包括結構本體(30)、板架(31)、電抗器(32)、振動傳感器(33)、壓力傳感器(34)、溫度傳感器(35)、電源及載波電路(36)、數據採集電路(37)； 所述地面設備包括扼流器和地面主機； 振動傳感器(33)、壓力傳感器(34)、溫度傳感器(35)與數據採集電路(37)相聯，數據採集電路(37)與電源及載波電路(36)相聯，電源及載波電路(36)與電抗器(32)相聯，電抗器(32)通過電流載波傳輸設備與地面設備的扼流器(3)相聯，扼流器(3)與地面主機(2)相聯。
2.根據權利要求1所述一種用於潛油電泵的井下多參數監測裝置，其特徵在於:所述地面主機(2)包括H橋電路，井下工況儀包括負電源阻止模塊，H橋電路通過電流載波傳輸設備與負電源阻止模塊相聯。
3.根據權利要求1所述一種用於潛油電泵的井下多參數監測裝置，其特徵在於:所述振動傳感器(33)包括三個正交排列的振動傳感器。
4.根據權利要求1所述一種用於潛油電泵的井下多參數監測裝置，其特徵在於:所述溫度傳感器(35)為若干個,其中之一安裝於安裝在電機內部。
5.根據權利要求1所述一種用於潛油電泵的井下多參數監測裝置，其特徵在於:所述井下工況儀還包括減震器(38)，減震器(38)安裝於板架(31)上。
【文檔編號】E21B47/008GK203783562SQ201420035553
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2014年1月21日
【發明者】宋海青, 龍江橋, 周懷亮, 黃華祥, 徐振動, 高永華, 甄寶生, 姜志強, 羅少峰, 於雷, 唐兵, 司念亭, 郭雯霖, 白健華, 遊學 , 呂偉, 張龍, 張曉麗, 郭秋芬, 郭雙江, 嶽步江 申請人:中國海洋石油總公司, 中海石油（中國）有限公司天津分公司, 航天科工慣性技術有限公司