RU2834955C1

RU2834955C1 - Driller monitor

Info

Publication number: RU2834955C1
Application number: RU2024120114A
Authority: RU
Inventors: Александр Юрьевич Жиляев; Юрий Павлович Жиляев; Александр Михайлович Шапошников; Сергей Михайлович Яковлев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Геопласт Телеком"
Filing date: 2024-07-15
Publication date: 2025-02-19

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention relates to telemetry systems for drilling of oil and oil and gas wells and can be used for visual display of telemetric information. Result is achieved using wireless transmission of electromagnetic energy and data with exclusion of detachable connections and extended cable communication lines. At that, the telemetric information visual display device (driller monitor) includes a display module containing a microcontroller, interface unit, circular and line scanning units, circular and line displays, high-frequency electromagnetic energy receiver and a voltage converter, a high-frequency electromagnetic energy transmitter module and a power supply module. Power supply module contains a signal mixer, a telemetric data receiver with an external antenna, a supply voltage selector, a storage battery, a mains voltage converter connected to a network cable with a power connector.

EFFECT: improved operational reliability of the device for visual display of telemetric information and autonomy of its use.

7 cl, 1 dwg

Description

Настоящее изобретение, касающееся монитора бурильщика, относится к области геофизических исследований, а именно, к телеметрическим системам сопровождения бурения нефтяных и нефтегазовых скважин и к системам геолого-технологических исследований скважин в процессе бурения и может быть применено для визуального отображения телеметрической информации в реальном масштабе времени.The present invention, concerning a driller's monitor, relates to the field of geophysical research, namely, to telemetry systems for supporting the drilling of oil and oil and gas wells and to systems for geological and technological studies of wells during drilling and can be used for visual display of telemetry information in real time.

Из существующего уровня техники известен индикаторный пульт бурильщика (далее - ИНЬ) для визуального контроля технологической информации, предназначенный для использования в наземных системах сбора геологической и технологической информации в процессе бурения (Руководство по эксплуатации «Индикаторные пульты бурильщика ИНЬ», https://geosensor.ru/int/site/products/units/ipb/RE_IPB_280.pdf). Индикаторный пульт бурильщика содержит взрывозащитный корпус, элементы электронных модулей и светодиодное информационное табло, состоящее из кольцевых линеек, на которых информация (навигационные углы) отображается в виде светящихся точек, и дополнительной символьной строки сообщений, на которой отображается произвольная текстовая или цифровая информация (текущее время, дополнительные параметры, предупреждающие сообщения и пр.), определяемая оператором станции. К системе сбора информации индикаторный пульт бурильщика подключается с помощью кабеля, по которому передается питание пульта и цифровые данные. Длина кабеля не должна превышать 25 метров.The existing level of technology includes a driller's indicator console (hereinafter referred to as YIN) for visual monitoring of process information, intended for use in surface systems for collecting geological and process information during drilling (Operating Manual "YIN Driller's Indicator Consoles", https://geosensor.ru/int/site/products/units/ipb/RE_IPB_280.pdf). The driller's indicator console contains an explosion-proof housing, elements of electronic modules and a LED information board consisting of ring rulers on which information (navigation angles) is displayed as luminous dots, and an additional symbolic message line on which arbitrary text or digital information (current time, additional parameters, warning messages, etc.) determined by the station operator is displayed. The driller's indicator console is connected to the information collection system using a cable through which power is transmitted to the console and digital data. The cable length should not exceed 25 meters.

Недостатком данного технического решения является ограниченность длины линии связи и питания, которая в условиях буровых работ может достигать 150-200 метров.The disadvantage of this technical solution is the limited length of the communication and power line, which in drilling conditions can reach 150-200 meters.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является монитор визуального контроля оператора-бурильщика для комплекса телеметрии направленного бурения скважин (RU 50035, опубл. 10.12.2005), содержащий средства отображения оперативной информации на базе светоэлементов в виде диаграммного и символьного дисплеев, а также размещенные в корпусе функциональные электронные модули, включающие блок питания, интерфейсный блок и блоки управления дисплеями, отличающийся тем, что блок управления выполнен в виде двух параллельных микропроцессоров, сопрягающих интерфейсный блок с дисплеями через индивидуальные блоки развертки для каждого из них, при этом светоэлементы дисплеев выполнены в виде светодиодов.The closest to the declared technical solution is a visual control monitor for a driller-operator for a well directional drilling telemetry system (RU 50035, published 10.12.2005), containing means for displaying operational information based on light elements in the form of diagram and symbol displays, as well as functional electronic modules located in the housing, including a power supply unit, an interface unit and display control units, characterized in that the control unit is made in the form of two parallel microprocessors, coupling the interface unit with the displays through individual scanning units for each of them, while the display light elements are made in the form of light-emitting diodes.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного устройства, принятого за прототип, относят то, что в известном устройстве имеет место низкая эксплуатационная надежность, обусловленная необходимостью применения длинных кабельных линий связи и питания, а также разъемных соединений, обеспечивающих коммуникацию устройства с диспетчерским центром, с одной стороны, и высокой вероятностью их повреждения вследствие тяжелых условий эксплуатации на буровой и воздействия неблагоприятных климатических и экологических факторов (сероводород, влажность, осадки, перепады температур от минус 40°С до плюс 50°С).The reasons preventing the achievement of the technical result specified below, when using the known device adopted as a prototype, include the fact that the known device has low operational reliability, due to the need to use long communication and power cable lines, as well as detachable connections that ensure communication of the device with the control center, on the one hand, and a high probability of their damage due to severe operating conditions at the drilling site and the impact of unfavorable climatic and environmental factors (hydrogen sulfide, humidity, precipitation, temperature differences from minus 40°C to plus 50°C).

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эксплуатационной надежности устройства и уровня его автономности.The task that the claimed invention is aimed at solving is to increase the operational reliability of the device and its level of autonomy.

Под автономностью здесь понимается свойство технической системы, согласно которой ее функционирование определяется внутренними характеристиками и не зависит от воздействия внешней среды и других систем.Autonomy here refers to the property of a technical system according to which its functioning is determined by internal characteristics and does not depend on the influence of the external environment and other systems.

Данная задача решается за счет того, что заявленное устройство, включающее дисплейный модуль, который содержит микроконтроллер, интерфейсный блок, соединенные с круговым и строчным дисплеями, которыми управляют через соответствующие блоки круговой и строчной разверток, и модуль питания, дополнительно включает в себя размещенные в дисплейном модуле приемник высокочастотной электромагнитной энергии, преобразователь напряжения, модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии, при этом модуль питания включает в себя смеситель сигналов, приемник телеметрических данных, вход которого подключен к внешней антенне, а выход соединен с первым входом смесителя сигналов, выход которого соединен с входом модуля передатчика высокочастотной электромагнитной энергии, а второй вход смесителя сигналов соединен с выходом селектора напряжения питания, первый вход которого подключен к аккумуляторной батарее, а второй вход подключен к преобразователю сетевого напряжения, вход которого подключен к сетевому кабелю с разъемом питания. Дисплейный модуль, модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии и модуль питания выполнены в герметичных взрывозащитных корпусах. Корпус дисплейного модуля выполнен с выемкой, которая расположена непосредственно под приемником высокочастотной электромагнитной энергии, при этом в плане размеры выемки в корпусе дисплейного модуля выполняют равными размерам модуля передатчика высокочастотной электромагнитной энергии. Выемка в корпусе дисплейного модуля содержит элементы фиксации, выполненные в виде постоянных магнитов, с помощью которых осуществляют удержание модуля передатчика высокочастотной электромагнитной энергии в фиксированном положении относительно приемника высокочастотной электромагнитной энергии.This problem is solved due to the fact that the claimed device, including a display module, which contains a microcontroller, an interface unit, connected to circular and line displays, which are controlled through corresponding circular and line scan units, and a power supply module, additionally includes a high-frequency electromagnetic energy receiver, a voltage converter, a high-frequency electromagnetic energy transmitter module, located in the display module, wherein the power supply module includes a signal mixer, a telemetry data receiver, the input of which is connected to an external antenna, and the output is connected to the first input of the signal mixer, the output of which is connected to the input of the high-frequency electromagnetic energy transmitter module, and the second input of the signal mixer is connected to the output of the supply voltage selector, the first input of which is connected to the battery, and the second input is connected to the network voltage converter, the input of which is connected to the network cable with a power connector. The display module, the high-frequency electromagnetic energy transmitter module and the power supply module are made in sealed explosion-proof housings. The display module housing is made with a recess, which is located directly under the high-frequency electromagnetic energy receiver, while in plan the dimensions of the recess in the display module housing are made equal to the dimensions of the high-frequency electromagnetic energy transmitter module. The recess in the display module housing contains fixation elements made in the form of permanent magnets, with the help of which the high-frequency electromagnetic energy transmitter module is held in a fixed position relative to the high-frequency electromagnetic energy receiver.

Сущность изобретения поясняется структурной схемой устройства, изображенной на фиг.The essence of the invention is explained by the structural diagram of the device shown in Fig.

Устройство содержит дисплейный модуль 1, в котором размещены микроконтроллер 2, интерфейсный блок 3, блок круговой развертки 4, круговой дисплей 5, блок строчной развертки 6, строчный дисплей 7, приемник высокочастотной электромагнитной энергии 8, преобразователь напряжения питания 9, модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии 10, модуль питания 11, в котором размещены смеситель сигналов 12, приемник телеметрических данных 13, внешняя антенна 14, селектор напряжения 15, преобразователь сетевого напряжения 16, аккумуляторная батарея (далее - АКБ) 17, сетевой кабель с разъемом питания 18.The device comprises a display module 1, which houses a microcontroller 2, an interface unit 3, a circular scanning unit 4, a circular display 5, a line scanning unit 6, a line display 7, a high-frequency electromagnetic energy receiver 8, a supply voltage converter 9, a high-frequency electromagnetic energy transmitter module 10, a power module 11, which houses a signal mixer 12, a telemetry data receiver 13, an external antenna 14, a voltage selector 15, a network voltage converter 16, a storage battery (hereinafter referred to as the RB) 17, and a network cable with a power connector 18.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

При подготовке к работе монитор бурильщика, состоящий из трех герметичных модулей: дисплейного модуля 1, модуля передатчика высокочастотной электромагнитной энергии 10 и модуля питания 11, располагают в кабине бурильщика или в непосредственной близости от нее на буровой площадке.When preparing for work, the driller's monitor, consisting of three sealed modules: display module 1, high-frequency electromagnetic energy transmitter module 10 and power supply module 11, is placed in the driller's cabin or in close proximity to it on the drilling site.

Дисплейный модуль 1 устанавливают в рабочее положение в зоне визуального контроля бурильщика. Модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии 10 располагают в выемке (на фиг.не обозначена) корпуса дисплейного модуля 1, причем максимально близко к приемнику высокочастотной электромагнитной энергии 8, непосредственно под ним. Модуль питания 11 устанавливают в удобном месте на полу буровой площадки.Display module 1 is installed in the working position in the driller's visual control zone. High-frequency electromagnetic energy transmitter module 10 is placed in a recess (not shown in the figure) of the display module 1 housing, and as close as possible to high-frequency electromagnetic energy receiver 8, directly under it. Power module 11 is installed in a convenient place on the floor of the drilling platform.

Модуль питания 11 может запитываться либо от аккумуляторной батареи (АКБ) 17 либо от однофазной электросети 230 В, 50 Гц через сетевой кабель с разъемом питания 18 и преобразователь сетевого напряжения 16. Селектор напряжения 15 коммутирует выбранное напряжение питания следующим образом: при подключении модуля питания 11 к сети переменного напряжения селектор напряжения 15 передает на выход напряжение с преобразователя сетевого напряжения 16, при отсутствии подключения к сети или напряжения в электросети селектор напряжения 15 коммутирует на выход напряжение с АКБ 17. Таким образом, во-первых, достигается повышение надежности работы устройства путем горячего резервирования электропитания модуля и, во-вторых, экономия ресурса АКБ 17, что увеличивает длительность автономной работы устройства.The power supply module 11 can be powered either from the storage battery (SBA) 17 or from a single-phase 230 V, 50 Hz power grid via a network cable with a power connector 18 and a network voltage converter 16. The voltage selector 15 switches the selected supply voltage as follows: when the power supply module 11 is connected to an AC network, the voltage selector 15 transmits the voltage from the network voltage converter 16 to the output; if there is no connection to the network or voltage in the power grid, the voltage selector 15 switches the voltage from the SBA 17 to the output. Thus, firstly, the reliability of the device is increased by hot backup of the module's power supply and, secondly, the resource of the SBA 17 is saved, which increases the duration of the autonomous operation of the device.

Напряжение питания с выхода селектора напряжения 15 поступает на первый вход смесителя сигналов 12, на второй вход которого поступает сигнал с выхода приемника телеметрических данных 13, подключенного к внешней антенне 14. Смеситель сигналов 12 осуществляет смешивание поступающих на его входы сигналы и формирует на выходе комбинированный электрический сигнал, который подается в модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии 10.The supply voltage from the output of the voltage selector 15 is fed to the first input of the signal mixer 12, to the second input of which the signal is fed from the output of the telemetry data receiver 13, connected to the external antenna 14. The signal mixer 12 mixes the signals fed to its inputs and forms a combined electrical signal at the output, which is fed to the high-frequency electromagnetic energy transmitter module 10.

Модуль передатчика высокочастотной электромагнитной энергии 10 генерирует мощный высокочастотный электромагнитный сигнал, модулированный сигналом телеметрических данных. Благодаря индуктивной связи между модулем передатчика высокочастотной электромагнитной энергии 10 и приемником электромагнитных колебаний 8 энергия электромагнитного излучения передается от модуля передатчика высокочастотной электромагнитной энергии 10 к приемнику электромагнитных колебаний 8. В приемнике электромагнитных колебаний 8 сигналы питания и телеметрических данных разделяются: питающее напряжение поступает на вход преобразователя напряжения питания 9, который вырабатывает напряжения для питания отдельных блоков дисплейного модуля 1, а сигнал телеметрических данных поступает в интерфейсный блок 3, который преобразует принятые данные к формату данных микроконтроллера 2.The high-frequency electromagnetic energy transmitter module 10 generates a powerful high-frequency electromagnetic signal modulated by a telemetry data signal. Due to the inductive coupling between the high-frequency electromagnetic energy transmitter module 10 and the electromagnetic oscillation receiver 8, the electromagnetic radiation energy is transmitted from the high-frequency electromagnetic energy transmitter module 10 to the electromagnetic oscillation receiver 8. In the electromagnetic oscillation receiver 8, the power supply and telemetry data signals are separated: the supply voltage is fed to the input of the power supply voltage converter 9, which generates voltages for feeding individual units of the display module 1, and the telemetry data signal is fed to the interface unit 3, which converts the received data to the data format of the microcontroller 2.

Микроконтроллер 2 выполняет декодирование полученных данных в соответствии с заложенным в него алгоритмом и выдает коды управления на входы блоков круговой развертки 4 и строчной развертки 6. Блоки разверток 4 и 6 непосредственно управляют работой кругового дисплея 5 и строчного дисплея 7, осуществляющих непосредственную визуализацию параметров.Microcontroller 2 decodes the received data in accordance with the algorithm embedded in it and outputs control codes to the inputs of the circular scanning units 4 and the line scanning units 6. Scanning units 4 and 6 directly control the operation of the circular display 5 and the line display 7, which directly visualize the parameters.

Беспроводная передача электромагнитной энергии и данных могут быть осуществлены в соответствии с принятыми международными стандартами, например, по стандарту Qi (Электронный ресурс https://ru.wikipedia.org/wiki/Qi).Wireless transmission of electromagnetic energy and data can be carried out in accordance with accepted international standards, for example, the Qi standard (Electronic resource https://ru.wikipedia.org/wiki/Qi).

В заявленном устройстве отсутствуют разъемные электрические соединители, подверженные эрозии и окислению контактов, воздействию атмосферной влаги и агрессивных газов, таких как сероводород и метан, а также механических воздействий в виде вибрационных и ударных нагрузок. Устройство может располагаться в любом удобном для бурильщика месте, при этом не требуется прокладывать проводные кабельные линии питания и связи от диспетчерского пункта до кабины бурильщика, отсутствуют ограничения по длине кабельных линий, исключаются случаи механического повреждения кабелей машинами и механизмами, работающими на территории буровой установки. Устройство способно работать как от промышленной однофазной сети переменного напряжения, так и в отсутствии возможности подключения к питающей сети, от собственной АКБ.The claimed device does not have detachable electrical connectors subject to erosion and oxidation of contacts, exposure to atmospheric moisture and aggressive gases such as hydrogen sulfide and methane, as well as mechanical effects in the form of vibration and shock loads. The device can be located in any place convenient for the driller, while there is no need to lay wire cable power and communication lines from the control center to the driller's cabin, there are no restrictions on the length of cable lines, and cases of mechanical damage to cables by machines and mechanisms operating on the territory of the drilling rig are excluded. The device is capable of operating both from an industrial single-phase AC network and, in the absence of the possibility of connecting to the power supply network, from its own battery.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение уровня эксплуатационной надежности устройства и его автономности.The technical result provided by the given set of features is an increase in the level of operational reliability of the device and its autonomy.

Claims

1. A driller's monitor including a display module that contains a microcontroller, an interface unit connected to circular and line displays that are controlled through corresponding circular and line scan units, and a power supply module characterized in that it additionally includes a high-frequency electromagnetic energy receiver, a voltage converter, and a high-frequency electromagnetic energy transmitter module located in the display module, wherein the power supply module includes a signal mixer, a telemetry data receiver, the input of which is connected to an external antenna, and the output is connected to the first input of the signal mixer, the output of which is connected to the input of the high-frequency electromagnetic energy transmitter module, and the second input is connected to the output of the supply voltage selector, the first input of which is connected to the battery, and the second input is connected to the output of the network voltage converter, the input of which is connected to a network cable with a power connector.

2. A driller's monitor according to paragraph 1, characterized in that the display module, the high-frequency electromagnetic energy transmitter module, and the power supply module are made in sealed explosion-proof housings.

3. A driller's monitor according to item 1, characterized in that the display module housing is made with a recess.

4. A driller's monitor according to item 3, characterized in that the recess in the housing of the display module is made directly under the receiver of high-frequency electromagnetic energy.

5. A driller's monitor according to paragraph 3, characterized in that in plan the dimensions of the recess in the housing of the display module are made equal to the dimensions of the high-frequency electromagnetic energy transmitter module.

6. A driller's monitor according to paragraph 3, characterized in that the recess in the housing of the display module contains fixing elements, with the help of which the high-frequency electromagnetic energy transmitter module is held in a fixed position relative to the high-frequency electromagnetic energy receiver.

7. A driller's monitor according to item 6, characterized in that the fixing elements are made in the form of permanent magnets.