How ESP SIU and downhole sensor communicate

[ahmetovaam]

Hello - please explain how the downhole monitoring system (TMS) works with the downhole sensor (TMS) and the SIU (surface interface unit, TMS), what signals hit the SIU interface, how the system behaves when pressure or temperature rises, and what sensors the downhole unit uses - is it several sensors in one housing?

Original topic

Здравствуйте, объясните как работает система телеметрии ТМС погружённый блок и наземный, какие сигналы поступает на интерфейс наземного блока? Как ведет себя система при повышениях параметров давления или температуры? Какие датчики использует погружённый блок, то есть получается скважинный блок содержит в одной конструкции несколько датчиков?

[ALEngineer]

Simplified: the SIU (surface interface unit, TMS) "talks" to the downhole sensor (issues requests) by superimposing DC of different polarity and magnitude on the AC, and that same DC powers the downhole sensor. Example (conditional): if the SIU puts +300 V vs earth, the downhole sensor treats that as ready for temperature and sends it; at +200 V vs earth it sends pressure; at -300 V, vibration, say.

The downhole sensor answers by overlaying a high-frequency signal on the same AC on the downhole cable. This works mainly because both motor and SUT windings are wye - AC for the ESP motor sums to zero at both tap points, so a signal vs earth is cleanly seen by both the SIU and the downhole sensor.

Original reply

Если упрощенно, то наземный блок "общается" с погружным (выдает запросы) путем наложения постоянного напряжения поверх переменного, разной полярности и величины, тем же самым и запитывая погружной блок. Если например (условно) относительно "земли" наземный блок выдает плюс 300В, погружная телеметрия "понимает", что наземный блок готов принять данные по температуре и передет эти данные, если (условно) обнаруживется напряжение относительно "земли" 200В, то погружной датчик передает информацию о давлении, если минус 300В напряжение, то к примеру вибрация.
Погружной блок передает информацию, путем наложения высокочастотного сигнала на тот же переменный идущий по погружному кабелю. Получается все это (в основном питание погружного) потому что обмотки соединены в "звезду" и в двигателе и в ТМПН и переменный ток, поступющий для питания ПЭД в обоих случаях равен нулю в точках подключения обоих блоков, а если передать сигнал относительно земли, то он прекрасно считывается блоками.

[chernyi-abdulla]

Colleague was a bit scrambled. The Transfer (ETT6) protocol document covers it fairly clearly. Non-ETT6 downhole monitoring system (TMS) works the same at almost every plant; exclusives like SKAD neither watch insulation nor let the controller do it properly.

Most useful in the PDF: section "4 Protocol between downhole and SIU (surface interface unit, TMS)" - voltages, frequencies, times, signal diagram fig.1 p.11. Rest is for programmers.

If I am right, Lukoil now gets the same Transfer under another protocol name.

Protocol Transfer.zip

Protocol Transfer.pdf

Protocol Transfer.zip

Protocol Transfer.pdf

Original reply

Коллега несколько сумбурно объяснил. В протоколе Transfer (ЕТТ6) более-менее понятно всё описано. Принцип работы тмс отличных от ЕТТ6 такой-же у почти всех заводов, есть эксклюзивы типа СКАД, которая, помимо того, что не контролирует изоляцию, так ещё и контроллеру мешает это нормально делать.
В приложенном пдфе наиболее интересен раздел "4 Протокол обмена между подземным и наземным блоками
ТМС", здесь все напряжения, частоты, времена, диаграмма сигнала на рис.1 стр.11. Остальная часть документа - для программистов.
Если не ошибаюсь, то сейчас с тем же трансфером, но под другим названием самого протокола поставляются ТМС в Лукойл.

Protocol Transfer.zip

Protocol Transfer.pdf

[Rama8992]

Please - what talk voltage between Novomet BID downhole and BN-3 SIU (surface interface unit, TMS) if the VSD is Elekton-5?

Original reply

Подскажите пожалуйста какое напряжение общения погружного блока БИД и наземного блока БН-3 новомет станция управления если это нужно электон 5

[chernyi-abdulla]

VSD type does not change how the downhole monitoring system (TMS) works. Power the SIU (surface interface unit, TMS) with no downhole sensor attached - the surface-to-downhole line is unloaded. Put a voltmeter on the SIU outputs: during insulation measure you get about -100 or -200 V (forget exact for Novomet). Then switch to receive from downhole - meter shows about +100 V (older Elekton TMS was higher). Modes usually have matching LEDs on the SIU.

Then connect the downhole sensor. Insulation measure negative voltage stays (if no leaks!); the positive collapses - maybe 50-80 V, and it wobbles a bit depending on the multimeter.

Original reply

тип СУ на принцип работы тмс не влияет. Берете наземку, не подцепляя погружного подаете питание. В этом случае линия связи наземник-погружной ненагружена. Вешаете на выводы наземки вольтметр, когда блок измеряет изоляцию, показания вольтметра будут минус 100 или 200В, не помню точно, сколько у новомета. Потом переключение на прием с погружнины - соответственно вольтметр покажет +100В (на старых тмс электон было больше). На блоке режимы обычно обозначаются соответствующими светодиодами.
Далее цепляете погружной. При измерении изоляции значение минусового напряжения не изменится (если конечно пациенты без утечек!), а вот плюсовое свалится. Точно сказать не могу, но скорее всего 50-80В, причем, в зависимости от модели мультиметра будет немного болтаться.

[chernyi-abdulla]

If you are troubleshooting downhole monitoring system (TMS) at the well, STOP the ESP before measuring! At the SUT neutral where the SIU (surface interface unit, TMS) lands, you can see anything up to ESP motor supply - worst case one phase to earth. If grounded, surface voltage also sags. Watch insulation reading - if insulation is low, voltage numbers mean little. SIU (surface interface unit, TMS) may be dead: disconnect from SUT neutral and check with a simulator (that is what it is for) while a handy partner megger-checks the downhole side. Then even a village healer can call the diagnosis.

Original reply

Если разбираетесь с работой тмс непосредственно на скважине в поле, то прежде чем что-то измерять, ОСТАНОВИТЕ ЭЦН! В нулевой точке ТМПН, куда собственно подключена наземка, может быть что угодно вплоть до напряжения питания ПЭД - крайний случай, одна из фаз на земле. Если зануление имеет место быть, то напряжение с наземки тоже просаживается. Т.е. обратите внимание на показания по изоляции, если изоляция низкая, то смысла ориентироваться на напряжения нет.
Возможен вариант, что зачахла наземка, тогда отцепляете её от нуля тмпн и проверяете имитатором (вот тут он и нужен), а рукастый напарник в это время мегером проверяет погружнину. Далее диагноз поставит и сельский знахарь.

[Thehelge]

Dear colleagues, First, thanks to everyone who shares, supports, and helps grow professionally. Special thanks to the site creator and maintainers - you feel you are not alone. As Pink Floyd sings - "Together we stand, divided we fall" (and the opposite strong-world line "divide and rule" comes to mind). Second, thanks for the Transfer protocol file. One question (do not laugh - I still do not get how it works): 1) If the downhole sensor (TMS) needs 100 V to power, how can logic-1 be 8 V or logic-0 be 40 V by default at the same time? And when insulation is measured at -80 to -210 V, how is the downhole sensor (TMS) still powered? 2) Am I right that each time the SIU (surface interface unit, TMS) changes its DC on the neutral, the "zero" of the ESP motor supply sine voltage/current shifts?

Original reply

Уважаемые коллеги,

Во-первых спасибо всем за то что делитесь друг с другом, поддерживаете и помогаете расти в профессиональном плане.
Особое спасибо создателю сайта и всем кто его поддерживает. Сразу чувствуется что ты не один... Как поется в песне одной из моих любимых групп Пинк Флойд - "Вместе мы выстоим, порознь падем" (сразу приходит на ум противоположное высказывание "сильных" мира сего - "разделяй и властвуй"

Во-вторых спасибо за файл по протоколу "Transfer". У меня только возник вопрос (не смейтесь только, ну не понимаю как это работает), подскажите, пожалуйста, кто знает:
1) Если для питания погружного блока ТМСП требуется 100 В, то как одновременно может быть уровень логической единицы 8 В или нуля 40 В по уолчанию?
А когда производится измерение сопротивление изоляции с уровнем напряжения от минус 80 до минус 210 то как происходит питание ТМСП?

2) Я правильно понимаю, при подаче постоянной составляющей с ТМСН на нулевой провод, каждый раз при изменении выходного постоянного напряжения, происходит изменение "нуля" рабочей синусоиды напяжения и тока питания ПЭД?

[TMSnick70]

1) 100 V is the SIU (surface interface unit, TMS) output open-circuit (no downhole sensor (TMS)). With downhole connected it sags to 40-80 V (SIU (surface interface unit, TMS) internal resistance). Treat those 40-80 V as zero and logic-1 is 8-30 V above that. During insulation measure, downhole sensor (TMS) runs on residual charge of the internal electrolytic capacitor.

2) Polarity is set by the SIU (surface interface unit, TMS). At the neutral point you get the sum of imbalance voltage and SIU (surface interface unit, TMS) voltage.

Original reply

1) 100 вольт - это напряжение на выходе ТМСН без нагрузки (без погружного блока). Когда подключается погружной блок напряжение проседает до 40-80В (за счёт внутреннего сопротивления ТМСН). Если принять эти 40-80В за ноль, то уровень единицы будет на 8-30В больше. Когда производится измерение изоляции питание ТМСП производится остаточным зарядом с внутреннего электролитического конденсатора.
2) Полярность меняется от ТМСН. На нулевой точке будет суммарное напряжение дисбаланса и напряжения ТМСН.

[Thehelge]

Ildar, thanks a lot. Clear and to the point.

Original reply

Ильдар, Спасибо большое. Все доступно и четко объяснили.

[sniper86]

Much appreciated!

Original reply

От души!