適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置製造方法
2023-06-25 05:30:11
適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置製造方法
【專利摘要】一種適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，包括第一ZigBee數據傳輸模塊、對應不同位置的井控防噴器開關閥從機和與所述井控防噴器開關閥從機相連接的第二ZigBee數據傳輸模塊，所述井控防噴器開關閥從機包括主控制器、電磁閥模塊和開關閥狀態檢測模塊。無需藉助外力，根據開關閥手柄行程位置，穩定的控制氣源，切換入氣孔和出氣孔控制器的通斷，有效可靠地保證了井控防噴器開關閥到達既定位置，並且，人性化的設計使得開關閥門的狀態信息可實時發送到司鑽操作控制臺的電腦顯示界面，實現井控防噴器開關閥的精確遙控，結構簡單，更加智能化。
【專利說明】適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及鑽井閥門控制【技術領域】，尤其涉及可無線傳輸信號的適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置。
【背景技術】
[0002]井噴由於噴發時產生的巨大壓力和衝擊波會對相關的人員造成傷亡和財產損失，所以井噴事故是一種十分有害的鑽井事故，一旦出現往往產生嚴重後果，必須採取嚴密的預防措施。出現井湧時，一定要迅速準確地關總井，控制井口，防止井噴事故發生，目前，當鑽井井場發生井噴事故時，只能單純依靠現場技術人員打手勢傳遞各種關井信息。當周圍環境影響視線時，容易造成執行人員看不清手勢及燈光，導致誤判，影響關井動作的正確執行。並且，不同的油田，手勢代表的意思不一樣，給動作的統一執行帶來很大不便，從而導致關井不徹底，致使關井滯後、遲緩，甚至失敗的後果。目前，國內外尚無自動控制裝置對井控防噴器開關閥進行無線遙控。
【發明內容】
[0003]有鑑於此，本發明的目的是提出一種適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，以解決發生井噴事故時，只能單純依靠現場技術人員打手勢傳遞各種關井信息，並且當周圍環境影響視線時，造成執行人員誤判導致關井不徹底，關井滯後、遲緩，甚至失敗的問題。
[0004]為了對披露的實施例的一些方面有一個基本的理解，下面給出了簡單的概括。該概括部分不是泛泛評述，也不是要確定關鍵/重要組成元素或描繪這些實施例的保護範圍。其唯一目的是用簡單的形式呈現一些概念，以此作為後面的詳細說明的序言。
[0005]技術方案為，一種適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，包括與司鑽臺監控中心主機相連接的第一 ZigBee數據傳輸模塊、對應不同位置的井控防噴器開關閥從機、與所述井控防噴器開關閥從機相連接的第二 ZigBee數據傳輸模塊；所述第一 ZigBee數據傳輸模塊包括第一數據發送模塊和第一數據接收模塊，所述第一數據發送模塊用於根據所述司鑽臺監控中心主機的按鈕動作發送相應的控制信號，所述第一數據接收模塊用於接收由所述第二 ZigBee數據傳輸模塊發送的閥門開關信號；所述井控防噴器開關閥從機包括主控制器、電磁閥模塊和開關閥狀態檢測模塊；所述主控制器用於在工作狀態時啟動所述電磁閥模塊，並處理所述開關閥狀態檢測模塊檢測到的所述閥門開關信號，所述電磁閥模塊用於根據所述控制信號執行相應的動作，所述開關閥狀態檢測模塊用於監測閥門開關信號；所述第二 ZigBee數據傳輸模塊包括第二數據發送模塊和第二數據接收模塊，所述第二數據接收模塊用於接收所述第一數據發送模塊發送的控制信號，並通知所述主控制器，所述第二數據發送模塊用於發送由所述主控制器處理後的所述閥門開關信號。
[0006]其中，電磁閥模塊包括繼電器控制電路和雙電控二位五通電磁閥，所述繼電器控制電路用於根據所述控制信號，控制所述雙電控二位五通電磁閥的帶電情況。[0007]進一步的，所述開關閥狀態檢測模塊與所述雙電控二位五通電磁閥的閥門手柄軸位於同一平面，與所述閥門手柄軸平行一側安裝有同軸運動鐵片，並貼有磁性物質。
[0008]再進一步的，所述開關閥狀態檢測模塊包括霍爾式接近開關和單片機IO接口電路，所述霍爾式接近開關用於採集所述磁性物質在同軸運動鐵片的信息，發出開關量信號，所述所述單片機IO接口電路用於接收所述開關量信號，並將其讀入所述主控制器。
[0009]在一些可選的實施例中，所述電磁閥模塊根據所述控制信號執行相應的動作包括閥門的開啟、關閉和停止。
[0010]在一些可選的實施例中，所述開關閥遙控裝置還包括為所述井控防噴器開關閥從機伴熱的溫度調控模塊。
[0011]其中，所述溫度調控模塊包括溫度傳感器、溫度採集電路、電加熱板和溫控電路；所述溫度傳感器用於採集外部溫度信息，所述溫度採集電路用於將所述溫度信息讀入所述主控制器；所述電加熱板用於為電路板周圍環境提供所需熱量，所述溫控電路用於控制所述電加熱板的接通和斷開。
[0012]在一些可選的實施例中，所述開關閥遙控裝置還包括整個系統提供電力供應的電源模塊，所述電源模塊將220V的交流電壓轉換成24V和5V的直流電兩路輸出，分別為傳感器和主控制器供電。
[0013]其中，所述電源模塊還包括後備電池子模塊，用於斷電時為整個系統提供電力，所述後備電池模塊為鋰電池。
[0014]本發明所帶來的有益效果:無需藉助外力，根據開關閥手柄行程位置，穩定的控制氣源，切換入氣孔和出氣孔控制器的通斷，有效可靠地保證了井控防噴器開關閥到到既定位置，並且，人性化的設計使得開關閥門的狀態信息可實時發送到司鑽操作控制臺的電腦顯示界面，實現井控防噴器開關閥的精確遙控，結構簡單，更加智能化。
[0015]為了上述以及相關的目的，一個或多個實施例包括後面將詳細說明並在權利要求中特別指出的特徵。下面的說明以及附圖詳細說明某些示例性方面，並且其指示的僅僅是各個實施例的原則可以利用的各種方式中的一些方式。其它的益處和新穎性特徵將隨著下面的詳細說明結合附圖考慮而變得明顯，所公開的實施例是要包括所有這些方面以及它們的等同。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖對【具體實施方式】做出進一步的詳細說明。
[0017]圖1是適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置的示意圖；
圖2是電磁閥模塊不意圖；
圖3是開關閥狀態檢測模塊示意圖；
圖4是溫度調控模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0019]本文使用的術語「ZigBee」是基於IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議，根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。
[0020]本文使用的術語「I/O」是input/output的縮寫，即輸入輸出埠，I/O接口的功能是負責實現中央處理器(CPU,Central Processing Unit)通過系統總線把I/O電路和外
圍設備聯繫在一起。
[0021]如圖1所示，一種適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，包括與司鑽臺監控中心主機101相連接的第一 ZigBee數據傳輸模塊102、對應不同位置的井控防噴器開關閥從機103、與所述井控防噴器開關閥從機相連接的第二 ZigBee數據傳輸模塊104。
[0022]其中，所述第一 ZigBee數據傳輸模塊102包括第一數據發送模塊1021和第一數據接收模塊1022。突發井噴狀況時，通過所述司鑽臺監控中心主機101相應位置的按鈕動作，關閉對應的防噴器，此時所述第一 ZigBee數據傳輸模塊102根據所述司鑽臺監控中心主機101的按鈕動作發送相應的控制信號。以關井信號為例，所述第一數據發送模塊1021將關井信號向遠端發送出去，途中可經過多級路由中轉，最終將指令傳送至指定地址的從機，即根據一幀數據的起始兩位字節地址搜索指定的井控防噴器開關閥從機103，通過「握手」機制，所述井控防噴器開關閥從機103由待命狀態進入工作狀態，同時工作指示燈由熄滅變為常亮。
[0023]所述井控防噴器開關閥從機103包括主控制器105、電磁閥模塊106和開關閥狀態檢測模塊107，所述第二 ZigBee數據傳輸模塊104包括第二數據發送模塊1041和第二數據接收模塊1042。
[0024]所述主控制器105可選用STC系列單片機，平時處於待命狀態，等待司鑽臺監控中心主機101發出命令，當所述第二數據接收模塊1042接收到由所述第一數據發送模塊1021發送的控制信號，如關井信號，並通知所述主控制器105，使得所述主控制器105進入工作狀態。此時，所述主控制器105根據關閉的防噴器類型，相應IO引腳發出低電平信號，啟動所述電磁閥模塊106，所述電磁閥模塊106根據所述控制信號執行相應的動作，例如，為關井信號，即進行關井動作。同時，所述開關閥狀態檢測模塊107開始實時採集防噴器開關閥門的狀態信息，即閥門開關信號，並將所述閥門開關信號發送至所述主控制器105。所述主控制器105將獲取的數據流，即閥門開關信號，經判斷、重組和類型轉換，以字符數組的形式，經由TTL電平轉RS232電路，通過所述第二數據發送模塊1041向遠端發送出去。途中可經過多級路由中轉，所述第一數據接收模塊1022接收信號後，將數據傳送至司鑽監控中心的伺服器上位機界面，直觀地顯示出防噴器開關閥門的狀態，通過組態軟體，形象直觀地觀測閥門的關閉過程。
[0025]所述司鑽臺監控中心主機101 —旦接收到可靠關井信息，發出工作停止的控制信號，再次通過「握手」機制，使該從機由工作狀態返回待命狀態，工作指示燈熄滅，等待下一次命令到來。井噴狀況被控制後，開井過程與關井過程相反，開井完畢後，繼續鑽井的正常工作。組態軟體能夠對所有的監測信息進行完整的記錄、保存以及歷史數據回放。
[0026]如圖1至2所示，所述電磁閥模塊106包括繼電器控制電路201和雙電控二位五通電磁閥202。所述主控制器105根據關閉的防噴器類型，相應IO引腳發出低電平信號，開啟所述繼電器控制電路201，驅動相應的所述雙電控二位五通電磁閥202工作，此時A端帶電，B端失電，敞開入氣孔，關閉出氣孔，此時，壓縮空氣通過入氣孔帶動閥門動作，閥門關閉。開井時，配套的IO引腳發出低電平信號，使得所述雙電控二位五通電磁202閥A端失電，B端帶電，敞開出氣孔，關閉入氣孔，閥門開啟。所述電磁閥模塊106根據所述控制信號執行相應的動作包括閥門的開啟、關閉和停止，對應關井、開井和停止相應動作。
[0027]如圖1至3所示，所述電磁閥模塊106的閥門手柄軸所在平面安裝有所述開關閥狀態檢測模塊107，所述開關閥狀態檢測模塊107包括霍爾式接近開關301和單片機IO接口電路302。與所述閥門手柄軸的平行一側安裝同軸運動鐵片，並貼有磁性物質，鐵片後方安裝三隻霍爾式接近開關301，分別對應閥門的「關井、開井、停止」三個位置。當進入工作狀態後，所述霍爾式接近開關301開始採集所述磁性物質在同軸運動鐵片的信息，發出開關量信號，由所述單片機IO接口電路302實時獲取，所述IO接口電路302採用120K電阻拉至高電平，以匹配傳感器內阻。當入氣孔內壓縮氣體驅動閥門至「關井」位置時，同軸運動鐵片後方的霍爾式接近開關301尾部指示燈常亮，並置所述單片機IO接口電路302相應IO引腳為高電平，即所述單片機IO接口電路接收到開關量信號，並將採集到的開關量信號讀入所述主控制器105。所述主控制器105經由串口發出相應信息，指出閥門關閉，可靠關井。相應的，開井時，出氣孔內壓縮氣體驅動閥門至「開井」位置，確定開井完畢，繼續鑽井的正常工作。
[0028]在一些可選的實施例中，如圖1和4所示，所述開關閥遙控裝置還包括溫度調控模塊108。冬季，為保證從機設備正常運行，配有為所述井控防噴器開關閥從機103伴熱的裝置，當溫度低於設定下限值，可啟動伴熱裝置。
[0029]其中，所述溫度調控模塊108包括溫度傳感器401、溫度採集電路402、電加熱板403和溫控電路404。所述溫度傳感器401可選用DS18B20溫度傳感器晶片實時採集溫度信息，所述溫度採集電路402通過4.7K上拉電阻，按時序將單總線數據讀入所述主控制器105。經數據解析處理，判斷溫度值是否低於設定值下限，一旦低於該數值，所述主控制器105相應的IO 口發出低電平，開啟固態繼電器，啟動所述溫控電路404。此時，所述電加熱板403接入220V交流電迴路，為電路板周圍環境提供所需熱量，確保數據採集正常。當溫度採集數值高於設定值上限時，關閉所述溫控電路404，所述電加熱板403與220V交流電斷開連接，由此保證電路板周圍環境溫度可調可控。
[0030]在一些可選的實施例中，如圖1所示，還包括用於電力供應的電源模塊109，所述電源模塊109將220V的交流電壓轉換成24V和5V的直流電兩路輸出，分別為傳感器和主控制器供電。同時，所述電源模塊109內部有380V交流電過壓保護和短路保護電路。
[0031]在一些可選的實施例中，如圖1所示，所述電源模塊包括後備電池子模塊110，用於斷電時為整個系統提供電力，所述後備電池子模塊110為鋰電池，220V交流電正常接入時，可以為後備鋰電池充電，一旦220V交流電斷開，O秒內切換至後備電池供電。根據電池的容量估算，該系統完全採用低功耗器件設計，可運行一周左右的時間，待接通電源後，可以繼續為鋰電池充電。
[0032]本發明能夠安裝在原有的手動應急處理系統之上，而且可以並存，互不幹涉。安裝後，原有的手動應急處理系統和本系統可以同時發揮作用，保證絕對的安全性。
[0033]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發明的精神實質與原理下所做的改變，修飾，替代，組合，簡化，均應為等效的置換方式，都應包含在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特徵在於，包括與司鑽臺監控中心主機相連接的第一 ZigBee數據傳輸模塊、對應不同位置的井控防噴器開關閥從機、與所述井控防噴器開關閥從機相連接的第二 ZigBee數據傳輸模塊； 所述第一 ZigBee數據傳輸模塊包括第一數據發送模塊和第一數據接收模塊，所述第一數據發送模塊用於根據所述司鑽臺監控中心主機的按鈕動作發送相應的控制信號，所述第一數據接收模塊用於接收由所述第二 ZigBee數據傳輸模塊發送的閥門開關信號； 所述井控防噴器開關閥從機包括主控制器、電磁閥模塊和開關閥狀態檢測模塊； 所述主控制器用於在工作狀態時啟動所述電磁閥模塊，並處理所述開關閥狀態檢測模塊檢測到的所述閥門開關信號，所述電磁閥模塊用於根據所述控制信號執行相應的動作，所述開關閥狀態檢測模塊用於監測閥門開關信號； 所述第二 ZigBee數據傳輸模塊包括第二數據發送模塊和第二數據接收模塊，所述第二數據接收模塊用於接收所述第一數據發送模塊發送的控制信號，並通知所述主控制器，所述第二數據發送模塊用於發送由所述主控制器處理後的所述閥門開關信號。
2.根據權利要求1所述的適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特徵在於，所述電磁閥模塊包括繼電器控制電路和雙電控二位五通電磁閥，所述繼電器控制電路用於根據所述控制信號，控制所述雙電控二位五通電磁閥的帶電情況。
3.根據權利要求2所述的適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特徵在於，所述開關閥狀態檢測模塊與所述雙電控二位五通電磁閥的閥門手柄軸位於同一平面，與所述閥門手柄軸平行一側安裝有同軸運動鐵片，並貼有磁性物質。
4.根據權利要求3所述的適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特徵在於，所述開關閥狀態檢測模塊包括霍爾式接近開關和單片機IO接口電路，所述霍爾式接近開關用於採集所述磁性物質在同軸運動鐵片的信息，發出開關量信號，所述單片機IO接口電路用於接收所述開關量信號，並將其讀入所述主控制器。
5.根據權利要求1至4任一項所述的適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特徵在於，所述電磁閥模塊根據所述控制信號執行相應的動作包括閥門的開啟、關閉和停止。
6.根據權利要求1所述的適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特徵在於，還包括為所述井控防噴器開關閥從機伴熱的溫度調控模塊。
7.根據權利要求6所述的適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特徵在於，所述溫度調控模塊包括溫度傳感器、溫度採集電路、電加熱板和溫控電路；所述溫度傳感器用於採集外部溫度信息，所述溫度採集電路用於將所述溫度信息讀入所述主控制器；所述電加熱板用於為電路板周圍環境提供所需熱量，所述溫控電路用於控制所述電加熱板的接通和斷開。
8.根據權利要求1所述的適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特徵在於，還包括整個系統提供電力供應的電源模塊，所述電源模塊將220V的交流電壓轉換成24V和5V的直流電兩路輸出，分別為傳感器和主控制器供電。
9.根據權利要求8所述的適用於鑽井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特徵在於，所述電源模塊還包括後備電池子模塊，用於斷電時為整個系統提供電力，所述後備電池模塊為鋰電池。
【文檔編號】G05B19/418GK103939048SQ201410185592
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月5日 優先權日:2014年5月5日
【發明者】關學忠, 唐磊, 於鏑, 胡志維, 楊莉, 白麗麗 申請人:東北石油大學