一種節流管匯的自動控制設備的製作方法

2023-05-22 08:12:11 1

一種節流管匯的自動控制設備的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種節流管匯的自動控制設備，該控制設備包括傳感器組件、顯示控制組件和執行組件，執行組件包括比例節流閥、電磁換向閥、電機、液壓泵、組合閥塊和蓄能器，顯示控制組件的輸入端與傳感器組件連接，輸出端分別與比例節流閥、電磁換向閥和電機連接，電機通過液壓泵與組合閥塊連接，組合閥塊與蓄能器連接，蓄能器依次通過比例節流閥和電磁換向閥與節流管匯連接。與現有技術相比，本實用新型具有自動控制、控制效果穩定等優點。
【專利說明】一種節流管匯的自動控制設備

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種石油鑽井設備，尤其是涉及一種節流管匯的自動控制設備。

【背景技術】
[0002]節流管匯控制箱是壓井節流管匯的配套產品，用於石油鑽井行業。在鑽井過程中，根據壓井控制臺壓力數據，通過手動操作來改變節流管匯上的節流閥的開度大小，使壓井液從井口地面過程中，保持地層壓力不變，從而達到科學安全壓井的目的。
[0003]目前的節流管匯控制箱是操作人員通過看控制面板顯示的套管壓和立管壓的變化，對節流閥的開度進行調節，這種調節也將通過控制面板顯示出當前節流閥的開度為多少，如3/4或者1/2。如在調節過程中發現套管壓增大，則操作人員將節流閥開大，如在調節過程中發現套管壓減小，則操作人員將節流閥開小。
[0004]現有技術的缺陷:目前操作控制，完全是根據操作人員的實際經驗來手工實現節流閥開度調節，很難保證整個操作過程都是平穩過渡的。節流閥操作的不平穩，將導致井底壓力波動大，一方面有可能導致壓井失敗，再次產生井噴或井漏，造成大量經濟損失和人員財產安全問題；另一方面有可能加大壓井困難，增加壓井控制時間，造成較大經濟損失。特別是傳統節流管匯控制臺顯示的只是套管和立管當前壓力的變化，操作人員對於整個套管壓力和立管壓力的持續性變化無從得知，也不清楚壓井液現在處於井底何種位置，對於液壓泵次也無直觀得知，很難從宏觀上把握整個壓井控制工作，無法實現高效快速的壓井控制。
[0005]另外，傳統的壓井控制臺只是顯示實時套管壓和立管壓的數值，沒有存儲記錄功能，操作人員必須通過紙筆記錄數值變化，這種模式一方面導致操作人員工作效率低下，難以實時監視套管壓和立管壓的變化，另一方面有可能因為操作人員的疏忽，記錯數值，影響其後續判斷，對壓井工作產生不利影響，此外，這種模式也不利於操作人員和管理人員進行客觀檔案的調取、分析和總結。


【發明內容】

[0006]本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可切換手動控制與自動控制的節流管匯的自動控制設備。
[0007]本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0008]一種節流管匯的自動控制設備，該控制設備包括傳感器組件、顯示控制組件和執行組件，所述執行組件包括比例節流閥、電磁換向閥、電機、液壓泵、組合閥塊和蓄能器，所述顯示控制組件的輸入端與傳感器組件連接，輸出端分別與比例節流閥、電磁換向閥和電機連接，所述電機通過液壓泵與組合閥塊連接，所述組合閥塊與蓄能器連接，蓄能器依次通過比例節流閥和電磁換向閥與節流管匯連接。
[0009]所述傳感器組件包括立管壓力傳感器、套管壓力傳感器、泵衝程傳感器、液壓油壓力傳感器和閥位傳感器，所述立管壓力傳感器、套管壓力傳感器、泵衝程傳感器、液壓油壓力傳感器和閥位傳感器的輸出端均與顯示控制組件連接。
[0010]所述顯示控制組件包括控制器以及分別與控制器連接的顯示器和無線通訊單元，所述無線通訊單元通過無線網絡與無線智能終端連接，所述控制器還分別與傳感器組件和執行組件連接。
[0011]所述控制器內設有存儲器。
[0012]所述組合閥塊包括截止閥和溢流閥。
[0013]所述執行組件還包括手動泵、手動換向閥和手調節流閥，手動泵通過蓄能器與手調節流閥連接，所述手調節流閥與節流管匯連接。
[0014]與現有技術相比，本實用新型具有以下優點:
[0015]I)通過傳感器組件和顯示控制組件可以實現對節流管匯液控節流閥的自動控制。
[0016]2)立管壓力傳感器、套管壓力傳感器、泵衝程傳感器、液壓油壓力傳感器和閥位傳感器採集數據，可以增加控制的準確度。
[0017]3)顯示器可以顯示傳感器採集到的數據，無線通訊單元可以實現技術人員遠程操作。
[0018]4)存儲器可以存儲傳感器組件採集到的歷史數據，可以讓系統了解到各項數據的變化情況，也可以通過顯示器可以讓操作者直觀地了解到各項數據的變化情況，不容易發生錯誤。
[0019]5)截止閥和溢流閥可以較好地調節系統壓力和控制油路通斷。
[0020]6)蓄能器在適當的時機將系統中的能量轉變為壓縮能或位能儲存起來，當系統需要時，又將壓縮能或位能轉變為液壓或氣壓等能而釋放出來，重新補供給系統。當系統瞬間壓力增大時，它可以吸收這部分的能量，以保證整個系統壓力正常。正常壓力下通過蓄能器維持系統壓力，當蓄能器壓力低於設定的壓力下限時，控制器啟動電機帶動液壓泵向蓄能器充壓，當蓄能器壓力到達設定的壓力上限時，控制器停止電機工作，可以有效節能。
[0021]7)因為配備了手動控制設備，因此操作者也可以在不滿意自動控制結果的情況下選擇手動控制，時候可以對自動控制設備中的各項參數進行重新設定，以便提高自動控制的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0023]圖2為實施例控制箱結構示意圖；
[0024]其中:1、傳感器組件，2、顯示控制組件，3、執行組件，4、節流管匯，5、蓄能器，6、防爆櫃，7、急停開關，8、模式切換開關，11、立管壓力傳感器，12、套管壓力傳感器，13、泵衝程傳感器，14、液壓油壓力傳感器，15、閥位傳感器，21、控制器，22、顯示器，23、無線通訊單元，31、比例節流閥，32、電磁換向閥，33、電機，34、液壓泵，35、手調節流閥，36、手動泵，37、手動換向閥，38、組合閥塊，71、傳感器線束接頭。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護範圍不限於下述的實施例。
[0026]一種節流管匯的自動控制設備，如圖1所示，該控制設備包括傳感器組件1、顯示控制組件2和執行組件3，執行組件3包括比例節流閥31、電磁換向閥32、電機33、液壓泵34和組合閥塊38，顯示控制組件2的輸入端與傳感器組件I連接，輸出端分別與比例節流閥31、電磁換向閥32和電機33連接，電機33通過液壓泵34與組合閥塊38連接，組合閥塊38依次通過電磁換向閥32和比例節流閥31與節流管匯4連接；
[0027]顯示控制組件2根據傳感器組件I採集到的數據控制電磁換向閥32、比例節流閥31和電機33動作，進而實現對節流管匯4的控制。
[0028]傳感器組件I包括立管壓力傳感器11、套管壓力傳感器12、泵衝程傳感器13、液壓油壓力傳感器14和閥位傳感器15，立管壓力傳感器11、套管壓力傳感器12、泵衝程傳感器13、液壓油壓力傳感器14和閥位傳感器15的輸出端均與顯示控制組件2連接。
[0029]顯示控制組件2包括控制器21以及分別與控制器21連接的顯示器22和無線通訊單元23，無線通訊單元23通過無線網絡與無線智能終端連接，控制器21還分別與傳感器組件I和執行組件3連接。
[0030]控制器21內設有存儲器211。
[0031 ] 組合閥塊38包括截止閥和溢流閥。
[0032]組合閥塊38和電磁換向閥32之間設有蓄能器5。
[0033]執行組件3還包括手動泵36、手動換向閥37和手調節流閥35，手動泵36通過蓄能器5與手動換向閥37連接，手動換向閥37通過手調節流閥35與節流管匯4連接。
[0034]如圖2所示，對該設備進行集中化設計後得到集中控制箱，各傳感器組件I的各傳感器安裝在節流管匯4上的各檢測口，其餘部件集成在控制箱內，控制器21放置在防爆櫃6內，通過傳感器線束接頭71與傳感器組件I連接。
[0035]控制箱的檯面上安裝有手動換向閥37、手調節流閥35、顯示器22、急停開關7和模式切換開關8，其中模式切換開關8用於切換手動/自動模式，急停開關7用於在緊急情況下關閉系統。
[0036]液壓泵34、電機33、蓄能器5、組合閥塊38、電磁換向閥32和比例節流閥31安裝在控制箱內。
[0037]控制器21為自主研發的高性能、抗衝擊控制模塊，相對於傳統PLC結構緊湊，整體尺寸為147 X 63 X 35mm。模塊本身具有足夠的開關量輸入/輸出和模擬量輸入/輸出埠。模塊可以被用做基於CAN總線的控制系統的多功能控制器，能夠控制不同的傳感器和執行機構，比如比例閥，伺服電機和電液系統。擁有開關量和模擬量I/O 口輸入輸出能力的模塊是一個基於PLCopen可編程(使用Codesys工具)的獨立控制器。
[0038]控制器21由防爆櫃內的24V直流電源進行供電，具有過壓保護、高溫保護、輸出短路保護等功能。控制器的具有兩個高速CAN總線通訊口和一路RS232通訊埠，與顯示器22通過CANBUS總線通訊，與遠程控制模塊23通過RS232埠 MODBUS協議通訊。防護等級為IP67，防水防塵、抗衝擊、抗振動。程序循環周期默認1ms (可設置調整)，自帶有248個可掉電保存的16位參數區，用來存儲壓井過程的參數。控制器21的1埠包括:4個開關量輸入埠，用於連接模式切換開關等DI信號；4個開關量輸出埠，用來控制電磁換向閥、電機等執行機構的開啟和關閉；4路PWM輸出口，用於控制比例節流閥的電流大小；4路頻率輸入埠，用於連接泥漿泵泵衝程傳感器；4路模擬量輸入埠，用於連接立管壓力傳感器、套管壓力傳感器、閥位傳感器的模擬量信號。以上埠能完全滿足實際工作的埠配置要求。
[0039]顯示器22為本安防爆觸控螢幕顯示器，通過CAN總線接收控制器發送的各傳感器數據並直觀的顯示在當前頁面中。用戶可以通過顯示器內置的觸摸鍵盤對節流管匯控制參數進行輸入和修改，並發送給控制器21進行參數保存。對節流管匯進行控制時，控制器將採集的傳感器信號與用戶設置的參數進行比較，通過優化後的算法控制電磁換向閥開關，從而對節流管匯液控節流閥的開度大小進行控制；控制器通過控制比例節流閥的電流大小可以實現對液控節流閥開關過程中速度控制，完全可以避免操作人員手動調節過程中產生的各種不穩定現象，實現節流閥的精準控制，壓井控制效率高，也更易成功。
[0040]無線通訊模塊23為自主研發的基於ZIGBEE的遠程控制模塊，該模塊成對使用，一個放置在防爆櫃內與控制器21通過RS232總線連接，用來實時發送節流管匯控制過程的各項數據以及接收監控室發送的遠程命令，另一個放置在監控室與PC機通過COM 口或USB連接，用於發送遠程命令以及接收節流管匯控制箱發送實時數據。
[0041]各壓力數據可在顯示器22上曲線顯示，可以直觀的回溯整個鑽井、壓井過程中的壓力變化，並能實現關鍵數據的掉電保存。通過無線通訊模塊23將壓井數據實時傳輸到監控室，用戶可以通過計算機終端查詢鑽井狀態，並能實時生成報表。一旦壓井過程中出現報警，可遠程提示用戶出現報警狀態，用戶可遠程關閉或遠程操作節流管匯控制箱。
【權利要求】
1.一種節流管匯的自動控制設備，其特徵在於，該控制設備包括傳感器組件、顯示控制組件和執行組件，所述執行組件包括比例節流閥、電磁換向閥、電機、液壓泵、組合閥塊和蓄能器，所述顯示控制組件的輸入端與傳感器組件連接，輸出端分別與比例節流閥、電磁換向閥和電機連接，所述電機通過液壓泵與組合閥塊連接，所述組合閥塊與蓄能器連接，蓄能器依次通過比例節流閥和電磁換向閥與節流管匯連接。
2.根據權利要求1所述的一種節流管匯的自動控制設備，其特徵在於，所述傳感器組件包括立管壓力傳感器、套管壓力傳感器、泵衝程傳感器、液壓油壓力傳感器和閥位傳感器，所述立管壓力傳感器、套管壓力傳感器、泵衝程傳感器、液壓油壓力傳感器和閥位傳感器的輸出端均與顯示控制組件連接。
3.根據權利要求1所述的一種節流管匯的自動控制設備，其特徵在於，所述顯示控制組件包括控制器以及分別與控制器連接的顯示器和無線通訊單元，所述無線通訊單元通過無線網絡與無線智能終端連接，所述控制器還分別與傳感器組件和執行組件連接。
4.根據權利要求3所述的一種節流管匯的自動控制設備，其特徵在於，所述控制器內設有存儲器。
5.根據權利要求1所述的一種節流管匯的自動控制設備，其特徵在於，所述組合閥塊包括截止閥和溢流閥。
6.根據權利要求1所述的一種節流管匯的自動控制設備，其特徵在於，所述執行組件還包括手動泵、手動換向閥和手調節流閥，手動泵通過蓄能器與手調節流閥連接，所述手調節流閥與節流管匯連接。
【文檔編號】E21B21/08GK204238889SQ201420584245
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】王承震, 佘益輝, 錢博, 宓欣 申請人:上海勵諳電子技術有限公司