一種油氣鑽井節流壓力自動監控系統的製作方法
2023-11-10 10:27:22 1
專利名稱：一種油氣鑽井節流壓力自動監控系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種油氣鑽井節流壓力自動監控系統。
背景技術：
隨著國家對油氣資源需求的增加，油氣鑽井行業的工作領域不斷擴大，海洋油氣 藏、深水油氣藏、高溫高壓油氣藏、特殊油氣藏、複雜油氣藏，已經成為了目前勘探開發的主 要或重點領域；隨著鑽井施工對新技術需求的提高，油氣鑽井井筒壓力控制技術也不斷發 展，欠平衡鑽井技術、氣體鑽井技術、控制壓力鑽井技術不斷出現並被廣泛採用。如何保證 鑽井作業中的井控安全，如何提高一次井控、二次井控的可靠性，減小井控作業對地層、井 眼、裝備、人員帶來的風險，提高井筒壓力控制的有效性，特別是井筒壓力系統複雜、壓力窗 口較窄時，如何精確控制井筒壓力，是目前鑽井安全施工的難題。目前，在實施欠平衡、控制壓力鑽井施工時，主要採用手動控制節流閥開度實現節 流壓力控制的方法。一般做法是，通過改變節流壓力的大小改變套管壓力和立管壓力，以保 持井眼壓力系統的平衡。但依靠手動改變節流壓力控制套管壓力和立管壓力存在以下弱佔.^ \\\ ·(1)信號來源採用氣體壓力變送，顯示模擬信號，精度較低，讀數人為誤差較大；(2)常用的節控箱一般只顯示立壓、套壓、開度、油壓四路信號，信息量較少，難以 滿足欠平衡鑽井及控壓鑽井對信息的需要；(3)現用節控箱控制方式均採用人工值守的辦法。由人觀察壓力表，手動調節液動 節流閥的開度，改變立壓及套壓的大小，這種控制方式精度低，操作不便，反應遲鈍，受控制 者的經驗影響大，不適於對井底壓力的連續、準確控制；(4)無法記錄壓力變化過程及控制過程，不利於後續分析；(5)由於監控方法及控制手段的落後，無法實現對重要井控參數的實時監測，也就 無法準確掌握施工過程的參數變化，使施工措施的實施帶有盲目性，風險大。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種實時在線自動控制，且控制精度高，並 可提供數據分析的油氣鑽井節流壓力自動監控系統。為了解決上述問題，本實用新型提供了一種油氣鑽井節流壓力自動監控系統，包 括輸入模塊，所述輸入模塊中輸入控制參數，並將該控制參數發送到控制模塊；控制模塊，所述控制模塊分別連接所述輸入模塊、顯示模塊、反饋模塊及液壓調節 模塊，所述控制模塊接收反饋模塊發送來的鑽井循環系統運行信息，並將該信息轉換為數 字參數發送到顯示模塊，所述控制模塊根據所述輸入模塊輸入的控制參數及所述數字參數 生成控制指令，並將該控制指令發送到液壓調節模塊，控制所述液壓調節模塊動作；顯示模塊，所述顯示模塊接收到所述控制模塊發送來的數字參數，進行顯示；[0014]反饋模塊，所述反饋模塊與所述鑽井循環系統連接設置並通訊連接所述控制模 塊，所述反饋模塊監測所述鑽井循環系統運行狀態，並將所述鑽井循環系統運行信息發送 到所述控制模塊；液壓調節模塊，所述液壓調節模塊連接設置在所述鑽井循環系統中的立管及套管 節流閥上，並與所述控制模塊通訊連接，所述液壓調節模塊在所述控制模塊控制下動作，通 過調節所述立管及套管節流閥控制所述鑽井循環系統節流壓力。進一步，所述控制模塊包括PLC，所述輸入模塊、控制模塊及顯示模塊均設置在工 控機內。進一步，所述反饋模塊包括立管壓力傳感器，所述立管壓力傳感器與所述鑽井循環系統中立管連接設置並通 訊連接所述控制模塊，所述立管壓力傳感器檢測所述立管的壓力狀態，並將檢測結果發送 到所述控制模塊；套管壓力傳感器，所述套管壓力傳感器與所述鑽井循環系統中套管連接設置並通 訊連接所述控制模塊，所述套管壓力傳感器檢測所述套管的壓力狀態，並將檢測結果發送 到所述控制模塊；分離器壓力傳感器，所述分離器壓力傳感器與所述鑽井循環系統中分離器連接設 置並通訊連接所述控制模塊，所述分離器壓力傳感器檢測所述分離器的壓力狀態，並將檢 測結果發送到所述控制模塊；氣體流量傳感器，所述氣體流量傳感器連接設置在所述鑽井循環系統中氣路上並 通訊連接所述控制模塊，檢測所述鑽井循環系統中氣體的流量狀態，並將檢測結果發送到 所述控制模塊；液體流量傳感器，所述液體流量傳感器連接設置在所述鑽井循環系統中液路上並 通訊連接所述控制模塊，檢測所述鑽井循環系統中液體的流量狀態，並將檢測結果發送到 所述控制模塊；液動閥開度傳感器，所述液動閥開度傳感器設置在所述鑽井循環系統中液動閥上 並與所述控制模塊通訊連接，所述液動閥開度傳感器檢測液動閥的開度狀態，並將檢測結 果發送到所述控制模塊；泵衝傳感器，所述泵衝傳感器連接設置在所述鑽井循環系統中的泵上並通訊連接 所述控制模塊，所述泵衝傳感器檢測泵衝狀態，並將檢測結果發送到所述控制模塊。進一步，所述液壓調節模塊包括齒輪泵，所述齒輪泵連接電機並由所述電機驅動，所述齒輪泵進油口通過管路連 接油箱，出油口通過管路連接液壓缸；液壓缸，所述液壓缸數量為2個，分別連接液動節流閥；控制閥，所述控制閥設置在所述齒輪泵與液壓缸之間的管路上，在所述控制模塊 控制下調節所述液壓缸油路方向。進一步，所述液壓調節模塊還包括與所述控制閥並聯設置手動換向閥。進一步，所述控制閥包括管路連接的電磁換向閥與快速開關閥。本實用新型具有如下優點1、本實用新型採用輸入模塊、控制模塊、反饋模塊、液壓調節模塊及顯示模塊可對鑽井循環系統關鍵參數進行實時監測，並根據實時監測結果進行調控鑽井循環系統節流壓 力，從而實現高精度控制鑽井循環系統節流壓力，並節約人力，減少控制誤差，且可為後續 分析提供數據，另外使用顯示模塊便於人們觀察與分析鑽井循環系統狀態，提高人機互動 水平。2、本實用新型中液壓調節模塊結構簡單，可在控制模塊下，實現調節液動節流閥， 實現電液自動化，控制簡單可靠。3、本實用新型原理簡單、結構簡單明了，減少實際工作中人為介入引起的誤差，還 便於操作者監測鑽井循環系統運行狀態，本實用新型製作及運行成本低廉，便於推廣使用。以下結合附圖對本實用新型的實施方式作進一步說明
圖1示出了本實用新型一種油氣鑽井節流壓力自動監控系統結構示意圖；圖2示出了本實用新型一種油氣鑽井節流壓力自動監控系統中液壓調節模塊液 壓原理示意圖。
具體實施方式
如
圖1所示，本實用新型包括輸入模塊1、控制模塊2、顯示模塊3、反饋模塊4及液 壓調節模塊5。其中輸入模塊1中根據各參數之間關係，人工預設輸入控制參數。輸入模塊1通過接 口將該控制參數發送到控制模塊2。控制模塊2分別連接輸入模塊1、顯示模塊3、反饋模塊4及液壓調節模塊5。控制 模塊2接收反饋模塊4發送來的鑽井循環系統6運行信息，將該信息轉換為運算所需的數 字參數，並將需要顯示的參數發送到顯示模塊3。控制模塊2根據輸入模塊1輸入的控制參 數及將反饋模塊4發送來的信息轉換成的數字參數生成控制指令，並將該控制指令發送到 液壓調節模塊5，控制液壓調節模塊5動作。顯示模塊3接收到控制模塊2發送來的數字參數，進行顯示。反饋模塊4與鑽井循環系統6連接設置並通訊連接控制模塊2，反饋模塊4監測鑽 井循環系統6運行狀態，並將鑽井循環系統6運行信息發送到控制模塊2。液壓調節模塊5連接設置在鑽井循環系統6中的立管61及套管62節流閥上，並 與控制模塊2通訊連接，液壓調節模塊5在控制模塊2控制下動作，通過調節立管61及套 管62節流閥控制鑽井循環系統6節流壓力。本實用新型採用輸入模塊1、控制模塊2、反饋模塊4、液壓調節模塊5及顯示模塊 3可對鑽井循環系統6進行實時監測，並根據實時監測結果進行調控鑽井循環系統6節流壓 力，從而實現高精度控制鑽井循環系統6節流壓力，並節約人力，減少控制誤差，且可為後 續分析提供數據，另外使用顯示模塊3便於人們觀察與分析鑽井循環系統6狀態，提高人機 交互水平。本實用新型中，控制模塊2包括PLC，使用PLC控制簡單，可方便購買成品，減少研 發費用。另外，輸入模塊1、控制模塊2及顯示模塊3均設置在工控機7內，便於操作。本實用新型中，反饋模塊4包括立管壓力傳感器41、套管壓力傳感器42、分離器壓力傳感器43、氣體流量傳感器44、液體流量傳感器45、液動閥開度傳感器46及泵衝傳感器 47。其中立管壓力傳感器41與鑽井循環系統6中立管61連接設置並通訊連接控制模塊2， 立管壓力傳感器41檢測立管61的壓力狀態，並將檢測結果發送到控制模塊2。套管壓力傳感器42與鑽井循環系統6中套管62連接設置並通訊連接控制模塊2， 套管壓力傳感器42檢測套管62的壓力狀態，並將檢測結果發送到控制模塊2。分離器壓力傳感器43與鑽井循環系統6中分離器63連接設置並通訊連接控制模 塊2，分離器壓力傳感器43檢測分離器63的壓力狀態，並將檢測結果發送到控制模塊2。氣體流量傳感器44連接設置在鑽井循環系統6中氣體出口 64上並通訊連接控制 模塊2，檢測鑽井循環系統6中氣體的流量狀態，並將檢測結果發送到控制模塊2。液體流量傳感器45連接設置在鑽井循環系統6中液體出口 65上並通訊連接控制 模塊2，檢測鑽井循環系統6中液體的流量狀態，並將檢測結果發送到控制模塊2。液動閥開度傳感器46設置在鑽井循環系統6中液動閥66上並與控制模塊2通訊 連接，液動閥開度傳感器46檢測液動閥66的開度狀態，並將檢測結果發送到控制模塊2。泵衝傳感器47連接設置在鑽井循環系統6中的泵67上並通訊連接控制模塊2，泵 衝傳感器47檢測泵衝狀態，並將檢測結果發送到控制模塊2。如圖2所示，本實用新型中，液壓調節模塊5包括齒輪泵51、液壓缸52及控制閥 53。在液壓調節模塊中還包括油箱54、電機55、過濾器56、蓄能器57、單向閥58、安全閥59 及空氣濾清器等元件。其中齒輪泵51連接電機55並由電機55驅動，齒輪泵51進油口通過管路連接油箱54， 出油口通過管路連接液壓缸52。齒輪泵51在電機55驅動下，將油箱M中油液泵送到液壓 缸52中，泵送方向受控制閥53控制。液壓缸52數量為2個，分別連接液動節流閥。液壓缸52在油液驅動下動作，從而 驅動液動節流閥動作，液壓缸52直線運動狀態可直接控制61節流閥與62節流閥開度大 小，從而實現控制鑽井循環系統6中節流壓力大小。控制閥53設置在齒輪泵51與液壓缸52之間的管路上，在控制模塊2控制下調節 液壓缸52油路方向。控制閥53除可控制液壓缸52在左右兩個方向上動作實現前進與後 退外，還可實現控制液壓缸52保持在某個確定位置不動。本實用新型中，液壓調節模塊5還包括與控制閥53並聯設置手動換向閥50。該手 動換向閥50的設置，可方便在自動控制出現故障時作為保障使用，也可根據實際需要，進 行人工介入。本實用新型中，控制閥53包括管路連接的電磁換向閥531與快速開關閥532。每 組液壓缸52配合一組控制閥53，每組控制閥53包括兩個電磁換向閥531及一個快速開關 閥532，快速開關閥532與電磁換向閥531串聯連接，兩個電磁換向閥531之間並聯連接在 液壓缸52不同油口。電磁換向閥531與快速開關閥532結構簡單，動作可靠，可控性強，且 成本低廉。本實用新型中液壓調節模塊5結構簡單，可在控制模塊2下，實現調節立管61節 流閥與套管62節流閥，實現電液自動化，控制簡單可靠。本實用新型原理簡單、結構簡單明了，減少實際工作中人為介入引起的誤差，還便7於操作者監測鑽井循環系統6運行狀態，本實用新型製作及運行成本低廉，便於推廣使用。 綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用於限定本實用新型的 保護範圍，因此，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均 應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種油氣鑽井節流壓力自動監控系統，其特徵在於，包括輸入模塊，所述輸入模塊中輸入控制參數，並將該控制參數發送到控制模塊；控制模塊，所述控制模塊分別連接所述輸入模塊、顯示模塊、反饋模塊及液壓調節模 塊，所述控制模塊接收反饋模塊發送來的鑽井循環系統運行信息，並將該信息轉換為數字 參數發送到顯示模塊，所述控制模塊根據所述輸入模塊輸入的控制參數及所述數字參數生 成控制指令，並將該控制指令發送到液壓調節模塊，控制所述液壓調節模塊動作；顯示模塊，所述顯示模塊接收到所述控制模塊發送來的數字參數，進行顯示；反饋模塊，所述反饋模塊與所述鑽井循環系統連接設置並通訊連接所述控制模塊，所 述反饋模塊監測所述鑽井循環系統運行狀態，並將所述鑽井循環系統運行信息發送到所述 控制模塊；液壓調節模塊，所述液壓調節模塊連接設置在所述鑽井循環系統中的節流管匯的節流 閥上，並與所述控制模塊通訊連接，所述液壓調節模塊在所述控制模塊控制下動作，通過調 節所述節流管匯節流閥控制所述鑽井壓力系統節流壓力。
2.如權利要求1所述的油氣鑽井節流壓力自動監控系統，其特徵在於所述控制模塊 包括PLC，所述輸入模塊、控制模塊及顯示模塊均設置在工控機內。
3.如權利要求1所述的油氣鑽井節流壓力自動監控系統，其特徵在於所述反饋模塊 包括立管壓力傳感器，所述立管壓力傳感器與所述鑽井循環系統中立管連接設置並通訊連 接所述控制模塊，所述立管壓力傳感器檢測所述立管的壓力狀態，並將檢測結果發送到所 述控制模塊；套管壓力傳感器，所述套管壓力傳感器與所述鑽井循環系統中套管連接設置並通訊連 接所述控制模塊，所述套管壓力傳感器檢測所述套管的壓力狀態，並將檢測結果發送到所 述控制模塊；分離器壓力傳感器，所述分離器壓力傳感器與所述鑽井循環系統中分離器連接設置並 通訊連接所述控制模塊，所述分離器壓力傳感器檢測所述分離器的壓力狀態，並將檢測結 果發送到所述控制模塊；氣體流量傳感器，所述氣體流量傳感器連接設置在所述鑽井循環系統中氣路上並通訊 連接所述控制模塊，檢測所述鑽井循環系統中氣體的流量狀態，並將檢測結果發送到所述 控制模塊；液體流量傳感器，所述液體流量傳感器連接設置在所述鑽井循環系統中液路上並通訊 連接所述控制模塊，檢測所述鑽井循環系統中液體的流量狀態，並將檢測結果發送到所述 控制模塊；液動閥開度傳感器，所述液動閥開度傳感器設置在所述鑽井循環系統中液動閥上並與 所述控制模塊通訊連接，所述液動閥開度傳感器檢測液動閥的開度狀態，並將檢測結果發 送到所述控制模塊；泵衝傳感器，所述泵衝傳感器連接設置在所述鑽井循環系統中的泵上並通訊連接所述 控制模塊，所述泵衝傳感器檢測泵衝狀態，並將檢測結果發送到所述控制模塊。
4.如權利要求1所述的油氣鑽井節流壓力自動監控系統，其特徵在於所述液壓調節 模塊包括齒輪泵，所述齒輪泵連接電機並由所述電機驅動，所述齒輪泵進油口通過管路連接油 箱，出油口通過管路連接液壓缸；液壓缸，所述液壓缸數量為2個，分別連接液動節流閥；控制閥，所述控制閥設置在所述齒輪泵與液壓缸之間的管路上，在所述控制模塊控制 下調節所述液壓缸油路方向。
5.如權利要求4所述的油氣鑽井節流壓力自動監控系統，其特徵在於所述液壓調節 模塊還包括與所述控制閥並聯設置手動換向閥。
6.如權利要求4所述的油氣鑽井節流壓力自動監控系統，其特徵在於所述控制閥包 括管路連接的電磁換向閥與快速開關閥。
專利摘要本實用新型提供了一種油氣鑽井節流壓力自動監控系統，包括輸入模塊中輸入控制參數，並將該控制參數發送到控制模塊；控制模塊接收反饋模塊發送來的信息，並將該信息轉換為數字參數發送到顯示模塊，控制模塊根據輸入模塊輸入的控制參數及數字參數生成控制指令，並將該控制指令發送到液壓調節模塊；顯示模塊接收到控制模塊發送來的數字參數，進行顯示；反饋模塊監測鑽井循環系統參數變化狀態，並發送到顯示模塊；液壓調節模塊在控制模塊控制下動作，控制鑽井循環系統節流壓力。本實用新型可對鑽井壓力系統進行實時監測，並根據實時監測結果進行調控鑽井循環系統節流壓力，從而實現高精度控制鑽井循環系統節流壓力，並節約人力，減少控制誤差，且可為後續分析提供數據。
文檔編號E21B44/00GK201826828SQ20102059076
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月3日 優先權日2010年11月3日
發明者劉剛, 宋林松, 曹式敬, 李軍偉, 薛錫月 申請人:中國海洋石油總公司, 中國石油大學(華東), 中海油田服務股份有限公司