一種節(jié)流管匯的自動(dòng)控制設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種節(jié)流管匯的自動(dòng)控制設(shè)備，該控制設(shè)備包括傳感器組件、顯示控制組件和執(zhí)行組件，執(zhí)行組件包括比例節(jié)流閥、電磁換向閥、電機(jī)、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(jié)流閥、電磁換向閥和電機(jī)連接，電機(jī)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(jié)流閥和電磁換向閥與節(jié)流管匯連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有自動(dòng)控制、控制效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種節(jié)流管匯的自動(dòng)控制設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種石油鉆井設(shè)備，尤其是涉及一種節(jié)流管匯的自動(dòng)控制設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]節(jié)流管匯控制箱是壓井節(jié)流管匯的配套產(chǎn)品，用于石油鉆井行業(yè)。在鉆井過程中，根據(jù)壓井控制臺(tái)壓力數(shù)據(jù)，通過手動(dòng)操作來改變節(jié)流管匯上的節(jié)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(dá)到科學(xué)安全壓井的目的。
[0003]目前的節(jié)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(duì)節(jié)流閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)也將通過控制面板顯示出當(dāng)前節(jié)流閥的開度為多少，如3/4或者1/2。如在調(diào)節(jié)過程中發(fā)現(xiàn)套管壓增大，則操作人員將節(jié)流閥開大，如在調(diào)節(jié)過程中發(fā)現(xiàn)套管壓減小，則操作人員將節(jié)流閥開小。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)的缺陷:目前操作控制，完全是根據(jù)操作人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來手工實(shí)現(xiàn)節(jié)流閥開度調(diào)節(jié)，很難保證整個(gè)操作過程都是平穩(wěn)過渡的。節(jié)流閥操作的不平穩(wěn)，將導(dǎo)致井底壓力波動(dòng)大，一方面有可能導(dǎo)致壓井失敗，再次產(chǎn)生井噴或井漏，造成大量經(jīng)濟(jì)損失和人員財(cái)產(chǎn)安全問題；另一方面有可能加大壓井困難，增加壓井控制時(shí)間，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。特別是傳統(tǒng)節(jié)流管匯控制臺(tái)顯示的只是套管和立管當(dāng)前壓力的變化，操作人員對(duì)于整個(gè)套管壓力和立管壓力的持續(xù)性變化無從得知，也不清楚壓井液現(xiàn)在處于井底何種位置，對(duì)于液壓泵次也無直觀得知，很難從宏觀上把握整個(gè)壓井控制工作，無法實(shí)現(xiàn)高效快速的壓井控制。
[0005]另外，傳統(tǒng)的壓井控制臺(tái)只是顯示實(shí)時(shí)套管壓和立管壓的數(shù)值，沒有存儲(chǔ)記錄功能，操作人員必須通過紙筆記錄數(shù)值變化，這種模式一方面導(dǎo)致操作人員工作效率低下，難以實(shí)時(shí)監(jiān)視套管壓和立管壓的變化，另一方面有可能因?yàn)椴僮魅藛T的疏忽，記錯(cuò)數(shù)值，影響其后續(xù)判斷，對(duì)壓井工作產(chǎn)生不利影響，此外，這種模式也不利于操作人員和管理人員進(jìn)行客觀檔案的調(diào)取、分析和總結(jié)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可切換手動(dòng)控制與自動(dòng)控制的節(jié)流管匯的自動(dòng)控制設(shè)備。
[0007]本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]一種節(jié)流管匯的自動(dòng)控制設(shè)備，該控制設(shè)備包括傳感器組件、顯示控制組件和執(zhí)行組件，所述執(zhí)行組件包括比例節(jié)流閥、電磁換向閥、電機(jī)、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(jié)流閥、電磁換向閥和電機(jī)連接，所述電機(jī)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(jié)流閥和電磁換向閥與節(jié)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、泵沖程傳感器、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、泵沖程傳感器、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(wǎng)絡(luò)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(zhí)行組件連接。
[0011]所述控制器內(nèi)設(shè)有存儲(chǔ)器。
[0012]所述組合閥塊包括截止閥和溢流閥。
[0013]所述執(zhí)行組件還包括手動(dòng)泵、手動(dòng)換向閥和手調(diào)節(jié)流閥，手動(dòng)泵通過蓄能器與手調(diào)節(jié)流閥連接，所述手調(diào)節(jié)流閥與節(jié)流管匯連接。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0015]I)通過傳感器組件和顯示控制組件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)流管匯液控節(jié)流閥的自動(dòng)控制。
[0016]2)立管壓力傳感器、套管壓力傳感器、泵沖程傳感器、液壓油壓力傳感器和閥位傳感器采集數(shù)據(jù)，可以增加控制的準(zhǔn)確度。
[0017]3)顯示器可以顯示傳感器采集到的數(shù)據(jù)，無線通訊單元可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)人員遠(yuǎn)程操作。
[0018]4)存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)傳感器組件采集到的歷史數(shù)據(jù)，可以讓系統(tǒng)了解到各項(xiàng)數(shù)據(jù)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(xiàng)數(shù)據(jù)的變化情況，不容易發(fā)生錯(cuò)誤。
[0019]5)截止閥和溢流閥可以較好地調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力和控制油路通斷。
[0020]6)蓄能器在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)將系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s能或位能儲(chǔ)存起來，當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)，又將壓縮能或位能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤夯驓鈮旱饶芏尫懦鰜?，重新補(bǔ)供給系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)瞬間壓力增大時(shí)，它可以吸收這部分的能量，以保證整個(gè)系統(tǒng)壓力正常。正常壓力下通過蓄能器維持系統(tǒng)壓力，當(dāng)蓄能器壓力低于設(shè)定的壓力下限時(shí)，控制器啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)液壓泵向蓄能器充壓，當(dāng)蓄能器壓力到達(dá)設(shè)定的壓力上限時(shí)，控制器停止電機(jī)工作，可以有效節(jié)能。
[0021]7)因?yàn)榕鋫淞耸謩?dòng)控制設(shè)備，因此操作者也可以在不滿意自動(dòng)控制結(jié)果的情況下選擇手動(dòng)控制，時(shí)候可以對(duì)自動(dòng)控制設(shè)備中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)定，以便提高自動(dòng)控制的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為實(shí)施例控制箱結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]其中:1、傳感器組件，2、顯示控制組件，3、執(zhí)行組件，4、節(jié)流管匯，5、蓄能器，6、防爆柜，7、急停開關(guān)，8、模式切換開關(guān)，11、立管壓力傳感器，12、套管壓力傳感器，13、泵沖程傳感器，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(jié)流閥，32、電磁換向閥，33、電機(jī)，34、液壓泵，35、手調(diào)節(jié)流閥，36、手動(dòng)泵，37、手動(dòng)換向閥，38、組合閥塊，71、傳感器線束接頭。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0026]一種節(jié)流管匯的自動(dòng)控制設(shè)備，如圖1所示，該控制設(shè)備包括傳感器組件1、顯示控制組件2和執(zhí)行組件3，執(zhí)行組件3包括比例節(jié)流閥31、電磁換向閥32、電機(jī)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(jié)流閥31、電磁換向閥32和電機(jī)33連接，電機(jī)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(jié)流閥31與節(jié)流管匯4連接；
[0027]顯示控制組件2根據(jù)傳感器組件I采集到的數(shù)據(jù)控制電磁換向閥32、比例節(jié)流閥31和電機(jī)33動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)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、泵沖程傳感器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、泵沖程傳感器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(wǎng)絡(luò)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(zhí)行組件3連接。
[0030]控制器21內(nèi)設(shè)有存儲(chǔ)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(shè)有蓄能器5。
[0033]執(zhí)行組件3還包括手動(dòng)泵36、手動(dòng)換向閥37和手調(diào)節(jié)流閥35，手動(dòng)泵36通過蓄能器5與手動(dòng)換向閥37連接，手動(dòng)換向閥37通過手調(diào)節(jié)流閥35與節(jié)流管匯4連接。
[0034]如圖2所示，對(duì)該設(shè)備進(jìn)行集中化設(shè)計(jì)后得到集中控制箱，各傳感器組件I的各傳感器安裝在節(jié)流管匯4上的各檢測(cè)口，其余部件集成在控制箱內(nèi)，控制器21放置在防爆柜6內(nèi)，通過傳感器線束接頭71與傳感器組件I連接。
[0035]控制箱的臺(tái)面上安裝有手動(dòng)換向閥37、手調(diào)節(jié)流閥35、顯示器22、急停開關(guān)7和模式切換開關(guān)8，其中模式切換開關(guān)8用于切換手動(dòng)/自動(dòng)模式，急停開關(guān)7用于在緊急情況下關(guān)閉系統(tǒng)。
[0036]液壓泵34、電機(jī)33、蓄能器5、組合閥塊38、電磁換向閥32和比例節(jié)流閥31安裝在控制箱內(nèi)。
[0037]控制器21為自主研發(fā)的高性能、抗沖擊控制模塊，相對(duì)于傳統(tǒng)PLC結(jié)構(gòu)緊湊，整體尺寸為147 X 63 X 35mm。模塊本身具有足夠的開關(guān)量輸入/輸出和模擬量輸入/輸出端口。模塊可以被用做基于CAN總線的控制系統(tǒng)的多功能控制器，能夠控制不同的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，比如比例閥，伺服電機(jī)和電液系統(tǒng)。擁有開關(guān)量和模擬量I/O 口輸入輸出能力的模塊是一個(gè)基于PLCopen可編程(使用Codesys工具)的獨(dú)立控制器。
[0038]控制器21由防爆柜內(nèi)的24V直流電源進(jìn)行供電，具有過壓保護(hù)、高溫保護(hù)、輸出短路保護(hù)等功能?？刂破鞯木哂袃蓚€(gè)高速CAN總線通訊口和一路RS232通訊端口，與顯示器22通過CANBUS總線通訊，與遠(yuǎn)程控制模塊23通過RS232端口 MODBUS協(xié)議通訊。防護(hù)等級(jí)為IP67，防水防塵、抗沖擊、抗振動(dòng)。程序循環(huán)周期默認(rèn)1ms (可設(shè)置調(diào)整)，自帶有248個(gè)可掉電保存的16位參數(shù)區(qū)，用來存儲(chǔ)壓井過程的參數(shù)?？刂破?1的1端口包括:4個(gè)開關(guān)量輸入端口，用于連接模式切換開關(guān)等DI信號(hào)；4個(gè)開關(guān)量輸出端口，用來控制電磁換向閥、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開啟和關(guān)閉；4路PWM輸出口，用于控制比例節(jié)流閥的電流大?。?路頻率輸入端口，用于連接泥漿泵泵沖程傳感器；4路模擬量輸入端口，用于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(hào)。以上端口能完全滿足實(shí)際工作的端口配置要求。
[0039]顯示器22為本安防爆觸摸屏顯示器，通過CAN總線接收控制器發(fā)送的各傳感器數(shù)據(jù)并直觀的顯示在當(dāng)前頁(yè)面中。用戶可以通過顯示器內(nèi)置的觸摸鍵盤對(duì)節(jié)流管匯控制參數(shù)進(jìn)行輸入和修改，并發(fā)送給控制器21進(jìn)行參數(shù)保存。對(duì)節(jié)流管匯進(jìn)行控制時(shí)，控制器將采集的傳感器信號(hào)與用戶設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行比較，通過優(yōu)化后的算法控制電磁換向閥開關(guān)，從而對(duì)節(jié)流管匯液控節(jié)流閥的開度大小進(jìn)行控制；控制器通過控制比例節(jié)流閥的電流大小可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液控節(jié)流閥開關(guān)過程中速度控制，完全可以避免操作人員手動(dòng)調(diào)節(jié)過程中產(chǎn)生的各種不穩(wěn)定現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)節(jié)流閥的精準(zhǔn)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(fā)的基于ZIGBEE的遠(yuǎn)程控制模塊，該模塊成對(duì)使用，一個(gè)放置在防爆柜內(nèi)與控制器21通過RS232總線連接，用來實(shí)時(shí)發(fā)送節(jié)流管匯控制過程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)以及接收監(jiān)控室發(fā)送的遠(yuǎn)程命令，另一個(gè)放置在監(jiān)控室與PC機(jī)通過COM 口或USB連接，用于發(fā)送遠(yuǎn)程命令以及接收節(jié)流管匯控制箱發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
[0041]各壓力數(shù)據(jù)可在顯示器22上曲線顯示，可以直觀的回溯整個(gè)鉆井、壓井過程中的壓力變化，并能實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的掉電保存。通過無線通訊模塊23將壓井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控室，用戶可以通過計(jì)算機(jī)終端查詢鉆井狀態(tài)，并能實(shí)時(shí)生成報(bào)表。一旦壓井過程中出現(xiàn)報(bào)警，可遠(yuǎn)程提示用戶出現(xiàn)報(bào)警狀態(tài)，用戶可遠(yuǎn)程關(guān)閉或遠(yuǎn)程操作節(jié)流管匯控制箱。
【權(quán)利要求】
1.一種節(jié)流管匯的自動(dòng)控制設(shè)備，其特征在于，該控制設(shè)備包括傳感器組件、顯示控制組件和執(zhí)行組件，所述執(zhí)行組件包括比例節(jié)流閥、電磁換向閥、電機(jī)、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(jié)流閥、電磁換向閥和電機(jī)連接，所述電機(jī)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(jié)流閥和電磁換向閥與節(jié)流管匯連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)流管匯的自動(dòng)控制設(shè)備，其特征在于，所述傳感器組件包括立管壓力傳感器、套管壓力傳感器、泵沖程傳感器、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、泵沖程傳感器、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(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)流管匯的自動(dòng)控制設(shè)備，其特征在于，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(wǎng)絡(luò)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(zhí)行組件連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種節(jié)流管匯的自動(dòng)控制設(shè)備，其特征在于，所述控制器內(nèi)設(shè)有存儲(chǔ)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)流管匯的自動(dòng)控制設(shè)備，其特征在于，所述組合閥塊包括截止閥和溢流閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種節(jié)流管匯的自動(dòng)控制設(shè)備，其特征在于，所述執(zhí)行組件還包括手動(dòng)泵、手動(dòng)換向閥和手調(diào)節(jié)流閥，手動(dòng)泵通過蓄能器與手調(diào)節(jié)流閥連接，所述手調(diào)節(jié)流閥與節(jié)流管匯連接。
【文檔編號(hào)】E21B21/08GK204238889SQ201420584245
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】王承震, 佘益輝, 錢博, 宓欣 申請(qǐng)人:上海勵(lì)諳電子技術(shù)有限公司