CN105569591A - 一种节流管汇的自动控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节流管汇的自动控制设备，该控制设备包括传感器组件、显示控制组件和执行组件，执行组件包括比例节流阀、电磁换向阀、电机、液压泵、组合阀块和蓄能器，显示控制组件的输入端与传感器组件连接，输出端分别与比例节流阀、电磁换向阀和电机连接，电机通过液压泵与组合阀块连接，组合阀块与蓄能器连接，蓄能器依次通过比例节流阀和电磁换向阀与节流管汇连接；显示控制组件根据传感器组件采集到的数据控制电磁换向阀、比例节流阀和电机动作，进而实现对节流管汇的控制。与现有技术相比，本发明具有自动控制、控制效果稳定等优点。

Description

一种节流管汇的自动控制设备

技术领域

本发明涉及一种石油钻井设备，尤其是涉及一种节流管汇的自动控制设备。

背景技术

节流管汇控制箱是压井节流管汇的配套产品，用于石油钻井行业。在钻井过程中，根据压井控制台压力数据，通过手动操作来改变节流管汇上的节流阀的开度大小，使压井液从井口地面过程中，保持地层压力不变，从而达到科学安全压井的目的。

目前的节流管汇控制箱是操作人员通过看控制面板显示的套管压和立管压的变化，对节流阀的开度进行调节，这种调节也将通过控制面板显示出当前节流阀的开度为多少，如3/4或者1/2。如在调节过程中发现套管压增大，则操作人员将节流阀开大，如在调节过程中发现套管压减小，则操作人员将节流阀开小。

现有技术的缺陷：目前操作控制，完全是根据操作人员的实际经验来手工实现节流阀开度调节，很难保证整个操作过程都是平稳过渡的。节流阀操作的不平稳，将导致井底压力波动大，一方面有可能导致压井失败，再次产生井喷或井漏，造成大量经济损失和人员财产安全问题；另一方面有可能加大压井困难，增加压井控制时间，造成较大经济损失。特别是传统节流管汇控制台显示的只是套管和立管当前压力的变化，操作人员对于整个套管压力和立管压力的持续性变化无从得知，也不清楚压井液现在处于井底何种位置，对于液压泵次也无直观得知，很难从宏观上把握整个压井控制工作，无法实现高效快速的压井控制。

另外，传统的压井控制台只是显示实时套管压和立管压的数值，没有存储记录功能，操作人员必须通过纸笔记录数值变化，这种模式一方面导致操作人员工作效率低下，难以实时监视套管压和立管压的变化，另一方面有可能因为操作人员的疏忽，记错数值，影响其后续判断，对压井工作产生不利影响，此外，这种模式也不利于操作人员和管理人员进行客观档案的调取、分析和总结。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可切换手动控制与自动控制的节流管汇的自动控制设备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种节流管汇的自动控制设备，该控制设备包括传感器组件、显示控制组件和执行组件，所述执行组件包括比例节流阀、电磁换向阀、电机、液压泵、组合阀块和蓄能器，所述显示控制组件的输入端与传感器组件连接，输出端分别与比例节流阀、电磁换向阀和电机连接，所述电机通过液压泵与组合阀块连接，所述组合阀块与蓄能器连接，蓄能器依次通过比例节流阀和电磁换向阀与节流管汇连接；

所述显示控制组件根据传感器组件采集到的数据控制电磁换向阀、比例节流阀和电机动作，进而实现对节流管汇的控制。

所述传感器组件包括立管压力传感器、套管压力传感器、泵冲程传感器、液压油压力传感器和阀位传感器，所述立管压力传感器、套管压力传感器、泵冲程传感器、液压油压力传感器和阀位传感器的输出端均与显示控制组件连接。

所述显示控制组件包括控制器以及分别与控制器连接的显示器和无线通讯单元，所述无线通讯单元通过无线网络与无线智能终端连接，所述控制器还分别与传感器组件和执行组件连接。

所述控制器内设有存储器。

所述组合阀块包括截止阀和溢流阀。

所述执行组件还包括手动泵、手动换向阀和手调节流阀，手动泵通过蓄能器与手调节流阀连接，所述手调节流阀与节流管汇连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)通过传感器组件和显示控制组件可以实现对节流管汇液控节流阀的自动控制。

2)立管压力传感器、套管压力传感器、泵冲程传感器、液压油压力传感器和阀位传感器采集数据，可以增加控制的准确度。

3)显示器可以显示传感器采集到的数据，无线通讯单元可以实现技术人员远程操作。

4)存储器可以存储传感器组件采集到的历史数据，可以让***了解到各项数据的变化情况，也可以通过显示器可以让操作者直观地了解到各项数据的变化情况，不容易发生错误。

5)截止阀和溢流阀可以较好地调节***压力和控制油路通断。

6)蓄能器在适当的时机将***中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当***需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给***。当***瞬间压力增大时，它可以吸收这部分的能量，以保证整个***压力正常。正常压力下通过蓄能器维持***压力，当蓄能器压力低于设定的压力下限时，控制器启动电机带动液压泵向蓄能器充压，当蓄能器压力到达设定的压力上限时，控制器停止电机工作，可以有效节能。

7)因为配备了手动控制设备，因此操作者也可以在不满意自动控制结果的情况下选择手动控制，时候可以对自动控制设备中的各项参数进行重新设定，以便提高自动控制的效果。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为实施例控制箱结构示意图；

其中：1、传感器组件，2、显示控制组件，3、执行组件，4、节流管汇，5、蓄能器，6、防爆柜，7、急停开关，8、模式切换开关，11、立管压力传感器，12、套管压力传感器，13、泵冲程传感器，14、液压油压力传感器，15、阀位传感器，21、控制器，22、显示器，23、无线通讯单元，31、比例节流阀，32、电磁换向阀，33、电机，34、液压泵，35、手调节流阀，36、手动泵，37、手动换向阀，38、组合阀块，71、传感器线束接头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种节流管汇的自动控制设备，如图1所示，该控制设备包括传感器组件1、显示控制组件2和执行组件3，执行组件3包括比例节流阀31、电磁换向阀32、电机33、液压泵34和组合阀块38，显示控制组件2的输入端与传感器组件1连接，输出端分别与比例节流阀31、电磁换向阀32和电机33连接，电机33通过液压泵34与组合阀块38连接，组合阀块38依次通过电磁换向阀32和比例节流阀31与节流管汇4连接；

显示控制组件2根据传感器组件1采集到的数据控制电磁换向阀32、比例节流阀31和电机33动作，进而实现对节流管汇4的控制。

传感器组件1包括立管压力传感器11、套管压力传感器12、泵冲程传感器13、液压油压力传感器14和阀位传感器15，立管压力传感器11、套管压力传感器12、泵冲程传感器13、液压油压力传感器14和阀位传感器15的输出端均与显示控制组件2连接。

显示控制组件2包括控制器21以及分别与控制器21连接的显示器22和无线通讯单元23，无线通讯单元23通过无线网络与无线智能终端连接，控制器21还分别与传感器组件1和执行组件3连接。

控制器21内设有存储器211。

组合阀块38包括截止阀和溢流阀。

组合阀块38和电磁换向阀32之间设有蓄能器5。

执行组件3还包括手动泵36、手动换向阀37和手调节流阀35，手动泵36通过蓄能器5与手动换向阀37连接，手动换向阀37通过手调节流阀35与节流管汇4连接。

如图2所示，对该设备进行集中化设计后得到集中控制箱，各传感器组件1的各传感器安装在节流管汇4上的各检测口，其余部件集成在控制箱内，控制器21放置在防爆柜6内，通过传感器线束接头71与传感器组件1连接。

控制箱的台面上安装有手动换向阀37、手调节流阀35、显示器22、急停开关7和模式切换开关8，其中模式切换开关8用于切换手动/自动模式，急停开关7用于在紧急情况下关闭***。

液压泵34、电机33、蓄能器5、组合阀块38、电磁换向阀32和比例节流阀31安装在控制箱内。

控制器21为自主研发的高性能、抗冲击控制模块，相对于传统PLC结构紧凑，整体尺寸为147×63×35mm。模块本身具有足够的开关量输入/输出和模拟量输入/输出端口。模块可以被用做基于CAN总线的控制***的多功能控制器，能够控制不同的传感器和执行机构，比如比例阀，伺服电机和电液***。拥有开关量和模拟量I/O口输入输出能力的模块是一个基于PLCopen可编程(使用Codesys工具)的独立控制器。

控制器21由防爆柜内的24V直流电源进行供电，具有过压保护、高温保护、输出短路保护等功能。控制器的具有两个高速CAN总线通讯口和一路RS232通讯端口，与显示器22通过CANBUS总线通讯，与远程控制模块23通过RS232端口MODBUS协议通讯。防护等级为IP67，防水防尘、抗冲击、抗振动。程序循环周期默认10ms(可设置调整)，自带有248个可掉电保存的16位参数区，用来存储压井过程的参数。控制器21的IO端口包括：4个开关量输入端口，用于连接模式切换开关等DI信号；4个开关量输出端口，用来控制电磁换向阀、电机等执行机构的开启和关闭；4路PWM输出口，用于控制比例节流阀的电流大小；4路频率输入端口，用于连接泥浆泵泵冲程传感器；4路模拟量输入端口，用于连接立管压力传感器、套管压力传感器、阀位传感器的模拟量信号。以上端口能完全满足实际工作的端口配置要求。

显示器22为本安防爆触摸屏显示器，通过CAN总线接收控制器发送的各传感器数据并直观的显示在当前页面中。用户可以通过显示器内置的触摸键盘对节流管汇控制参数进行输入和修改，并发送给控制器21进行参数保存。对节流管汇进行控制时，控制器将采集的传感器信号与用户设置的参数进行比较，通过优化后的算法控制电磁换向阀开关，从而对节流管汇液控节流阀的开度大小进行控制；控制器通过控制比例节流阀的电流大小可以实现对液控节流阀开关过程中速度控制，完全可以避免操作人员手动调节过程中产生的各种不稳定现象，实现节流阀的精准控制，压井控制效率高，也更易成功。

无线通讯模块23为自主研发的基于ZIGBEE的远程控制模块，该模块成对使用，一个放置在防爆柜内与控制器21通过RS232总线连接，用来实时发送节流管汇控制过程的各项数据以及接收监控室发送的远程命令，另一个放置在监控室与PC机通过COM口或USB连接，用于发送远程命令以及接收节流管汇控制箱发送实时数据。

各压力数据可在显示器22上曲线显示，可以直观的回溯整个钻井、压井过程中的压力变化，并能实现关键数据的掉电保存。通过无线通讯模块23将压井数据实时传输到监控室，用户可以通过计算机终端查询钻井状态，并能实时生成报表。一旦压井过程中出现报警，可远程提示用户出现报警状态，用户可远程关闭或远程操作节流管汇控制箱。

Claims (6)

1.一种节流管汇的自动控制设备，其特征在于，该控制设备包括传感器组件、显示控制组件和执行组件，所述执行组件包括比例节流阀、电磁换向阀、电机、液压泵、组合阀块和蓄能器，所述显示控制组件的输入端与传感器组件连接，输出端分别与比例节流阀、电磁换向阀和电机连接，所述电机通过液压泵与组合阀块连接，所述组合阀块与蓄能器连接，蓄能器依次通过比例节流阀和电磁换向阀与节流管汇连接；

所述显示控制组件根据传感器组件采集到的数据控制电磁换向阀、比例节流阀和电机动作，进而实现对节流管汇的控制。

2.根据权利要求1所述的一种节流管汇的自动控制设备，其特征在于，所述传感器组件包括立管压力传感器、套管压力传感器、泵冲程传感器、液压油压力传感器和阀位传感器，所述立管压力传感器、套管压力传感器、泵冲程传感器、液压油压力传感器和阀位传感器的输出端均与显示控制组件连接。

3.根据权利要求1所述的一种节流管汇的自动控制设备，其特征在于，所述显示控制组件包括控制器以及分别与控制器连接的显示器和无线通讯单元，所述无线通讯单元通过无线网络与无线智能终端连接，所述控制器还分别与传感器组件和执行组件连接。

4.根据权利要求3所述的一种节流管汇的自动控制设备，其特征在于，所述控制器内设有存储器。

5.根据权利要求1所述的一种节流管汇的自动控制设备，其特征在于，所述组合阀块包括截止阀和溢流阀。

6.根据权利要求1所述的一种节流管汇的自动控制设备，其特征在于，所述执行组件还包括手动泵、手动换向阀和手调节流阀，手动泵通过蓄能器与手调节流阀连接，所述手调节流阀与节流管汇连接。