[發明專利]油氣鉆井節流壓力微機自動控制系統

無效

• 申請號: 01136291.X
• 申請日: 2001-10-15
• 公開（公告）號: CN1339650A
• 公開（公告）日: 2002-03-13
• 發明（設計）人: 劉剛;楊忠鋒;劉志國;夏宏南;邢紀國
• 申請（專利權）人: 劉剛;楊忠鋒
• 主分類號: E21B44/00
• 分類號: E21B44/00
• 代理公司: 三高專利事務所
• 代理人: 黃厚剛

(一)技術領域

本發明屬于油氣勘探開發自動控制領域，特別涉及到油氣鉆井節流壓力微機自動控制系統。

(二)背景技術

在油氣勘探開發工程中，為了更好地保護油氣層，有效地減少鉆井液對油氣層造成損害，同時為減小或克服壓差對鉆速的影響，以大幅度提高機械鉆速，提高油井鉆探的成功黽有效減低油氣開發的綜合成本，就要求對液動節流壓力進行很好的控制，采用欠平衡鉆井技術以及液動節流管匯的控制裝置，進行遠程控制并維持穩定的井底壓力，以實現鉆井液對油氣層的損害減到最小程度。

然而，目前使用的壓井管匯的控制方式是由人觀察立管、套管壓力表，按需要手動調節節流閥，采用這類方式存在的問題是控制精度低，操作不方便，反應遲鈍，人為影響較大等，所采用的氣動元件，易受氣候及工作環境影響，這種方式不適于對井底壓力的連續、精確控制，也不能滿足欠平衡鉆井對立管壓力、套管壓力、節流閥瀉流量實施精確控制等要求。隨著技術的進步，尤其是計算機技術的飛速發展，油氣鉆井節流壓力的控制引入微機，使上述控制水平步入了新的高度，達到了精確控制的目標。

(三)??發明內容

要解決的技術問題是，在油氣鉆井的壓力控制系統中由人工觀察控制的方式無法提高控制精度、靈敏度、不適于連續操作等缺陷，而重新設計一種通過微機對壓井節流管匯中節流閥，實現自動控制，以滿足控制精度、靈敏度的要求，為達到這一目的，所采用的技術方案是，一種油氣鉆井節流壓力微機自動控制系統，包括利用壓力傳感器測量立管與套管壓力、用位移傳感器測量液動節流閥開度、泵沖傳感器測量泵沖、氣體流量計測量分離后的氣體流量，其特征在于，將所述各路采集的信號進行濾波放大及轉換后進入計算機進行記錄、存儲，計算出立管壓力、套管壓力，進行數據顯示，并按照立壓及套壓的控制要求向液壓伺服系統發出動作指令，依照壓力控制流程步驟進行操作，控制伺服閥動作，系統輸出口對壓井節流管匯中的液動節流閥開度及動作速度進行調節控制，以實現對立管壓力、套管壓力的精確控制。

本系統操作中，利用壓力反饋信號對立管壓力、套管壓力進行調節，實現對控制參數精確、穩定的閉環控制，其結果必將大大提高井控、欠平衡鉆井技術的科學性。在油壓控制部分，用電動液壓泵代替原有的氣動液壓泵，同時在系統中也配備了手動液壓泵，是為了滿足在特殊工況情況下也能順利進行控制的要求，使該系統能具有用微機控制與傳統手動控制并存的控制方式。

本系統中，設置在控制板的控制端口上，通過饋線連接到聲光報警裝置，其作用是當控制出現異常時，即會發出聲、光報警。

本技術方案的積極效果是，克服了依靠人力觀察立管、套管壓力表及單純手動調節節流壓力中控制精確度差、操作不便、反應遲鈍等缺陷，本系統實現了欠平衡鉆井的節流壓力微機自動控制，并達到了很精確的控制功能，立壓控制時，控制誤差不大于±0.5μPa。

(四)附圖說明

圖1為油氣鉆井節流壓力微機自動控制系統主機柜外形圖

圖2為該控制系統中各部件連接關系原理圖

圖3為微機信號采集流程框圖

圖4為壓力控制流程圖

圖5為伺服控制組件原理框圖

圖7a為氣囊式儲能器結構示意圖

圖7b為氣囊式儲能器符號表示圖

圖8a為液動節流閥結構示意圖

圖8b為液動節流閥符號表示圖

(五)具體實施方式

參照圖1，表示本發明所述的油氣鉆井節流壓力微機自動控制裝置的主機柜外形圖，1為機柜外殼，其正面面板上設有計算機顯示器2及鍵盤盒3，面板側邊有聲光報警孔5以及電源開關及指示燈部分6，機柜臺面一側設有節流閥旋鈕4，它與柜內部的節流閥門12相連，另一側設有三位四通閥9；參照圖2，表示本發明所述控制系統中各部件連接關系原理圖，圖中10為伺服比例閥，它與伺服控制組件11相連，在油壓控制的油路中，節流閥12分別連接著電動泵15及手動泵16，油箱17中的油液通過該兩個油泵與各閥門相通，本實施例中，油路通過氣囊儲能器13及[限壓閥、卸壓閥]14連接油路，由機柜的傳感器輸入端口分別連接著六個放置在不同地方的傳感器，它們是采集鉆井立管壓力傳感器18，采集鉆井套管壓力傳感器19，采集鉆井泵沖的兩個傳感器20及21，采集出口氣體流量的傳感器22以及采集液動節流閥開度的傳感器23，這些傳感器分別采集數據，送到機柜內的組合控制板7中的濾波放大電路部分，再通過控制板中的、轉換送到計算機主機8內進行數字計算、比較并顯示，組合控制板7中的控制部分連接有聲光報警裝置，當系統出現異常現象時即時報警。機柜的右下側開有輸出端口，接向被控制的針型的液動節流閥體24，實現自動控制。