[發明專利]一種用于精細控壓鉆井的電動節流壓力控制系統

在審

• 申請號: 201610691114.4
• 申請日: 2016-08-20
• 公開（公告）號: CN107762433A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 王東玉
• 申請（專利權）人: 王東玉
• 主分類號: E21B21/08
• 分類號: E21B21/08;E21B44/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種用于精細控壓鉆井的電動節流壓力控制系統，適用于機械領域。

背景技術

在復雜地層中鉆井，由于破裂壓力(漏失壓力)與地層孔隙壓力(坍塌壓力)之間的壓力窗口狹窄，使用常規的鉆井方法會出現溢流或井漏等復雜情況。常規的近平衡壓力鉆井方式已不再適合于狹窄壓力窗口地層的鉆井，精細控制壓力鉆井技術(Preciese Managed Pressure Drilling Technology )是針對狹窄壓力窗口情況而發展起來的一項鉆井工藝技術。

節流壓力控制系統是精細控壓鉆井的關鍵技術之一，通過控制節流閥的開度來控制井口壓力，最終達到快速控制井底壓力在安全范圍內波動的目的。目前常用的節流控制方式有“PID+比例伺服閥”和“PLC+PID+高速開關閥”2種，這2種方式均采用液壓控制方案，液壓控制存在3方面不足。

1）液壓管路復雜，液壓元件和管路之間易發生滲漏。

2）液壓控制不適用于對信號進行放大、記憶及邏輯判斷等復雜運算的場合。

3）液壓系統受液壓油自身彈性和外界溫度的影響，難以實現節流閥小位移((0~50mm)的精確控制。

發明內容

本發明提出了一種用于精細控壓鉆井的電動節流壓力控制系統，分為傳感器模塊、PLC控制模塊、電動執行器控制模塊以及顯示和參數輸入模塊。

本發明所采用的技術方案是。

所述控制系統分為傳感器模塊、PLC控制模塊、電動執行器控制模塊以及顯示和參數輸入模塊。

所述PLC控制模塊由PLC控制電路、擴展模塊(EMS231)以及根據要求附加的定時器等組成。所采集的各路傳感器電流信號通過PLC擴展模塊(EM231 ）進行A/D轉化后進入PLC。并將采集的電壓信號直接送入PLC進行內部處理。PLC內置各種處理器對輸入的數據進行處理以后傳到電動執行器控制模塊。

所述電動執行器控制模塊包括內置控制器、執行器以及手動控制裝置。電動執行器接收PLC傳來的控制信號，經過控制器的處理，轉換成位移信號由執行器傳遞到節流閥閥芯。

本發明的有益效果是：該種控制系統具有結構簡單、可靠性高、維護的方便性等工作性能，同時也提高了工作效率。

附圖說明

圖1是本發明的電動節流壓力控制系統框圖。

圖2是本發明的電動節流壓力控制系統的控制原理圖。

圖3是本發明的電動控制系統中PLC控制示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1，控制系統分為傳感器模塊、PLC控制模塊、電動執行器控制模塊以及顯示和參數輸入模塊。

關鍵參數的實時采集是節流壓力控制系統的關鍵問題之一，根據精細控壓鉆井工藝的需要，與系統密切相關的工藝參數有立套管壓力、分離器出口壓力、分離器出口氣液體流量、節流閥開度、泵沖等。

相關參數的測量方法。

1）采用壓力傳感器將立管壓力、套管壓力、分離器壓力的模擬信號變送為4~20mA的電流信號。

2）采用氣體流量傳感器、液體流量傳感器將分離器出口的氣體及液體流量信號變送為4~20mA的電流信號。

3）采用泵沖傳感器測量鉆井泵沖次，從而得到鉆井泵的泵速值，并將信號變送為24V電壓信號。

4）采用溫度傳感器將分離器出口的鉆井液溫度信號變送為4~20mA電流信號。

PLC控制模塊由PLC控制電路、擴展模塊(EMS231)以及根據要求附加的定時器等組成。所采集的各路傳感器電流信號通過PLC擴展模塊(EM231 ）進行A/D轉化后進入PLC。并將采集的電壓信號直接送入PLC進行內部處理。PLC內置各種處理器對輸入的數據進行處理以后傳到電動執行器控制模塊。

電動執行器控制模塊包括內置控制器、執行器以及手動控制裝置。電動執行器接收PLC傳來的控制信號，經過控制器的處理，轉換成位移信號由執行器傳遞到節流閥閥芯。

PLC利用RS-232與工控機進行通訊，并通過組態軟件將各路采集參數在控制系統電腦屏幕上顯示。根據控壓鉆井現場施工對壓力的控制要求，操作人員可以將預設控制參數通過工控機寫入PLC。