CN101864915B - 连续管注入头控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续管注入头控制装置，包括双向调速限压装置、停车驻动装置、双向平衡装置和冲洗装置，双向调速限压装置包括变频电机和双向变量泵，停车驻动装置包括电磁阀和制动器，双向平衡装置包括第一和第二平衡阀。变频电机与双向变量泵、电磁阀、制动器和注入头马达依次相连，注入头马达分别与第一和第二平衡阀相连，第一和第二平衡阀分别与双向变量泵相连，第一和第二平衡阀的油口A与双向变量泵之间的连接管路形成了系统的两条主油路。本发明变频电机应用到注入头液压系统中，采用“变频电机+变量泵+定量马达”的控制方式，实现了机电一体化控制，提高了动力源和系统的效率，减少了能量损失，优化了工况控制和系统的可靠性。

Description

连续管注入头控制装置

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻井装备制造技术领域，特别是一种连续管注入头控制装置。

背景技术

连续管装备是用于石油油气井作业(修井或钻井)的一种装置，连续管注入头是连续管装备的主要组成部分。在连续管装备中，注入头的主要功能是夹持和提升、下放连续管，以实现连续管的上提、下放以及强行下注，工况较复杂，对液压控制系统的主要要求是功率大、调速范围宽、可靠性高。现有连续管注入头的系统控制方式主要有两种，一种是“双向变量泵+平衡阀+变量马达+减速机”的控制方式，另一种是“双向变量泵+平衡阀+定量马达”控制方式。这两种控制方式都采用了普通电机驱动的闭式液压回路系统，速度的调节主要是通过手动或电信号调节变量泵的排量来实现的。“双向变量泵+变量马达+减速机”的控制方式，因其执行设备是变量马达，所以可靠性稍差，而“双向变量泵+定量马达”的液压控制方式虽可靠性较好，但工作在连续管上提和下放工况时，缺乏自适应性的“恒功率”控制。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种连续管注入头控制装置，该控制装置采用了变频驱动的闭式液压回路，可提高连续管注入头液压控制系统的可靠性，优化工况控制性能，同时也更节能。

本发明的目的是通过采用如下技术方案实现的：

一种连续管注入头控制装置，包括双向调速限压装置、停车驻动装置、双向平衡装置和冲洗装置；所述双向调速限压装置包括双向变量泵，所述停车驻动装置包括电磁阀和制动器，所述双向平衡装置包括第一平衡阀和第二平衡阀；所述双向变量泵的G口与所述电磁阀的进油口相连，其出油口通过截止阀与所述制动器的Z油口相连，所述制动器与所述注入头马达相连，所述注入头马达的P口与所述第一平衡阀相连，所述第一平衡阀的油口A与所述双向变量泵的油口A相连，所述注入头马达的C口与所述第二平衡阀相连，所述第二平衡阀的油口A与与所述双向变量泵的油口B相连，所述双向调速限压装置还包括变频电机，所述变频电机与所述双向变量泵相连。

所述冲洗装置由定量马达总回路冲洗部分和定量马达冲洗部分组成，包括球阀、补油泵、过滤器、蓄能器、安全阀、单向阀和冲洗阀，所述球阀的出油口与补油泵的进油口相连，所述补油泵的压力油口与所述过滤器的进油口相连，从所述过滤器出来的油通过蓄能器稳压后分成三路，其中一路油液与调速阀的进油口相连，调速阀的出油口与注入头马达的冲洗油口F相连，另两路分别通过单向阀与双向变量泵的油口A和油口B相连，所述冲洗阀的两进油口分别与双向变量泵的油口A和油口B相连，其出油口与油箱相连。

所述变频电机通过联轴器和钟形罩与所述双向变量泵相连。

所述变频电机与PLC控制器相连。

所述注入头马达采用带电控双速阀的双排量低速大扭矩柱塞马达。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1)把变频电机应用到注入头液压系统中，首先是提高了动力源本身的效率；然后是使双向变量泵通过改变转速和排量，结合来调节马达的转速，系统效率更高；另外双向变量泵转速降低后，变量泵本身输出流量减少的同时，冲洗流量也减少了，省去了部分多余的冲洗流量，减少了能量损失。

2)连续管上提时，通过PLC控制器对变频电机编程控制，实现控制装置的“恒功率”控制，以及双速马达排量的自动转换，优化了工况的控制。

3)采用“变频电机+变量泵+定量马达”的控制方式，系统可靠性更好。

4)采用机电液一体化控制，简化了人员操作步骤，避免人员误操作引起的误操作。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

附图标记：1是冲洗装置，1-1是安全阀，1-2是蓄能器，1-3是过滤器，1-4是单向阀，1-5是球阀，1-6是冲洗阀，1-7是补油泵，2是双向调速限压装置，2-1是顺序阀，2-2是溢流阀，2-3是双向变量泵，2-4是变频电机，3是停车驻动装置，3-1是电磁阀，3-2是制动器，4是调速阀，5是双向平衡装置，5-1是第一平衡阀，5-2是第二平衡阀，6是压力变送器，7是注入头马达，8是油箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

如图1所示，一种连续管注入头控制装置，包括双向调速限压装置2、停车驻动装置3、双向平衡装置5和冲洗装置1。双向调速限压装置2包括变频电机2-4、双向变量泵2-3、顺序阀2-1和溢流阀2-2，停车驻动装置3包括电磁阀3-1和制动器3-2，双向平衡装置5包括第一平衡阀5-1和第二平衡阀5-2。变频电机2-4与PLC控制器连接，同时变频电机2-4通过联轴器和钟形罩与双向变量泵2-3相连，双向变量泵2-3上的M口与顺序阀2-1的进油口相连，顺序阀2-1的出油口分成两路：一路直接通向双向变量泵2-3的X，另一路与溢流阀2-2的进油口相连，溢流阀2-2的回油口则连接油箱8。双向变量泵2-3的G口与电磁阀3-1的进油口相连，其出油口通过截止阀与制动器3-2的Z油口相连，制动器3-2与注入头马达7相连。注入头马达7的P口与第一平衡阀5-1相连，第一平衡阀5-1的油口A与与双向变量泵2-3的油口A相连；注入头马达7的C口与第二平衡阀5-2相连，第二平衡阀5-2的油口A与与双向变量泵2-3的油口B相连；第一平衡阀5-1和第二平衡阀5-2的油口A与双向变量泵2-3之间的连接管路形成了系统的两条主油路。第一平衡阀5-1的油口B与两个注入头马达7的进油口P相连，第二平衡阀5-2的油口B与两个注入头马达7的油口C相连，注入头马达7的两腔设置有压力变送器6。

冲洗装置由定量马达总回路冲洗部分和定量马达冲洗部分组成，包括球阀1-5、补油泵1-7、过滤器1-3、蓄能器1-2、安全阀1-1、单向阀1-4和冲洗阀1-6，球阀1-5的出油口与补油泵1-7的进油口相连，补油泵1-7的压力油口与过滤器1-3的进油口相连，从过滤器1-3出来的油通过蓄能器1-2稳压后分成三路，其中一路油液与调速阀4的进油口相连，调速阀4的出油口与注入头马达7的冲洗油口F相连，另两路分别通过单向阀1-4与双向变量泵2-3的油口A和油口B相连，冲洗阀1-6的两进油口分别与双向变量泵2-3的油口A和油口B相连，其出油口与油箱8相连。

本发明工作在连续管的上提工况时，变频电机2-4带动双向变量泵2-3转动，双向变量泵2-3输出油液，随着油压升高，制动器3-2在高压油液形成的推力作用下先解开对注入头马达7的制动，然后通过第一平衡阀5-1的高压油驱动，注入头马达7转动，注入头马达7在通过注入头上的链条夹紧装置带动连续管上提，连续管的上提速度是由改变变频电机2-4的转速或双向变量泵2-3的排量来调节的。注入头马达7采用了双排量低速大扭矩柱塞马达，马达自带了排量转换控制的电控双速阀，即当电控双速阀处于失电状态时，注入头马达7处于全排量，当电控双速阀得电时，马达处于半排量状态。考虑到随着连续管的上提，注入头马达7的负载会越来越小，因此可通过在PLC上对变频电机2-4的设置，实现更符合工况的“恒功率”控制，类似于变量马达上“低速大扭矩”和“高速小扭矩”，但适应性和自动调节性更优。同时在注入头马达7两腔设置有压力变送器6，压力变送器6把测得的压力信号传入到PLC控制器，PLC控制器通过对接受到的压力信号与设定值对比指令双速阀是“得电”还是“失电”，实现马达排量的自动转换。

本发明工作在连续管的下注工况时，变频电机2-4带动双向变量泵2-3转动，双向变量泵2-3输出油液，随着油压升高，制动器3-2在油液形成的推力作用下先解开对注入头马达7的制动，为平衡连续管的重力，第二平衡阀5-2节流形成背压，注入头马达7在通过注入头上的链条夹紧装置带动连续管下注，连续管下注的速度是由改变变频电机2-4的转速或双向变量泵2-3的排量来调节的。

冲洗装置用于带走液压系统在工作过程中产生的热量，尤其是当系统工作在连续管下注或下放工况时，势能在第二平衡阀5-2处转化为热能，需要更换大量的高温油来带走产生的热能，以免闭式回路油温过高。

Claims (4)

1.一种连续管注入头控制装置，包括双向调速限压装置（2）、停车驻动装置（3）、双向平衡装置（5）和冲洗装置（1）；所述双向调速限压装置（2）包括双向变量泵（2-3），所述停车驻动装置（3）包括电磁阀（3-1）和制动器（3-2），所述双向平衡装置（5）包括第一平衡阀（5-1）和第二平衡阀（5-2）；所述双向变量泵（2-3）的G口与所述电磁阀（3-1）的进油口相连，其出油口通过截止阀与所述制动器（3-2）的Z油口相连，所述制动器（3-2）与注入头马达（7）相连，所述注入头马达（7）的P口与所述第一平衡阀（5-1）相连，所述第一平衡阀（5-1）的油口A与所述双向变量泵（2-3）的油口A相连，所述注入头马达（7）的C口与所述第二平衡阀（5-2）相连，所述第二平衡阀（5-2）的油口A与所述双向变量泵（2-3）的油口B相连，其特征在于，所述双向调速限压装置还包括变频电机（2-4），所述变频电机（2-4）与所述双向变量泵（2-3）相连；所述注入头马达（7）采用带电控双速阀的双排量低速大扭矩柱塞马达。

2.根据权利要求1所述的连续管注入头控制装置，其特征在于，所述冲洗装置（1）由定量马达总回路冲洗部分和定量马达冲洗部分组成，包括球阀（1-5）、补油泵（1-7）、过滤器（1-3）、蓄能器（1-2）、安全阀（1-1）、单向阀（1-4）和冲洗阀（1-6），所述球阀（1-5）的出油口与补油泵（1-7）的进油口相连，所述补油泵（1-7）的压力油口与所述过滤器（1-3）的进油口相连，从所述过滤器（1-3）出来的油通过蓄能器（1-2）稳压后分成三路，其中一路油液与调速阀（4）的进油口相连，调速阀（4）的出油口与注入头马达（7）的冲洗油口F相连，另两路分别通过单向阀（1-4）与双向变量泵（2-3）的油口A和油口B相连，所述冲洗阀（1-6）的两进油口分别与双向变量泵（2-3）的油口A和油口B相连，其出油口与油箱（8）相连。

3.根据权利要求1所述的连续管注入头控制装置，其特征在于，所述变频电机（2-4）通过联轴器和钟形罩与所述双向变量泵（2-3）相连。

4.根据权利要求1所述的连续管注入头控制装置，其特征在于，所述变频电机（2-4）与PLC控制器连接。

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