CN103057965B - 灰罐控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种灰罐控制系统，所述灰罐控制系统包括：左舷灰罐检测控制器，用于检测位于左舷的第一灰罐的信息并发送；右舷灰罐检测控制器，用于检测位于右舷的第二灰罐的信息并发送；系统控制器，用于对接收到的所述第一灰罐的信息和所述第二灰罐的信息进行处理，并向所述左舷灰罐检测控制器和右舷灰罐检测控制器发送控制信息。本发明灰罐控制系统，控制集成度好，控制精度高。

Description

灰罐控制系统

技术领域

本发明涉及一种灰罐控制系统，尤其涉及一种用于钻井平台上的用于存储和输送灰料的灰罐控制系统。

背景技术

钻井平台用的灰罐结构形式一般为圆柱锥体立式形式，锥形立式储灰罐因其罐体容积大，占地面积小，结构简单，使用性、安全性、运移性和经济性都较好，所以广泛被应用于自身式钻井平台的装灰系统中。但是，由于气力输灰流动的随机性，导致在装灰和下灰的过程中，都无法进行准确的实时灰量计量，通常采用液压式称重，这种方式不仅增加了罐体结构重量，降低了罐的结构强度，易受罐体连接管线及罐体水平度影响测量精度差，不能直接反应罐内的料位，零点漂移现象明显等缺点。阀门控制也通常采用气动阀和电动气控阀组合的方式，这种技术自动化控制水平较低，不能将信号采集和自动控制有机的结合。整个灰罐的布局由于受到平台整体布局的影响，通常的分布为左舷4个灰罐，右舷4个灰罐，散料舱2个缓冲罐，悬臂梁内部1个水泥缓冲罐。

目前，在自升式钻井平台上钻井和固井储灰罐在散灰的传输过程中通常都采用半自动、就地控制方式，这种方式传输效率低、控制精度不高，这对钻井和固井的质量也有很大的影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种灰罐控制系统，控制集成度好，控制精度高。

为实现上述目的，本发明提供了一种灰罐控制系统，所述灰罐控制系统包括：

左舷灰罐检测控制器，用于检测位于左舷的第一灰罐的信息并发送；

右舷灰罐检测控制器，用于检测位于右舷的第二灰罐的信息并发送；

系统控制器，用于对接收到的所述第一灰罐的信息和所述第二灰罐的信息进行处理，并向所述左舷灰罐检测控制器和右舷灰罐检测控制器发送控制信息。

本发明灰罐控制系统，控制集成度好，控制精度高。

附图说明

图1为本发明灰罐控制系统的示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明在现有的散灰传输的工艺流程的基础之上，提出使用新型电子雷达导波测量技术，阀门控制采用全自动的电动气控阀，通过现场总线技术将系统参数采集、阀门控制融入到钻井控制系统中，实现司钻一体化控制。

图1为本发明灰罐控制系统的示意图，如图所示，本发明灰罐控制系统具体包括：系统控制器1、左舷灰罐检测控制器2和右舷灰罐检测控制器3。系统控制器1分别与左舷灰罐检测控制器2和右舷灰罐检测控制器3相连接。

左舷灰罐检测控制器2用于检测位于左舷的第一灰罐的信息并发送；右舷灰罐检测控制器3用于检测位于右舷的第二灰罐的信息并发送；系统控制器1用于对接收到的第一灰罐的信息和第二灰罐的信息进行处理，并向左舷灰罐检测控制器和右舷灰罐检测控制器发送控制信息。

具体的，系统控制器1通过总线分别与左舷灰罐检测控制器2和右舷灰罐检测控制器3相连接。另外，还包括显示器4，与系统控制器1相连接，用于显示灰罐信息。

再如图1所示，左舷灰罐检测控制器2包括：第一检测控制单元20、电控气动阀21、压力传感器22、液位传感器23、温度传感器24、进气电磁阀25和排气电磁阀26。

第一检测控制单元20用于接收第一灰罐的信息和发送控制信息；电控气动阀21与第一检测控制单元20相连接。压力传感器22、液位传感器23和温度传感器24，分别与第一检测控制单元20相连接。进气电磁阀25和排气电磁阀26，分别与第一检测控制单元20相连接。

右舷灰罐检测控制器3包括：第二检测控制单元30、电控气动阀31、压力传感器32、液位传感器33、温度传感器34、进气电磁阀35和排气电磁阀36。

第二检测控制单元30用于接收第二灰罐的信息和发送控制信息；电控气动阀31与第二检测控制单元30相连接。压力传感器32、液位传感器33和温度传感器34，分别与第二检测控制单元30相连接。进气电磁阀35和排气电磁阀36，分别与第二检测控制单元30相连接。

另外，灰罐控制系统还包括：第一加热器51，与左舷灰罐检测控制器2相连接；第二加热器52，与右舷灰罐检测控制器3相连接。

钻井泥浆中的膨润土和重晶石以及固井系统中的水泥通过钻井支持船经过管线输送到灰罐中保存。若钻井需要时再通过吹灰系统经过管线传输到缓冲罐进入各系统。整个吹灰系统的动力为压缩机空气，自升式钻井平台上通常有8个灰罐，2个泥浆缓冲罐，1个水泥缓冲罐。整个吹灰系统的传输通过采用空气动力学原理和PLC计算机系统实现输送全电脑自动化控制。它以压缩空气为动力介质采用了气固两相流技术，当罐内物料经过特定的气化元件加注一定量的压缩空气实现粉状介质在平台上高效无损耗传输。

在钻井支持船准备向平台输送散灰之前，平台人员应先确认首先向那个灰罐输送，以便开启不同的电动气控阀，同时将输灰的气源接通。通过司钻房的触模屏的重量及物料显示来确认是否已输灰完成，在输灰的过程中压缩空气也在不断的进入灰罐，若灰罐压力超过了0.42MPA(值可调)位于罐顶的安全阀自动打开，位于罐顶的散灰将随着管线排放到安全区域。当一个灰罐输灰完毕，将在触模屏上开启其它电动气控阀，同样重复以上过程。输灰完毕以后，在平台需要搭配泥浆的时候，在司钻房触模屏上开启电动气控阀，同时接通压缩气源，将散灰输送到泥浆缓冲罐中或者水泥缓冲罐中。每个灰罐中的散灰可以互相的转移，其控制通过电动气控阀的开启，同时启动压缩气源来实现。如图1为输灰系统的传输工艺流程图。

灰罐系统的检测及阀门控制是通过采集灰罐系统的压力传感器、称重传感器信号以及控制各个电动气控阀的开启来实现的，整个系统将采集的信号通过CPU运算处理，并通过触摸屏显示和控制。其压力的设定和灰罐称重报警值的设定都可以在触摸屏上修改调整。所有阀件的控制可以通过司钻房的触摸屏上轻松的按照输灰传输流程进行控制。

由于气力输灰流动的随机性，导致在装灰和下灰的过程中，都无法进行准确的实时灰量计量。准确的实时计量下灰量和罐体内灰量对固井质量及泥浆液的配置有着非常重要的。将电子雷达导波测量料位方式运用于灰罐的料位检测中避免了接触式测量的物料的冲击力及震动、腐蚀等因素引起的误差，从而保证其相当高的动态测量精度以及电子雷达导波测量所无法比拟的长期稳定性和使用寿命。

散装泥浆和水泥通过钻井支持船在左舷或者右舷的位置通过管线将输入灰罐中，以及各个灰罐中的散装泥浆和水泥相互的传输转移。这些过程是通过控制不同阀件的开和关来实现的，这些阀件全部采用电动气控阀，实现智能控制及状态检测。

整个钻井平台的所有灰罐控制系统由46个电动气控蝶阀、11个雷达导波测量传感器、15个压力传感器、8个温度传感器、8个加热器、8个进气电磁阀、8个排气电磁阀组成。每个灰罐的输灰过程需要操作4-8个蝶阀。采用电动气控阀，每一个工艺流程只需在触模屏上操作一次即可完成工艺要求，整个工艺分64种操作，即钻井支持船可以向任何一个灰罐传输散灰一共8种操作模式，同时每一个灰罐可以向剩余的其它7个灰罐转移散灰一共56种操作模式，这么多种可操作模式若采用现场本地手动或半自动控制，很容易出现混乱。根据排列组合，我们可以在触摸屏上设定8个选择按钮(P1-P8)代表8个罐和1个启动按钮(S1)和停止按钮(S2)，在每次传输过程中都可以在触模屏上手动设定料位阀值，当液位传感器检测到阀值位置时，工作的电动气控阀自动复位。

触摸屏上有8个罐体指示按钮和罐体料位设定阀值操作，若罐体到达其设定阀值料位，则该罐体指示按钮显红色，此时任何向该罐体加散灰的操作都是无效的，只有当红色指示取消后，操作才有效。

钻井支持船接通平台管线后，在散灰传输到平台总管线阀时，触摸屏将通过压力传感器信号指示可以进行加散灰操作，我们可以通过触摸屏上的罐体按钮向任何一个罐体增加散灰(该按钮将连锁相应的电动气控阀进行开启操作)。

若罐体内的温湿度传感器，检测到罐体内温度超过一定值(数值可在触摸屏上设定)，则加热器自动关闭。若罐体内检测到罐内湿度超过一定值((数值可在触摸屏上设定)，加热器可自动启动。

在现有技术的基础之上，本发明更注重人性化，避免了海上恶劣环境在露天工作的时间，钻井控制更加集成化，提供了工作效率，同时省去了灰罐现场的CPU处理单元、触模屏等。

锥形立式储灰罐因其罐体容积大，占地面积小，结构简单，使用性、安全性、运移性和经济性都较好，所以广泛被应用于自升式钻井平台装灰系统中。水泥灰粉依靠高压气体通过进料管1输送到罐中。开始时被吹入灰罐的水泥灰粉是松软的，呈悬浮状态，其溶重比为1∶1.3左右，随着时间的延长，其重度会增大，直至装满罐体。下灰时，压缩空气进入到罐体内，经分配器进入各个喷嘴.形成均匀的稳定的高速气流.水泥颗粒在多个周向喷嘴的联合作用下悬浮起来，实现水泥的气化，打开阀门，实现出灰。

由于进料或出料时管内的气灰比例并非恒定值，这就给计量带来了很大的困难，而若使用探头在进出料符内进行接触式侧量，物料流动变化引起的冲击、振动和各种干扰因素的影响，使精度难以保证，误差大。所以采用非接触式计量方法就可以避免上述情况的影响。

电子雷达导波测量料位方式：即采用了雷达导波传感器并安装罐的顶部，对罐内材料进行连续的测量。导波雷达是基于TDR(时间行程)原理的测量仪表。探头发出高频脉冲并沿缆绳传播，当脉冲遇到物料表面时反射回来被仪表内接收器接收。通过独特的等效采样技术，将记录脉冲发射到接收之间的时间差，最终转化为仪表到物位之间的距离。并将距离信号转化为物位信号。如图所示：

该传感器主要特点如下：

很高的工业等级设计，免维护解决方案；

通过导波电缆，脉冲微波被聚焦，用于复杂的测量任务；

测量不受粉尘和蒸汽的影响。即使过程条件十分恶劣，比如：粉尘和蒸汽十分强烈，测量精度也不会收到影响；

不受介质特性的变化，比如：密度、颗粒大小、湿度、固料的堆角，都不会影响测量结果；

测量范围以及压力范围大。测量范围可达0-30m，特别适用于高细的容器，测量压力达16bar；

不受由于搅拌，介质产生波动的影响；

接线简单，传感器可以通过一根两芯导线同时供电和传输输出信号。测量值可以是数字信号或模拟信号(4-20mA)；

电子雷达导波测量这一工作原理决定了它独特的属性——非接触测量方式，避免了接触式测量的物料的冲击力及震动、腐蚀等因素引起的误差，从而保证其相当高的动态测量精度以及电子雷达导波测量所无法比拟的长期稳定性和使用寿命。储灰罐由于其装灰、下灰时内在流动的随机性，导致了动态计量难以解决，电子雷达导波测量作为一种智能化的非接触式计量仪器，可实现物料的在线连续计量与监测，能够实现对水泥灰量的动态计量。根据固井水泥灰流动的随机性和灰罐结构的特殊性，设计了使用瞬时流量计量精确的雷达导波测量，对灰料流量的数据采集系统，计算机数据积分处理的在线监测的测量系统。

采用本发明的灰罐控制系统大大提高了使用效率和减小了工人的工作强度，控制集成度好，控制精度高。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种灰罐控制系统，其特征在于，所述灰罐控制系统包括：

左舷灰罐检测控制器，用于检测位于左舷的第一灰罐的信息并发送；

右舷灰罐检测控制器，用于检测位于右舷的第二灰罐的信息并发送；

系统控制器，用于对接收到的所述第一灰罐的信息和所述第二灰罐的信息进行处理，并向所述左舷灰罐检测控制器和右舷灰罐检测控制器发送控制信息；

显示器，与所述系统控制器相连接，用于显示灰罐信息；

第一加热器，与所述左舷灰罐检测控制器相连接；

第二加热器，与所述右舷灰罐检测控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的灰罐控制系统，其特征在于，所述系统控制器通过总线分别与所述左舷灰罐检测控制器和右舷灰罐检测控制器相连接。

3.根据权利要求1所述的灰罐控制系统，其特征在于，所述左舷灰罐检测控制器包括：

第一检测控制单元，用于接收所述第一灰罐的信息和发送所述控制信息；

电控气动阀，与所述第一检测控制单元相连接。

4.根据权利要求3所述的灰罐控制系统，其特征在于，所述左舷灰罐检测控制器还包括：压力传感器、液位传感器和温度传感器，分别与所述第一检测控制单元相连接。

5.根据权利要求4所述的灰罐控制系统，其特征在于，所述左舷灰罐检测控制器还包括：进气电磁阀和排气电磁阀，分别与所述第一检测控制单元相连接。

6.根据权利要求1所述的灰罐控制系统，其特征在于，所述右舷灰罐检测控制器包括：

第二检测控制单元，用于接收所述第二灰罐的信息和发送所述控制信息；

电控气动阀，与所述第二检测控制单元相连接。

7.根据权利要求6所述的灰罐控制系统，其特征在于，所述右舷灰罐检测控制器还包括：压力传感器、液位传感器和温度传感器，分别与所述第二检测控制单元相连接。

8.根据权利要求7所述的灰罐控制系统，其特征在于，所述右舷灰罐检测控制器还包括：进气电磁阀和排气电磁阀，分别与所述第二检测控制单元相连接。