CN108643883A - 一种连续管钻井工具用供电与通信系统 - Google Patents

一种连续管钻井工具用供电与通信系统 Download PDF

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李寅
夏炎
李艳丽
尹方雷
高玮
董浩
龚建凯
孙振旭
于彩萍
张昕冉
郑颖异
乔诗涵
单祥斌
孙少亮
赵振东
李壮
邱奔
李庆
林子微
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling

Abstract

本发明涉及一种连续管钻井井下配套工具，特别涉及一种连续管钻井工具用供电与通信系统。该装置包括上位机、地面控制模块、井下工具总供电与通信模块和井下工具通信与控制模块；地面控制模块包括网络适配器、控制电路、整流器Ⅰ、整流器Ⅱ和调制解调器Ⅰ，网络适配器通过网线能够与上位机进行数据通信，控制电路能够接收调制解调器Ⅰ传输的信号并进行处理传送给网络适配器。本发明实现了能够应用于电控式与电液控式的连续管钻井技术，可以满足地面井下双向通信，信号稳定，可靠性高，能为井下提供电力，为电液控工具提供动力，井下工具通信采用总线型结构，方便扩展，有效解决了机械式连续管钻井工具控制精度低、响应速度慢的问题。

Description

一种连续管钻井工具用供电与通信系统
技术领域：
本发明涉及一种连续管钻井井下配套工具，特别涉及一种连续管钻井工具用供电与通信系统。
背景技术：
连续管钻井是近年来发展起来的钻井技术，利用连续管设备进行钻井施工，区别于常规钻井，连续管钻井需要配套专用的井下工具，国外的技术已经比较成熟，而国内仍在起步阶段。根据工作原理的不同，连续管钻井工具分为机械式、电液控式以及电控式。其中，机械式为早期的产品，存在控制精度差，响应速度慢等问题，电液控式与电控式为目前最先进的技术，控制精度高，并且响应速度快。电液控式与电控式的供电与通信系统是连续管钻井工具的重要组成部分。然而国内目前对连续管钻井工具供电与通信系统的研究还属空白，国外对国内也进行技术封锁，不提供技术与工具。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种连续管钻井工具用供电与通信系统，该装置实现了能够应用于电控式与电液控式的连续管钻井技术，可以满足地面井下双向通信，信号稳定，可靠性高，能为井下提供电力，为电液控工具提供动力，井下工具通信采用总线型结构，方便扩展，有效解决了机械式连续管钻井工具控制精度低、响应速度慢的问题，打破了国外对国内在连续管钻井技术电液控与电控式工具方面的封锁，为国内发展连续管钻井技术有极大的促进作用。克服了现有电控式与电液控式的连续管钻井工具供电与通信系统的研究还属空白的不足。
本发明所采取的技术方案是：一种连续管钻井工具用供电与通信系统，包括上位机、地面控制模块、井下工具总供电与通信模块和井下工具通信与控制模块；地面控制模块包括网络适配器、控制电路、整流器Ⅰ、整流器Ⅱ和调制解调器Ⅰ，网络适配器通过网线能够与上位机进行数据通信，控制电路能够接收调制解调器Ⅰ传输的信号并进行处理传送给网络适配器，控制电路能够接收网络适配器传输的指令并进行处理传送给调制解调器Ⅰ，整流器Ⅰ将220V交流电转换为低压直流电并能够为地面控制模块的电子元件供电，整流器Ⅱ将220V交流电转换为高压直流电并能够为井下工具提供电力；
井下工具总供电与通信模块安装在井下工具中，井下工具总供电与通信模块包括调制解调器Ⅱ、直流转换器Ⅰ和总通信模块，调制解调器Ⅱ与调制解调器Ⅰ通过电缆相连，调制解调器Ⅱ与总通信模块相连，总通信模块能够接收各井下工具通信与控制模块中的通信模块传输的信号并能够向各通信模块发送指令，直流转换器Ⅰ将电缆传输的高压直流电转换为低压直流电并能够为井下执行元件、井下工具总供电与通信模块和各井下工具通信与控制模块供电；
各井下工具通信与控制模块分别封装在各井下工具内，井下工具通信与控制模块包括直流转换器Ⅱ、通信模块、控制模块和驱动板，直流转换器Ⅱ将直流转换器Ⅰ传输过来的低压直流电再次转换并能够为井下工具通信与控制模块的电子元件供电，通信模块能够接收控制模块传输的数据并能够向控制模块发送指令，控制模块能够接收传感器采集的数据，控制模块能够向驱动板发出指令，驱动板接收指令后能够驱动执行元件工作。
地面控制模块集成在连续管钻机的控制室内。
地面控制模块设置在能够移动的控制箱内。
本发明的有益效果是：本发明实现了能够应用于电控式与电液控式的连续管钻井技术，可以满足地面井下双向通信，信号稳定，可靠性高，能为井下提供电力，为电液控工具提供动力，井下工具通信采用总线型结构，方便扩展，有效解决了机械式连续管钻井工具控制精度低、响应速度慢的问题，打破了国外对国内在连续管钻井技术电液控与电控式工具方面的封锁，为国内发展连续管钻井技术有极大的促进作用。
附图说明：
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式：
如图1所示，一种连续管钻井工具用供电与通信系统，包括上位机1、地面控制模块、井下工具总供电与通信模块和井下工具通信与控制模块；上位机1为带有人机界面的工控机或PC，人机界面中包含显示传感器5数据的界面以及控制界面。控制界面包括设置各项控制参数的功能以及下达指令的功能。
地面控制模块包括网络适配器3、控制电路4、整流器Ⅰ6、整流器Ⅱ7和调制解调器Ⅰ8，网络适配器3通过网线能够与上位机1进行数据通信，控制电路4能够接收调制解调器Ⅰ8传输的信号并进行处理传送给网络适配器3，控制电路4能够接收网络适配器3传输的指令并进行处理传送给调制解调器Ⅰ8，调制解调器Ⅰ8将指令调制成载波信号通过电缆9向井下工具总供电与通信模块传输，将井下工具总供电与通信模块传输的数据解码后发送到控制电路4，实现双向通信。整流器Ⅰ6将220V交流电转换为低压直流电并能够为地面控制模块的电子元件供电，整流器Ⅱ7将220V交流电转换为高压直流电并能够为井下工具提供电力，同时减少传输损耗。
井下工具总供电与通信模块安装在井下工具中，封装在第一个电控、电液控工具内，一般是丢手类安全接头。井下工具总供电与通信模块包括调制解调器Ⅱ10、直流转换器Ⅰ11和总通信模块12，调制解调器Ⅱ10与调制解调器Ⅰ8通过电缆9相连，调制解调器Ⅱ10与总通信模块12相连，调制解调器Ⅱ10将总通信模块12发出的数据编码后通过电缆9发送到地面控制模块，也接收地面控制模块发出的指令，解码后发送到总通信模块12。总通信模块12能够接收各井下工具通信与控制模块中的通信模块14传输的信号并能够向各通信模块14发送指令，各井下工具的井下工具通信模块与总供电与通信模块之间的通信属于总线型通信方式。直流转换器Ⅰ11将电缆9传输的高压直流电转换为低压直流电(一般为48V)并能够为井下执行元件2、井下工具总供电与通信模块和各井下工具通信与控制模块供电，电缆9为双层铠装单芯或多芯电缆，具有很高的强度，能够良好的保护电缆。电缆9既作为电力线提供电力，也作为通信电缆传输信号。
各井下工具通信与控制模块分别封装在各井下工具内，井下工具通信与控制模块包括直流转换器Ⅱ13、通信模块14、控制模块15和驱动板16，直流转换器Ⅱ13将直流转换器Ⅰ11传输过来的低压直流电再次转换并能够为井下工具通信与控制模块的电子元件供电，通信模块14能够接收控制模块15传输的数据并能够向控制模块15发送指令，控制模块15能够接收传感器5采集的数据，控制模块15能够向驱动板16发出指令，驱动板16接收指令后能够驱动执行元件2工作，执行元件2主要包括电机、电磁阀等。
地面控制模块集成在连续管钻机的控制室内。
地面控制模块设置在能够移动的控制箱内。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种连续管钻井工具用供电与通信系统，包括上位机(1)、地面控制模块、井下工具总供电与通信模块和井下工具通信与控制模块；其特征在于：地面控制模块包括网络适配器(3)、控制电路(4)、整流器Ⅰ(6)、整流器Ⅱ(7)和调制解调器Ⅰ(8)，网络适配器(3)通过网线能够与上位机(1)进行数据通信，控制电路(4)能够接收调制解调器Ⅰ(8)传输的信号并进行处理传送给网络适配器(3)，控制电路(4)能够接收网络适配器(3)传输的指令并进行处理传送给调制解调器Ⅰ(8)，整流器Ⅰ(6)将220V交流电转换为低压直流电并能够为地面控制模块的电子元件供电，整流器Ⅱ(7)将220V交流电转换为高压直流电并能够为井下工具提供电力；
井下工具总供电与通信模块安装在井下工具中，井下工具总供电与通信模块包括调制解调器Ⅱ(10)、直流转换器Ⅰ(11)和总通信模块(12)，调制解调器Ⅱ(10)与调制解调器Ⅰ(8)通过电缆(9)相连，调制解调器Ⅱ(10)与总通信模块(12)相连，总通信模块(12)能够接收各井下工具通信与控制模块中的通信模块(14)传输的信号并能够向各通信模块(14)发送指令，直流转换器Ⅰ(11)将电缆(9)传输的高压直流电转换为低压直流电并能够为井下执行元件(2)、井下工具总供电与通信模块和各井下工具通信与控制模块供电；
各井下工具通信与控制模块分别封装在各井下工具内，井下工具通信与控制模块包括直流转换器Ⅱ(13)、通信模块(14)、控制模块(15)和驱动板(16)，直流转换器Ⅱ(13)将直流转换器Ⅰ(11)传输过来的低压直流电再次转换并能够为井下工具通信与控制模块的电子元件供电，通信模块(14)能够接收控制模块(15)传输的数据并能够向控制模块(15)发送指令，控制模块(15)能够接收传感器(5)采集的数据，控制模块(15)能够向驱动板(16)发出指令，驱动板(16)接收指令后能够驱动执行元件(2)工作。
2.按照权利要求1所述的连续管钻井工具用供电与通信系统，其特征在于：所述地面控制模块集成在连续管钻机的控制室内。
3.按照权利要求1所述的连续管钻井工具用供电与通信系统，其特征在于：所述地面控制模块设置在能够移动的控制箱内。
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