CN109179239A - 一种液压测井绞车系统 - Google Patents

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崔萌
于龙
孙伦平
窦嘉
张军帅
邱国宾
杨震
杨东升
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Abstract

本发明涉及一种液压测井绞车系统，包括计算机、CANET转换器、绞车控制器、发电机控制器、绞车显示器、绞车、发电机以及与绞车控制器相连接的多个绞车状态传感器；绞车控制器、发电机控制器、CANET转换器和绞车显示器分别接入绞车CAN通讯网络；计算机与CANET转换器相连接；发电机与发电机控制器相连接；绞车控制器与绞车相连接。本发明自动化程度高，能够通过计算机和绞车控制器实现对绞车运行状态的自动监测、控制和调整，安全性好，不需要工作人员时刻关注绞车测井状态，大大减轻了操作人员的劳动强度，降低了劳动成本，工作效率高，可以很好地满足实际应用的需要。

Description

一种液压测井绞车系统
技术领域
本发明属于油田测井技术领域，具体涉及一种液压测井绞车系统。
背景技术
目前，油田测井绞车以闭式液压传动为主，液压传动的系统复杂、元件多，管线接头易渗漏，维护保养不便。在实际使用中，现有技术存在无智能控制、安全性差、人工操作量大和用工多的技术缺陷，具体来说包括：
1、进行水平井测试时，对恒张力、跟随性的要求较高，而原液压系统操控系统对绞车员的操作经验要求较高，并且还要根据工况进行调整。2、在遇到井况复杂的情况时，遇阻、遇卡在测井高速时因人员操作反应有迟后时间，容易造成事故，安全性差。3、工作人员工作强度大，人工操作若稍有不慎，就极易发生测井事故，所以需要多个工作经验、技术水平、反应能力及责任心很高的操作人员进行工作；由于操作人员的身心劳动强度很大，所以在测井作业过程中需要投入大量的人力成本。4、操控台显示仪表多、操控手柄多，监控为模拟值，因受空间限制，操控手柄易受干涉。5、在测井时需要两个人操控，包括一个绞车操作员和一个测井地面大仪器计算机操作员，两人之间要有沟通，设定要求的技术参数，进行配合操作，不易同步操控，效率低，同时也导致人工成本过高。
在现有技术的测井过程中，液压测井车需要操作人员进行频繁的手动上提、下放操作，来把仪器送到指定的位置在上提测井记录测井曲线。还有，当井下测井仪器将要到达井口或井底时，操作人员需要高度的精力集中，来应变在测井过程中出现的井下情况。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的液压测井绞车系统。
为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
一种液压测井绞车系统，包括计算机、CANET转换器、绞车控制器、发电机控制器、绞车显示器、绞车、发电机以及与绞车控制器相连接的多个绞车状态传感器；绞车控制器、发电机控制器、CANET转换器和绞车显示器分别接入绞车CAN通讯网络；计算机与CANET转换器相连接；发电机与发电机控制器相连接；绞车控制器与绞车相连接。
进一步地，所述液压测井绞车系统还包括电缆张力计、马丁代克和I/O盒；电缆张力计和马丁代克分别与I/O盒相连接，I/O盒与绞车控制器相连接。
进一步地，所述多个绞车状态传感器包括分别与绞车控制器相连接的系统压力变送器、补油压力变送器、负压压力变送器、气压压力变送器和液压油温传感器。
进一步地，计算机与CANET转换器通过以太网通讯连接。
进一步地，绞车控制器通过多个控制阀与绞车相连接，所述控制阀包括断油阀、调压阀、档位阀、绞车油泵控制阀、绞车马达控制阀和绞车滚筒控制阀。
进一步地，所述液压测井绞车系统还包括与绞车控制器相连接的手动控制元件，手动控制元件包括分别与绞车控制器相连接的操作手柄、档位开关、微调旋钮和调压旋钮。
进一步地，所述液压测井绞车系统还包括与绞车控制器无线连接的绞车遥控器。
一种液压测井绞车系统控制方法，采用上述的液压测井绞车系统，包括以下步骤：大仪器计算机通过以太网向CANET转换器发送指令，CANET转换器将此命令转换为CAN标准帧发送至绞车CAN通讯网络，连接到绞车CAN通讯网络中的绞车控制器接收到此命令后，向绞车油泵控制阀发送电流信号，绞车油泵控制阀控制绞车油泵排油从而推动绞车马达转动，绞车马达通过减速机带动绞车滚筒转动。
一种液压测井绞车系统控制方法，采用上述的液压测井绞车系统，包括以下步骤：大仪器计算机通过以太网向CANET转换器发送设定绞车运转速度的指令，CANET转换器将此指令转换为CAN标准帧发送至绞车CAN通讯网络，连接到绞车CAN通讯网络中的绞车控制器接收到此指令后，通过监测马丁代克上的编码器信息得到实时的线速度，通过对实际线速度和目标线速度进行比较，进行PID调节运算，动态调节向绞车油泵控制阀发送电流信号，进而动态调节电缆的线速度至目标速度。
进一步地，当绞车控制器监测到大仪器计算机死机或发送信号异常时，自动切换至手动控制模式，并发出报警信号提示工作人员接手控制绞车系统运行；当大仪器计算机出现故障同时手动控制元件也出现故障无法实现手动操作时，切换至遥控控制模式，工作人员通过与绞车控制器无线连接的绞车遥控器对系统进行遥控操作。
本发明提供的液压测井绞车系统，自动化程度高，能够通过计算机和绞车控制器实现对绞车运行状态的自动监测、控制和调整，安全性好，不需要工作人员时刻关注绞车测井状态，大大减轻了操作人员的劳动强度，降低了劳动成本，工作效率高，可以很好地满足实际应用的需要。
附图说明
图1为本发明的结构框图，箭头代表信号流向。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种液压测井绞车系统，包括大仪器计算机、CANET转换器、绞车控制器、发电机控制器、绞车遥控器、绞车显示器、绞车、发电机、电缆张力计、马丁代克、手动控制元件以及分别与绞车控制器相连接的系统压力变送器、补油压力变送器、辅助压力变送器、负压压力变送器、气压压力变送器、液压油温传感器、I/O盒、断油阀、调压阀和档位阀，大仪器计算机与CANET转换器通过以太网通讯连接；绞车控制器、发电机控制器、CANET转换器和绞车显示器分别接入绞车CAN通讯网络；电缆张力计和马丁代克分别与I/O盒相连接。
手动控制元件包括分别与绞车控制器相连接的操作手柄、档位开关、微调旋钮和调压旋钮等。
绞车底盘与发电机油泵带控制阀机械传动连接。绞车底盘与绞车油泵机械传动连接。绞车油泵与绞车马达液压传动连接。绞车马达与绞车滚筒机械传动连接。绞车底盘与绞车控制器通过CAN通讯连接。发电机油泵带与发电机马达液压传动连接。发电机马达与发电机电棍子机械传动连接。发电机电棍子和发电机油泵带控制阀分别与发电机控制器相连接。绞车遥控器与绞车控制器无线连接。
手动控制元件向绞车控制器发送的是0-5V电压信号。
绞车控制器向绞车油泵控制阀、绞车马达控制阀发送的是电流信号，向绞车刹车阀和断油阀发送的是DC24V开关信号。
系统压力变送器、补油压力变送器、辅助压力变送器、负压压力变送器、气压压力变送器和液压油温传感器向绞车控制器发送的是4-20mA电流信号。发电机控制器向发电机油泵带控制阀发送的是0-600mA电流信号。绞车控制器向绞车油泵控制阀、调压阀和绞车马达控制阀发送的是0-600mA电流信号。发电机电棍子向发电机控制器发送的是模拟信号。I/O盒向绞车控制器发送的是模拟信号。电缆张力计和马丁代克向I/O盒发送的是模拟信号。绞车控制器通过各控制阀实现对绞车的控制。
系统压力变送器、补油压力变送器和负压压力变送器分别设置在绞车油泵的多个测试口上；辅助压力变送器设置在辅助油泵测试口；气压压力变送器设置在绞车底盘气包测压口上；液压油温传感器设置在绞车的液压油箱内；电缆张力计和马丁代克分别设置在液压排缆臂上，电缆张力计也可以挂在测井地滑轮上。上述传感器将检测到的模拟信号发送到绞车控制器，绞车控制器将这些模拟信号处理成数据发送到绞车CAN通讯网络，在绞车显示器上显示出来，并通过CANET转化器传送到大仪器计算机。
工作时，测井绞车底盘提供两套各自独立的PTO(取力器)驱动。一路通过发动机PTO给绞车油泵(绞车变量轴塞电控油泵)提供动力，绞车油泵给绞车马达(绞车变量轴塞电控马达)提供动力，驱动绞车滚筒；另一路通过变速器PTO给发电机油泵(发电机变量轴塞电控油泵)提供动力，发电机油泵给发电机马达(液压马达)提供动力，驱动液压发电机。
进行自动化测井作业时，大仪器计算机可采用两种控制方式，一种为直接控制，例如在需要上提时，大仪器计算机可通过以太网向CANET转换器发送指令，CANET转换器将此命令转换为CAN标准帧发送至绞车CAN通讯网络，连接到绞车CAN通讯网络中的绞车控制器接收到此命令后，向绞车油泵控制阀发送电流信号，绞车油泵控制阀控制绞车油泵排油从而推动绞车马达转动，绞车马达通过减速机带动绞车滚筒转动；另一种控制方式为线速度控制，例如在需要以1000米/小时的速度上提时，大仪器计算机通过以太网向CANET转换器发送“上提速度1000米/小时”的指令，CANET转换器将此指令转换为CAN标准帧发送至绞车CAN通讯网络，连接到绞车CAN通讯网络中的绞车控制器接收到此指令后，通过监测马丁代克上的编码器信息得到实时的线速度，通过对实际线速度和目标线速度进行比较，进行PID调节运算，动态调节向绞车油泵控制阀发送上提阀电流信号，进而动态调节电缆的线速度至目标速度，电缆即可保持恒速状态，不需要根据电缆在绞车滚筒上的缠绕多少再次调节发送命令来调整电缆的线速度，减轻了人员操作的劳动强度。
采用本系统进行测井操控，智能化程度高，可在大仪器计算机上提前设定好要下井的测量段，及其下井速度、上提速度、极限张力、极限差分张力等参数。大仪器计算机自动监测并控制绞车运行状态，测井车即可自动下放运行到测量段上提测井，记录下测井曲线。测井完成后，测井车自动起出仪器到井口停止。人员只需要辅助检测即可完成测井任务。仪器在井下遇阻、遇卡自动报警停车。提示人员手动操作解除井下情况。本系统极大地降低了工作人员因长期紧张工作疲劳引起的井下事故发生率。
在进行测井作业时，还可以通过调节手动控制元件(包括操作手柄、档位开关、微调旋钮、调压旋钮等)来实现滚筒的上提下放运动从而带动连接在电缆上的测井仪器在井中上提下放实现测井数据的记录。操作手柄处于中位时，绞车油泵处于不工作状态，绞车控制器输出刹车信号，断油阀将绞车油泵断油，绞车滚筒刹车阀打开，刹住绞车滚筒使其停止运动。通过调节扭矩阀控制电流大小，调整滚筒上提、下放拉力的大小。当大仪器计算机出现故障，不能顺利完成测井时，绞车控制器监测到大仪器计算机死机或发送信号异常，自动切换至手动控制模式，并发出报警信号，提示工作人员接手控制绞车系统运行，工作人员通过调节手动控制元件实现各种操作，防止发生意外事故。当大仪器计算机出现故障同时手动控制元件也出现故障无法实现手动操作时，工作人员可以通过与绞车控制器无线连接的绞车遥控器对系统进行遥控操作。因此，本系统具备三种不同的控制方式：日常智能化测井采用大仪器计算机控制；临时操作或大仪器计算机故障时采用手动操作控制；这两种控制方式都不能用时还可以采用遥控控制，使得系统的控制有极大冗余度。
监测人员实时监测本系统的绞车状态、底盘状态、测井信息、发电机状态等参数信息。各种信息在大仪器计算机上显示，当大仪器计算机出现显示故障时，也可通过绞车显示器来显示系统的信息。当以上两种显示方式都发生故障时，工作人员还可以通过备用检修机械仪表来获得绞车状态信息，使得绞车状态信息显示有极大冗余度。
当系统监测某项参数异常时，会发出报警，并判断是否需要紧急停机，控制绞车做出相应动作。当出现紧急情况时操作人员也可以按下紧急停止按钮，滚筒制动停止。紧急停止按钮具有最高优先级，保证操作人员在任何情况下都能紧急停下绞车。
绞车马达上安装有超低速阀，使液压马达最低稳定转速由50rpm降低到20rpm，从而达到超低速稳定状态。当绞车控制系统监测到绞车转速无法下降到目标低速是，会自动打开超低速阀，使绞车速度进一步下降至目标速度，完成超低速测井。
使用本系统可以解决测井车进行水平井测井作业过程中电缆与下井钻具运动方向的对应问题以及电缆与下井钻具运动速度的对应问题；进行水平井测井作业时，该系统能够根据下井钻具的动作状态实现对测井车油泵和马达的工作状态的相应调整，达到测井车电缆运动方向和速度与下井钻具的运动方向和速度相一致的目的，而且能让绞车操作员从繁复的工作中解放出来，在轻松平和的心态下进行辅助性操作即可，从而可以减轻水平井测井作业时测井车操作员的身心劳动强度，避免因为人为操作不当造成的电缆拉断、打卷、弯曲、划伤等事故。
本系统可以达到以下有益效果：
(1)智能化程度高：能够实现一键测井，通过大仪器计算机来控制测井绞车的运转、异常情况的判断来保证测井的正常工作，解决了操作员因工作经验少或误操作引起的测井事故；同时，可以减少人工操作量，降低劳动强度：本系统可以通过大仪器计算机设定好相关的测井段、测井速度、极限张力等参数，大仪器计算机自动监测、控制和调整绞车运行状态，测井绞车即可自动运行进行测井，自动化程度高；遇到井下有遇阻及遇卡情况时，测井车自动停止并报警，不需要工作人员时刻密切关注井口状况及绞车显示器上的相关深度、速度、张力等参数并频繁调整测井车的运行状态，从而大大减轻了操作人员的劳动强度；
(2)安全性好：在水平井测井作业中，大仪器计算机会根据下井钻具的动作状态自动对测井车油泵和马达的工作状态做出相应调整，实现测井车电缆运动方向和速度与下井钻具的运动方向和速度相一致，从而可以避免人为误操作造成的电缆拉断、打卷、弯曲、划伤等测井事故，提高水平井测井作业的安全性；
(3)人工成本低：由于本系统可以自动运行完成测井，可以把绞车操作员从高度紧张的工作状态中解脱出来，以节省大量的劳动及人力，从而可以节约成本，提高工作效率；
(4)结构简单：分立元件少，维护方便，操作方便快捷，检测直观，井况复杂时能自动停车，减少了安全上的事故发生。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种液压测井绞车系统，其特征在于，包括计算机、CANET转换器、绞车控制器、发电机控制器、绞车显示器、绞车、发电机以及与绞车控制器相连接的多个绞车状态传感器；绞车控制器、发电机控制器、CANET转换器和绞车显示器分别接入绞车CAN通讯网络；计算机与CANET转换器相连接；发电机与发电机控制器相连接；绞车控制器与绞车相连接。
2.根据权利要求1所述的液压绞车系统，其特征在于，所述液压测井绞车系统还包括电缆张力计、马丁代克和I/O盒；电缆张力计和马丁代克分别与I/O盒相连接，I/O盒与绞车控制器相连接。
3.根据权利要求1所述的液压绞车系统，其特征在于，所述多个绞车状态传感器包括分别与绞车控制器相连接的系统压力变送器、补油压力变送器、负压压力变送器、气压压力变送器和液压油温传感器。
4.根据权利要求1所述的液压绞车系统，其特征在于，计算机与CANET转换器通过以太网通讯连接。
5.根据权利要求1所述的液压绞车系统，其特征在于，绞车控制器通过多个控制阀与绞车相连接，所述控制阀包括断油阀、调压阀、档位阀、绞车油泵控制阀、绞车马达控制阀和绞车滚筒控制阀。
6.根据权利要求1-5所述的液压绞车系统，其特征在于，所述液压测井绞车系统还包括与绞车控制器相连接的手动控制元件，手动控制元件包括分别与绞车控制器相连接的操作手柄、档位开关、微调旋钮和调压旋钮。
7.根据权利要求1-6所述的液压绞车系统，其特征在于，所述液压测井绞车系统还包括与绞车控制器无线连接的绞车遥控器。
8.一种液压测井绞车系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：大仪器计算机通过以太网向CANET转换器发送指令，CANET转换器将此命令转换为CAN标准帧发送至绞车CAN通讯网络，连接到绞车CAN通讯网络中的绞车控制器接收到此命令后，向绞车油泵控制阀发送电流信号，绞车油泵控制阀控制绞车油泵排油从而推动绞车马达转动，绞车马达通过减速机带动绞车滚筒转动。
9.一种液压测井绞车系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：大仪器计算机通过以太网向CANET转换器发送设定绞车运转速度的指令，CANET转换器将此指令转换为CAN标准帧发送至绞车CAN通讯网络，连接到绞车CAN通讯网络中的绞车控制器接收到此指令后，通过监测马丁代克上的编码器信息得到实时的线速度，通过对实际线速度和目标线速度进行比较，进行PID调节运算，动态调节向绞车油泵控制阀发送电流信号，进而动态调节电缆的线速度至目标速度。
10.根据权利要求7、8或9所述的液压测井绞车系统控制方法，其特征在于，当绞车控制器监测到大仪器计算机死机或发送信号异常时，自动切换至手动控制模式，并发出报警信号提示工作人员接手控制绞车系统运行；当大仪器计算机出现故障同时手动控制元件也出现故障无法实现手动操作时，切换至遥控控制模式，工作人员通过与绞车控制器无线连接的绞车遥控器对系统进行遥控操作。
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