CN109343380A - 一种电子指挥控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子指挥控制装置，包括电子指挥器、用以处理电子指挥器数据的控制表头、能够通断供气的电磁阀组以及气动薄膜阀；所述控制表头和电磁阀组安装在井口的套压处，以便获得驱动气动薄膜阀的气源；所述控制表头与电子指挥器通过地埋线连接，电磁阀组的驱动端与控制表头连接。本发明对天然气井口管线上的气动薄膜阀进行智能化控制，包括实现控制开度、缓慢开井、携液、减小对下游管线冲击和智能化控制来保护下游管线和保证产气等功能，具有结构简单、维护施工便捷、功能强大的特点。
Description
技术领域
本发明属于天然气设备技术领域，涉及井口装置，尤其是一种保证气井中后期平稳生产的电子指挥控制装置。
背景技术
现有技术中，控制气井井口管线通断的方式有很多种，气动薄膜阀是其中一种安全、便捷的方式，目前控制气动薄膜阀开关大多是采用一个电磁阀；但是其只能实现气动薄膜阀全开和全关两种状态；不能实现低产气井缓慢开井、携液、减小对下游管线冲击和开度控制等功能，另外，现有技术中不能实现智能控制气动薄膜阀开度而保护下游管线和保证生产气的功能，智能化水平低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种电子指挥器装置，其能够对天然气井口管线上的气动薄膜阀进行智能化控制，包括实现控制开度、缓慢开井、携液、减小对下游管线冲击和智能化控制来保护下游管线和保证产气等功能，具有结构简单、维护施工便捷、功能强大的特点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
这种电子指挥控制装置，包括电子指挥器、用以处理电子指挥器数据的控制表头、能够通断供气及压力保持的电磁阀组以及气动薄膜阀；所述控制表头和电磁阀组安装在井口的套压处，以便获得驱动气动薄膜阀的气源；所述控制表头与电子指挥器通过地埋线连接，电磁阀组的驱动端与控制表头连接。
进一步，上述电子指挥器利用支架固定到气动薄膜阀上。
进一步，上述电子指挥器包括两路压力采集电路、数据处理电路和数据发送电路；两路压力采集电路分别采集气动薄膜阀下游压力和气动薄膜阀的供气压力，数据处理电路将两路压力采集电路数据处理并通过数据发送电路将数据发送至控制表头。
进一步，上述两路压力采集电路为两路压力传感器。
进一步，上述控制表头和电磁阀组是安装在气田井口套压处的取压法兰上，控制表头将收到电子指挥器的数据与设置的各项数据进行比较处理，之后控制电磁阀组来控制气动薄膜阀的供气压力，从而实现开度控制、缓慢开井和管线保护功能
进一步，上述气动薄膜阀安装在天然气井口管线的针阀下游，截断阀上游；电子指挥器安装于气动薄膜阀上；控制表头和电磁阀组安装在套压端的取压法兰上；电子指挥器包括气动薄膜阀供气出口、气动薄膜阀下游压力测量口、气动薄膜阀供气入口和电源和反馈信号线接口；控制表头包括表头第一接口、表头第二接口和表头第三接口；电磁阀组包括气动薄膜阀供气入口、第一电磁阀驱动的出线口和第二电磁阀驱动的出线口；气动薄膜阀包括气动薄膜阀下游压力测量接口和气动薄膜阀供气接口；
其中电子指挥器的气动薄膜阀供气出口接气动薄膜阀的气动薄膜阀供气接口，气动薄膜阀下游压力测量口接气动薄膜阀下游压力接口，气动薄膜阀供气入口接气动薄膜阀供气入口，电源和反馈信号线接口接控制表头的表头第三接口；电磁阀组的第一电磁阀驱动的出线口接控制表头的表头第二接口，电磁阀组的第二电磁阀驱动的出线口接控制表头的表头第一接口。
进一步，上述控制表头包括单片机处理模块，所述单片机处理模块分别连接有压力采集电路的电压控制电路、采集驱动电磁阀组电压电路、单片机低压复位电路、压力信号采集电路、按键设置电路、数据传输模块、驱动电磁阀组的控制电路、液晶背光控制电路、液晶显示电路和外部扩展RAM；所述压力采集电路的电压控制电路的输出连接有输入电源保护电路的输入，输入电源保护电路的输出连接有第四电压转换电路的输入，第四电压转换电路的输出连接有恒流源电路的输入，恒流源电路的输出连接压力传感器的输入，压力传感器的输出连接有输出信号调节电路的输入，输出信用调节电路的输出连接有压力信号采集电路；所述压力采集电路的电压控制电路的输入连接有第三电压转换电路的输出，第三电压转换电路的输入连接有输入电源保护电路的输出；所述输出电源保护电路的输入连接有电源模块；所述输出电源保护电路的输出还分别连接有第一电压转换电路、第二电压转换电路和供电电压采集电路的输入；所述第一电压转换电路的输出连接有超级电容充电电路的输入，超级电容充电电路的输出连接至驱动电磁阀组的控制电路；驱动电磁阀组的控制电路的输出连接至电磁阀组；所述第二电压转换电路和供电电压采集电路的输出分别连接至单片机处理模块。
进一步，上述单片机处理模块为低功耗的MSP430单片机；所述数据传输模块通过数据传输保护电路连接到数据远传接口。
进一步，上述电子指挥器包括单片机处理模块，该单片机处理模块分别连接有低电压单片机复位电路、传感器组、恒流源电压控制电路和输出传输模块；其中恒流源电压控制电路的输入连接有两路电压转换电路的输出，两路电压转换电路的输入连接有输入电源保护电路，输入电源保护电路的输入连接有宽电压输入电源，所述恒流源电压控制电路的输出连接有两路恒流源电路，两束恒流源电路分别连接有传感器。所述单片机处理模块为低功耗的MSP430单片机。
本发明具有以下有益效果：
本发明在天然气井后期平稳生产中采用模块化设计，一体化结构设计，具有维护安装调试便捷等特点
进一步，本发明的装置可以通过在控制表头上设置气动薄膜阀的首次开度、剩余动作次数和动作间隔时间等参数，再结合电子指挥器来实现缓慢开井和携液等功能，具有设置简单、后期维护方便等特点。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的气动薄膜阀D示意图；
图3为本发明的电子指挥器A示意图；
图4为本发明的控制表头B示意图；
图5为本发明的电磁阀组C示意图；
图6为本发明的控制表头B的电路示意框图；
图7为本发明的电子指挥器A的电路示意框图。
其中：A为电子指挥器；B为控制表头；C为电磁阀组；D为气动薄膜阀；
A1为气动薄膜阀供气出口；A2为气动薄膜阀下游压力测量口；A3为气动薄膜阀供气入口；A4为电源和反馈信号线接口；
B1为表头第一接口；B2为表头第二接口；B3为表头第三接口；
C1为连接电子指挥器的气动薄膜阀供气入口；C2为第一电磁阀驱动的出线口；C3为第二电磁阀驱动的出线口；C4为气源接口；
D1为气动薄膜阀下游压力测量接口；D2为气动薄膜阀供气接口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1：本发明的电子指挥控制装置，包括电子指挥器A、用以处理电子指挥器A数据的控制表头B、能够通断供气的电磁阀组C以及气动薄膜阀D；所述控制表头B和电磁阀组C安装在井口的套压处，以便获得驱动气动薄膜阀D的气源；控制表头B与电子指挥器A通过地埋线连接，电磁阀组C的驱动端与控制表头B连接。
电子指挥器A利用支架固定到气动薄膜阀D上。电子指挥器A包括两路压力采集电路、数据处理电路和数据发送电路；两路压力采集电路分别采集气动薄膜阀D下游压力和气动薄膜阀D的供气压力，数据处理电路将两路压力采集电路数据处理并通过数据发送电路将数据发送至控制表头B。两路压力采集电路为两路压力传感器。控制表头B和电磁阀组C是安装在气田井口套压处的取压法兰上，控制表头B将收到电子指挥器A的数据与设置的各项数据进行比较处理，之后控制电磁阀组C来控制气动薄膜阀D的供气压力，从而实现开度控制、缓慢开井和管线保护功能
以下结合附图详细说明本发明的连接关系：
如图1-图5，气动薄膜阀D安装在天然气井口管线的针阀下游，截断阀上游；电子指挥器A安装于气动薄膜阀D上；控制表头B和电磁阀组C安装在套压端的取压法兰上；电子指挥器A包括气动薄膜阀供气出口A1、气动薄膜阀下游压力测量口A2、气动薄膜阀供气入口A3和电源和反馈信号线接口A4；控制表头B包括表头第一接口B1、表头第二接口B2和表头第三接口B3；电磁阀组C包括气动薄膜阀供气入口C1、第一电磁阀驱动的出线口C2和第二电磁阀驱动的出线口C3以及气源接口；气动薄膜阀D包括气动薄膜阀下游压力测量接口D1和气动薄膜阀供气接口D2；
其中电子指挥器A的气动薄膜阀供气出口A1接气动薄膜阀D的气动薄膜阀供气接口D2，气动薄膜阀下游压力测量口A2接气动薄膜阀下游压力接口D1，气动薄膜阀供气入口A3接气动薄膜阀供气入口C1，电源和反馈信号线接口A4接控制表头B的表头第三接口B3；电磁阀组C的第一电磁阀驱动的出线口C2接控制表头B的表头第二接口B2，电磁阀组C的第二电磁阀驱动的出线口C3接控制表头B的表头第一接口B1。
以下结合附图2-5对组成本发明的各个器件进行详细说明：
如图2所示为气动薄膜阀D，如图共有2个接口，D1为气动薄膜阀下游压力测量接口，D2为气动薄膜阀供气接口；工作原理：在接口气动薄膜阀供气接口D2供气，则气动薄膜阀D打开(气动薄膜阀上下游导通)，若气动薄膜阀供气接口D2放空则气动薄膜阀关闭(气动薄膜阀上下游断开)；气动薄膜阀D供气大致范围：0-200Kpa(0-30PSI)；气动薄膜阀D的开度基本和供气压力呈线性关系，基于此原理，后面的开度控制功能就是对气动薄膜阀D供对应的气压来达到相对应的开度
如图3所示为电子指挥器A装置，如图共有四个接口，A1为气动薄膜阀供气出口，A2为气动薄膜阀下游压力测量口，A3为气动薄膜阀供气入口，A4为电源和反馈信号线接口；基本工作原理：气动薄膜阀供气出口A1和气动薄膜阀供气入口A3测量出供给到气动薄膜阀D的压力，气动薄膜阀下游压力测量口A2测量出气动薄膜阀D下游压力，电源和反馈信号线接口A4将测量的两组压力数据反馈到控制表头B
如图4所示为控制表头B，如图共有三个接线口，B1为表头第一接口；B2为表头第二接口；B3为表头第三接口。B1和B2分别接电磁阀组(共两个电磁阀)，B3接电子指挥器A的A4接口；部分工作原理：可设置一些基本的保护压力参数与测量的实际压力参数做比较处理，来控制电磁阀通断，进一步控制给气动薄膜阀D供气压力，进一步来实现上述所述的相应功能
如图5所示为电磁阀组C，如图共四个接口，C1为连接电子指挥器的气动薄膜阀供气入口，C2和C3为电磁阀驱动的出线口，连接控制表头B的B1和B2，C4为气源接口；工作原理：电磁阀组C包括两个单个电磁阀，一个为两位两通，另一个为两位三通，连接方式，气源接口接两位两通电磁阀的入口，其出口接两位三通的入口，其出口接指挥器的A3接口，两位两通的功能是负责打开或关断气源，两位三通负责打开或关断排泄孔，通过这组电磁阀各自打开关断状态的组合来实现上述所述的各个功能。
本发明的整体工作原理描述如下：
A.打开气动薄膜阀的工作流程：控制表头控制两位两通电磁阀打开气源通道，两位三通电磁阀关断排泄孔，气源气体直接到达电子指挥器的气动薄膜阀供气入口A3，再通过电子指挥器的气动薄膜阀供气出口A1，再接到气动薄膜阀的D2接口，同时，电子指挥器测量气动薄膜阀供气压力并将数据反馈到控制表头，当控制表头接收的气动薄膜阀压力达到200Kpa时，控制两位两通电磁阀关断气源，从而气动薄膜阀中保持住200Kpa气压，此时气动薄膜阀处于全开状态；
B.关闭气动薄膜阀的工作流程：控制表头控制两位两通电磁阀关断气源通道，两位三通电磁阀打开排泄孔，气体由气动薄膜阀的D2接口到电子指挥器的气动薄膜阀供气出口D1，再到电子指挥器的气动薄膜阀供气入口A3，再到两位三通电磁阀，由排泄孔泄气，此时气动薄膜阀处于全关状态
C.气动薄膜阀缓慢打开的工作流程：首先在控制表头中设置气动薄膜阀的首次开度、剩余动作次数(气动薄膜阀达到全开需要动作的次数)和剩余动作间隔(剩余动作次数中每两次动作间隔的时间)；进一步，执行打开气动薄膜阀，在打开的过程中，电子指挥器接口A1和A3处实时测量气动薄膜阀供气压力并反馈到控制表头，待供气压力达到设置首次开度对应的供气压力时两位两通电磁阀关闭气源，此时气动薄膜阀供气压力保持住，气动薄膜阀也保持到相应开度；控制表头会根据设置的剩余动作次数及剩余动作间隔计算出剩余每次供气动达到的气压节点，根据定时在结合电子指挥器实时测量反馈气动薄膜阀的供气压力来实现缓慢开井、携带液体和减少对下游管线冲击等功能
D.智能化控制气动薄膜阀来保护下游管线和保证产气的工作流程：首先在控制表头设置下游压力下线、下游压力上限和下游压力最大值；在执行打开气动薄膜阀时，电子指挥器接口A2通过与气动薄膜阀D1接口连接来实时测量并反馈气动薄膜阀下游压力值(管线压力值)，当某一时刻压力值大于设置的下游压力最大值时，控制表头自动执行关闭气动薄膜阀流程来减小气动薄膜阀下游压力，当减小到下游压力下限时，控制表头又会自动执行打开气动薄膜阀的流程来保证产气量；通过电子指挥器实时测量并反馈信息的功能，控制表头就可以实现保护下游管线和保证产气量等功能。
Claims (10)
1.一种电子指挥控制装置，其特征在于，包括电子指挥器(A)、用以处理电子指挥器(A)数据的控制表头(B)、能够通断供气及压力保持的电磁阀组(C)以及气动薄膜阀(D)；所述控制表头(B)和电磁阀组(C)安装在井口的套压处，以便获得驱动气动薄膜阀(D)的气源；所述控制表头(B)与电子指挥器(A)通过地埋线连接，电磁阀组(C)的驱动端与控制表头(B)连接。
2.根据权利要求1所述的电子指挥控制装置，其特征在于，所述电子指挥器(A)利用支架固定到气动薄膜阀(D)上。
3.根据权利要求1所述的电子指挥控制装置，其特征在于，所述电子指挥器(A)包括两路压力采集电路、数据处理电路和数据发送电路；两路压力采集电路分别采集气动薄膜阀(D)下游压力和气动薄膜阀(D)的供气压力，数据处理电路将两路压力采集电路数据处理并通过数据发送电路将数据发送至控制表头(B)。
4.根据权利要求3所述的电子指挥控制装置，其特征在于，所述两路压力采集电路为两路压力传感器。
5.根据权利要求1所述的电子指挥控制装置，其特征在于，所述控制表头(B)和电磁阀组(C)是安装在气田井口套压处的取压法兰上，控制表头(B)将收到电子指挥器(A)的数据与设置的各项数据进行比较处理，之后控制电磁阀组(C)来控制气动薄膜阀(D)的供气压力，从而实现开度控制、缓慢开井和管线保护功能。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的电子指挥控制装置，其特征在于，所述气动薄膜阀(D)安装在天然气井口管线的针阀下游，截断阀上游；电子指挥器(A)安装于气动薄膜阀(D)上；控制表头(B)和电磁阀组(C)安装在套压端的取压法兰上；
电子指挥器(A)包括气动薄膜阀供气出口(A1)、气动薄膜阀下游压力测量口(A2)、气动薄膜阀供气入口(A3)和电源和反馈信号线接口(A4)；
控制表头(B)包括表头第一接口(B1)、表头第二接口(B2)和表头第三接口(B3)；电磁阀组(C)包括气动薄膜阀供气入口(C1)、第一电磁阀驱动的出线口(C2)和第二电磁阀驱动的出线口(C3)；气动薄膜阀(D)包括气动薄膜阀下游压力测量接口(D1)和气动薄膜阀供气接口(D2)；
其中电子指挥器(A)的气动薄膜阀供气出口(A1)接气动薄膜阀(D)的气动薄膜阀供气接口(D2)，气动薄膜阀下游压力测量口(A2)接气动薄膜阀下游压力接口(D1)，气动薄膜阀供气入口(A3)接气动薄膜阀供气入口(C1)，电源和反馈信号线接口(A4)接控制表头(B)的表头第三接口(B3)；电磁阀组(C)的第一电磁阀驱动的出线口(C2)接控制表头(B)的表头第二接口(B2)，电磁阀组(C)的第二电磁阀驱动的出线口(C3)接控制表头(B)的表头第一接口(B1)。
7.根据权利要求1所述的电子指挥控制装置，其特征在于，所述控制表头(B)包括单片机处理模块，所述单片机处理模块分别连接有压力采集电路的电压控制电路、采集驱动电磁阀组电压电路、单片机低压复位电路、压力信号采集电路、按键设置电路、数据传输模块、驱动电磁阀组的控制电路、液晶背光控制电路、液晶显示电路和外部扩展RAM；
所述压力采集电路的电压控制电路的输出连接有输入电源保护电路的输入，输入电源保护电路的输出连接有第四电压转换电路的输入，第四电压转换电路的输出连接有恒流源电路的输入，恒流源电路的输出连接压力传感器的输入，压力传感器的输出连接有输出信号调节电路的输入，输出信用调节电路的输出连接有压力信号采集电路；所述压力采集电路的电压控制电路的输入连接有第三电压转换电路的输出，第三电压转换电路的输入连接有输入电源保护电路的输出；
所述输出电源保护电路的输入连接有电源模块；所述输出电源保护电路的输出还分别连接有第一电压转换电路、第二电压转换电路和供电电压采集电路的输入；所述第一电压转换电路的输出连接有超级电容充电电路的输入，超级电容充电电路的输出连接至驱动电磁阀组的控制电路；驱动电磁阀组的控制电路的输出连接至电磁阀组；所述第二电压转换电路和供电电压采集电路的输出分别连接至单片机处理模块。
8.根据权利要求7所述的电子指挥控制装置，其特征在于，所述单片机处理模块为低功耗的MSP430单片机；所述数据传输模块通过数据传输保护电路连接到数据远传接口。
9.根据权利要求1所述的电子指挥控制装置，其特征在于，所述电子指挥器(A)包括单片机处理模块，该单片机处理模块分别连接有低电压单片机复位电路、传感器组、恒流源电压控制电路和输出传输模块；其中恒流源电压控制电路的输入连接有两路电压转换电路的输出，两路电压转换电路的输入连接有输入电源保护电路，输入电源保护电路的输入连接有宽电压输入电源，所述恒流源电压控制电路的输出连接有两路恒流源电路，两束恒流源电路分别连接有传感器。
10.根据权利要求9所述的电子指挥控制装置，其特征在于，所述单片机处理模块为低功耗的MSP430单片机。
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