CN111577240A - 一种钻井井控设备的无线集中控制系统 - Google Patents

一种钻井井控设备的无线集中控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钻井井控设备的无线集中控制系统,该系统包括:第一数据采集装置用于采集钻井泵泵冲、钻井液密度及循环罐体积;第二数据采集装置用于采集套压、立压、出口流量、入口流量及气体含量;第三数据采集装置用于采集气源压力、汇流管压力、环形压力、储能器压力、氮气瓶压力及油箱液面;智能控制模块用于根据控制指令控制防喷器组及液动平板阀,并在数据出现超出预设阈值范围时发出告警;遥控器用于接收第一数据、第二数据及第三数据并进行显示,在数据出现超出预设阈值范围时发出告警,并接收工作人员输入的控制指令进行钻井井控设备的控制;节流阀智能控制模块用于通过第二节点接收控制指令,根据控制指令精准控制节流阀的开度。

Description

一种钻井井控设备的无线集中控制系统
技术领域
本发明涉及石油钻井井控技术领域,尤指一种钻井井控设备的无线集中控制系统。
背景技术
石油钻井井喷事故是钻井行业中最严重的恶性事故,对当地人员、社会、经济、环境造成严重的损害。井喷发生原因很多,从源头很难彻底解决,那么井控系统的预警与控制就是井喷失控之前的最后一道防线。应对井喷要早发现早控制,控制井喷就是和时间在赛跑,晚一秒可能就会造成严重后果,所以井控控制系统必须具有精准预判、及早预警告知、操作便捷、关井迅速、安全可靠等特点。
但是,目前现有的钻井平台井控控制系统使用司钻控制台和辅助控制台,通过控制远程液压控制台间接控制防喷器和液动平板阀的开关,会存在以下不足:
1、发生井喷时,位于钻台上的司钻控制台和节流控制台无法进行操作。
2、发生溢流井涌进行关井时,需要多岗位协同操作,易出现配合不当,易发生误操作。
3、司钻控制台、辅助控制台和节流控制台拆、装麻烦,气缆易接错,调试费时间,增加井队技术人员工作强度,影响施工进度;
4、控制气缆拆卸频繁,易损坏,气缆头面板易碰坏,易造成串气,导致操作事故;节流控制台气管线频繁拆装,经常损坏。
5、井场环境恶劣,气缆易破损、易堵塞,导致司钻控制台和辅助控制台失去部分控制功能;
6、司钻控制台、辅助控制台和节流控制台维修保养成本较高,现场检修保养费时费力。
7、不具备分析、判断、预警溢流、井涌和井漏的功能。
8、终端计算机或显示器显示立压、套压、入口/出口流量、密度等参数,值班人员必须一直死盯着显示器,观察各种参数的变化,才能发现异常情况,非常不方便,很难及时发现风险端倪。
9、有线终端监测系统信号线多,拆、装不方便,连接接口易松动,信号线易损坏,检修排查困难,影响安全生产。
综上来看,亟需一种可以克服上述问题的钻井井控系统。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出了一种钻井井控设备的无线集中控制系统,可以通过终端控制面板或遥控器无线远程直接控制远程液压控制台和节流管汇节流阀,实现防喷器和井控闸门的开关,不再需要司钻控制台、辅助控制台和节流控制台。该系统可以安全、可靠、快速实现防喷器的开关操作,并使用物联网技术全方位进行数据采集,并进行计算、分析和判断,精准预警溢流、井涌和井漏。
在本发明一实施例中,提出了一种钻井井控设备的无线集中控制系统,该系统包括:第一数据采集装置、第二数据采集装置、第三数据采集装置、第一节点、第二节点、遥控器、网关、节流阀智能控制模块、节流阀、智能控制模块、防喷器组及液动平板阀;其中,
所述第一数据采集装置连接所述第一节点,用于采集第一数据,包括钻井泵泵冲、钻井液密度及循环罐体积,并通过所述第一节点发送至所述网关;
所述第二数据采集装置连接所述第二节点,用于采集第二数据,包括套压、立压、出口流量、入口流量及气体含量,并通过所述第二节点发送至所述网关;
所述第三数据采集装置设置在远程液压控制台,用于采集第三数据,包括气源压力、汇流管压力、环形压力、储能器压力、氮气瓶压力及油箱液面;
所述智能控制模块设置在所述远程液压控制台,连接所述网关、所述防喷器组及液动平板阀,用于接收所述第三数据采集装置采集到的所述第三数据,将所述第三数据发送至所述网关,通过所述网关接收第一数据、第二数据及所述遥控器发出的控制指令,根据所述控制指令控制防喷器组及液动平板阀,并在所述第一数据、第二数据及第三数据中的数据出现超出预设阈值范围时发出告警;
所述遥控器,与网关通信连接,用于接收所述第一数据、第二数据及第三数据并进行显示,在所述第一数据、第二数据及第三数据中的数据出现超出预设阈值范围时发出告警,并接收工作人员输入的控制指令,将所述控制指令通过所述网关发送至所述智能控制模块及所述节流阀智能控制模块进行钻井井控设备的控制;
所述节流阀智能控制模块,连接所述第二节点及所述节流阀,用于通过所述第二节点接收所述控制指令,根据所述控制指令控制所述节流阀的开度。
本发明提出的钻井井控设备的无线集中控制系统相较于现有技术,至少存在以下优点:
1、通过遥控器可直接控制井控设备,操作方便,控制手段安全、可靠,出现溢流、井涌时可实现迅速关井,实现集中一体控制。
2、一键实现软关井模式,避免了多人协同关井带来的不便和风险。
3、遥控器的特殊设计,避免误碰操作的发生;遥控器可以随身携带,随时随地可以通过显示器观测各种数据参数,当参数出现异常时,系统会报警告知;遥控器具有语音加震动报警功能,当井下出现异常情况时,系统会迅速对各类采集到的参数进行计算、分析、判断,第一时间发出精准预警告知。
4、当带压打开防喷器时会有安全报警告知,防止发生安全事故;关闭剪切闸板时会有防误操作提醒告知,避免发生误操作。
5、钻井平台不再需要辅助控制台、司钻控制台和节流控制台去控制井控设备,为井队节约生产成本和设备维修保养成本,降低职工劳动强度,提高生产效率。
6、智能监控远程液压控制台各压力参数,自动调节各压力参数至标准要求值,实现安全生产。
7、随时随地可以观测到所有的监测数据,系统对采集到的数据能够进行计算、分析和判断,精准预警溢流、井涌和井漏。
8、在原有的设备上进行改造,成本低,施工周期短,不影响钻井平台正常施工。
附图说明
图1是本发明一实施例的钻井井控设备的无线集中控制系统架构示意图。
图2是本发明一具体实施例的钻井井控设备的无线集中控制系统架构示意图。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解,给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明,而并非以任何方式限制本发明的范围。相反,提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整,并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明的实施方式,提出了一种钻井井控设备的无线集中控制系统,该系统可以实现安全、可靠、快速控制防喷器的开关,精准预警溢流、井涌和井漏。
下面参考本发明的若干代表性实施方式,详细阐释本发明的原理和精神。
图1是本发明一实施例的钻井井控设备的无线集中控制系统架构示意图。如图1所示,该系统包括:第一数据采集装置110、第二数据采集装置120、第三数据采集装置130、第一节点140、第二节点150、网关160、遥控器170、节流阀智能控制模块180、节流阀190、智能控制模块200、防喷器组210及液动平板阀220;其中,
第一数据采集装置110连接第一节点140,用于采集第一数据,包括钻井泵泵冲、钻井液密度及循环罐体积,并通过第一节点140发送至网关160;
第二数据采集装置120连接第二节点150,用于采集第二数据,包括套压、立压、出口流量、入口流量及气体含量,并通过第二节点150发送至网关160;
第三数据采集装置130设置在远程液压控制台,用于采集第三数据,第三数据是远程液压控制台相关数据,主要包括气源压力、汇流管压力、环形压力、储能器压力、氮气瓶压力及油箱液面;
智能控制模块200,连接网关160、防喷器组210及液动平板阀220,用于接收第三数据采集装置130采集到的第三数据,将第三数据发送至网关160,通过网关160接收第一数据、第二数据及遥控器170发出的控制指令,根据控制指令控制防喷器组210及液动平板阀220,并在第一数据、第二数据及第三数据中的数据出现超出预设阈值范围时发出告警;
遥控器170,与网关160通信连接,用于接收第一数据、第二数据及第三数据并进行显示,在第一数据、第二数据及第三数据中的数据出现超出预设阈值范围时发出告警,接收工作人员输入的控制指令,将控制指令通过网关160发送至智能控制模块200及节流阀智能控制模块180进行钻井井控设备的控制;
节流阀智能控制模块180,连接第二节点150及节流阀190,用于通过第二节点150接收控制指令,根据控制指令精准控制节流阀190的开度。
在一具体实施例中,第一节点140、第二节点150及网关160之间采用WF-IOT物联网通信方式进行通信连接,这样可以将第一数据采集装置110、第二数据采集装置120、遥控器170、节流阀智能控制模块180及节流阀190融合在一起,进行数据采集监控,设备控制等。智能控制模块200设置在钻井现场的铁皮房内,其通过接入网关160,将第三数据采集装置130、防喷器组200及液动平板阀210等融入钻井井控设备的无线集中控制系统中。
为了对上述钻井井控设备的无线集中控制系统进行更为清楚的解释,下面结合具体的实施例来进行说明。
结合图2所示,为本发明一具体实施例的钻井井控设备的无线集中控制系统架构示意图。如图2所示,在该系统中,第一数据采集装置110包括:钻井泵泵冲传感器111、钻井液密度监测仪112及循环罐体积监测器113;其中,
钻井泵泵冲传感器111设置在钻井泵的齿轮轴外侧,用于采集钻井泵泵冲;
钻井液密度监测仪112设置在循环槽,用于监测钻井液密度;
循环罐体积监测器113设置在循环罐的罐体上,用于监测循环罐体积。
第二数据采集装置120包括:套压传感器121、立压传感器122、出口流量传感器123、入口流量传感器124及气体含量传感器125;其中,
套压传感器121设置于钻井立管上,用于采集套压;
立压传感器122设置于钻井套管上,用于采集立压;
出口流量传感器123设置于喇叭口管壁上,用于监测出口流量;
入口流量传感器124设置于立管上,用于监测入口流量;
气体含量传感器125为两个,分别设置在转盘井口和振动筛出口处,用于采集气体含量。其中,气体含量传感器125采集的气体含量至少包括:硫化氢、甲烷及一氧化碳的含量;根据需要还可以采集其它气体的含量,本发明并不对此进行严格限定。
第三数据采集装置130包括:气源压力传感器131、汇流管压力传感器132、环形压力传感器133、储能器压力传感器134、氮气瓶压力传感器135及油箱液面传感器136;其中,
气源压力传感器131、汇流管压力传感器132、环形压力传感器133及储能器压力传感器134设置在智能控制模块200内,分别用于采集气源压力、汇流管压力、环形压力及储能器压力,并转换为压力值信号发送至智能控制模块200;
氮气瓶压力传感器135设置于氮气瓶上,用于采集氮气瓶压力;
油箱液面传感器136设置于远程控制抬油箱内,用于采集油箱液面。
基于上述采集到的数据,智能控制模块及遥控器会在第一数据、第二数据及第三数据中的数据出现超出预设阈值范围时发出告警,具体包括:
1、循环罐体积、套压、立压:
当监测到的循环罐体积的增加量V增加为1≤V增加<2方时,智能控制模块及遥控器触发告警,通过遥控器、泥浆座岗房及司钻房处的报警器发出一级声光警报;其中,一级声光警报可以是黄色声光警报,由值班人员进行现场确认,并进行溢流观察。
当监测到的循环罐体积的增加量V增加≥2方且入口流量持续小于出口流量时,智能控制模块及遥控器触发告警,通过遥控器、泥浆座岗房及司钻房处的报警器发出二级声光警报;其中,二级声光警报可以是红色声光警报;工作人员可以根据情况,输入关井的相关控制指令,由遥控器接收工作人员输入的控制指令,控制节流管线上的液动平板阀打开、控制防喷器关闭及控制节流阀关闭;
具体的,值班人员可以通知司钻提起钻具,使用遥控器进行相应关井操作;如,通过遥控器打开节流管线上的液动平板阀、关闭防喷器、关闭节流阀;也可以打开遥控器的一键关井开关实现一键关井,如,主控制单元(远程控制台的智能控制模块200)触发辅控制单元(节流阀智能控制模块180)进行关井。
在关井成功后,遥控器显示关井后的套压及立压,值班人员可以根据实时监测到的关井后的套压、立压了解关井情况,同时能够选择启动压井模式,并能够输入压井参数、钻具组合和井身结构;相应的所述遥控器根据工作人员输入的指令启动压井模式,并接收输入的压井参数、钻具组合和井身结构。
在压井期间,所述遥控器用于接收第二数据采集装置采集到的第二数据和工作人员输入的控制指令,根据所述第二数据自动调整所述节流阀的开度或根据控制指令调整所述节流阀的开度;其中,
在压井过程中,所述遥控器实时获取套压及立压。
当自动调整所述节流阀的开度时,在压井第一阶段,压井液未出钻头时,保持实时套压为关井时的套压,在压井第二阶段,压井液出钻头后,保持实时立压为压井液出钻头时的立压,直至压井结束;
当根据控制指令调整所述节流阀的开度时,在压井第一阶段,压井液未出钻头时,如果出现实时套压不等于关井时的套压,或在压井第二阶段,压井液出钻头后,如果实时立压不等于压井液出钻头时的立压,所述遥控器进行告警。
当循环罐体积的减少量V减少≥2方时,所述智能控制模块及所述遥控器触发告警,通过遥控器、泥浆座岗房和司钻房处的报警器发出一级声光警报;例如,发出黄色声光警报,由值班人员进行现场确认判断。
当循环罐体积的减少量V减少≥2方且入口流量持续大于出口流量时,所述智能控制模块及所述遥控器触发告警,通过遥控器、泥浆座岗房及司钻房处的报警器发出二级声光警报。其中,二级声光警报可以是红色声光警报;工作人员可以根据实际情况进行相应的处置。
2、气体含量:
当硫化氢含量达到20ppm、一氧化碳含量达到50ppm或甲烷浓度达到5%时,智能控制模块及遥控器触发告警,通过遥控器、泥浆座岗房和司钻房处的报警器发出一级声光警报;例如,发出黄色声光警报,由值班人员进行现场确认判断,并根据实际情况采取相应的措施。
3、钻井液密度:
在设置的对比时间段内,如果钻井液密度与预设密度值的差值持续≥0.01g/cm3或≤-0.01g/cm3时,遥控器触发告警,发出告警提示工作人员处理,现场确认判断实际情况;其中,预设密度值和对比时间段由工作人员在遥控器上进行设置。
4、出口流量、入口流量:
当出口流量与入口流量在一定时间内持续不相等时,遥控器触发告警,发出告警提示工作人员处理,现场确认判断实际情况;其中,比对的时间可以在遥控器上进行设置;该比对的结果可以作为一个提前预判溢流和井漏的一个手段,最终判断溢流井漏的手段是通过循环灌处的循环罐体积器的监测结果来判断的。
5、钻井泵泵冲:
根据钻井泵泵冲可以得到钻井泵理论排量,如果入口流量小于钻井泵理论排量的90%时,遥控器触发告警,发出告警提示工作人员处理,如,现场排查检修钻井泵。
6、气源压力、汇流管压力、环形压力、储能器压力:
气源压力、汇流管压力、环形压力、储能器压力的信号转换器(也可称为传感器)安装在远程液压控制台的智能控制模块内,这些信号转换器用于将气压信号油压专为电信号油压并在遥控器上显示;液压控制台压力表都带有压力变送器,用于将液压信号转为了气压信号,这个气压信号能够显示液压压力;与各个压力对应的储能器压力表、汇流管压力表、环形压力表、气源压力表都安装在液压控制台;
当气源压力小于0.6MPa时,智能控制模块及遥控器触发告警,发出告警提示工作人员处理;
当汇流管压力和环形压力低于10.5MPa时,智能控制模块自动控制汇流管压力及环形压力对应的调压减压阀工作,当相应的压力达到10.5MPa时,智能控制模块控制调压减压阀停止工作;
当储能器压力低于18.9MPa时,智能控制模块自动控制电泵运转给储能器充压至21MPa,充压完成后智能控制模块控制电泵停止工作;
7、氮气瓶压力、油箱液面:
当氮气瓶压力低于6.3MPa时,智能控制模块及遥控器触发告警,发出告警提示工作人员处理,进行现场排查;
当油箱液面低于下油标尺上限时,智能控制模块及遥控器触发告警,发出告警提示工作人员处理,例如,提醒补充液压油。
本发明提出的钻井井控设备的无线集中控制系统无需对现有钻井进行较大改变,仅在远程控制台加一个智能控制模块控制气路,实现对防喷器组和液动平板阀的远程控制,可以代替电动防喷器实现的远程控制(一套电动防喷器的价格昂贵),并且可以释放掉节流控制台、司控台、远程辅助控制台,节约相关配件,节省劳力,节约时效和成本。在该系统中,利用了WF-IOT物联网技术,实现各个节点互联互感互知,实现了无线集中智能的钻井井控。
应当注意,尽管在上文详细描述中提及了钻井井控设备的无线集中控制系统的若干模块,但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上,根据本发明的实施方式,上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中具体化。反之,上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。
为了对上述钻井井控设备的无线集中控制系统进行更为清楚的解释,下面结合一个具体的实施例来进行说明,然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发明,并不构成对本发明不当的限定。
以某一钻井平台为例,在该钻井平台设置本发明的钻井井控设备的无线集中控制系统,设置安装的过程不影响钻井平台的正常工作。
设置完成后,工作人员可以实现对远程液压控制台(总气源电磁开关阀、总气源调压减压电磁阀、电磁换气阀、压力传感器、环形压力调压减压电磁阀,电机)、防喷器组、液动平板阀、电动节流阀的无线控制,并且可以进行实时监控。
通过遥控器还可以实现一键式软关井,带压开井预警自锁功能(如果井内有压力,打开防喷器时,遥控器会报警预告并自锁,防止带压开井发生安全事故),剪切闸板误操作预警功能(如果要关闭剪切闸板,系统会进行预警告知,需要二次确认实现关闭剪切闸板)。
在本系统中,网关可以安装在井架上,通过遥控器实现钻井的无线智能控制。
一、远程液压控制台无线智能控制:
远程液压控制台为钻井现场的控制核心,其设置有智能控制模块、高增益接收和发射天线、主气源控制单元、智能电机。
1、智能控制模块为一集成盒,该集成盒由智能芯片、气路电磁换向阀、压力和油箱液面传感器、调压减压电磁气阀、电源线、气管线及接头、连接面板、外壳等组成。
智能控制模块集成盒是将气路控制各单元融为一体,组成一个高密封性的智能气路控制盒,它的输出端和钻井平台远程液压控制台气缆头连接,其中各气路控制单元输入端采用通用的细铜气管线连接到主气源管线上。
具体的,智能芯片是一种高性能高稳定性的PLC/单片机智能处理器,可以抵抗各种干扰,能够在强电场、强磁场、多尘埃、高温、潮湿环境下正常工作。
气路电磁换向阀:选用先导式二位五通双控中闭电磁阀,工作稳定性、安全性高,不会窜气、漏气,能在多尘埃、高温、潮湿环境下正常工作。
压力和油箱液面传感器:压力传感器主要采集储能器压力、汇流管压力和环形压力,压力值不合标准值时报警,实现自动调压至标准值;油箱液面传感器采集油箱液面,当油箱液面低于下油标尺上限时报警,提醒补充液压油。
调压减压电磁气阀:自动调节控制环形和管汇压力至标准值。
2、高增益接收和发射天线用于确保信号传输畅通,不受现场环境影响。
3、主气源控制单元包括:电磁开关阀、自动调压减压电磁阀、气体干燥杯和气体润滑杯,能够保证气源压力稳定在标准范围内,输出气体干燥、有润滑性,对智能控制模块集成盒起到一定保护作用。其中,主气源电磁开关阀的设计可以有效防止遥控器误碰,发生误操作。自动调压减压电磁阀确保气源压力在标准值范围内0.6-0.8MPa,气源压力不合标准值时报警告知。
4、智能电机,用于在远程液压控制台储能器压力低于标准值21MPa时,系统自动触发电机运转,当压力达到标准值时,电机停止运转。
二、电动节流阀无线智能控制:
本系统通过设置节流阀智能控制模块,实现了电动节流阀无线智能控制。
该模块含有内部传感器能够采集到节流阀开度大小参数,并且节流阀采用电动节流阀,以此实现对节流阀开度的精准控制;该节流阀智能控制模块由WF-IOT智能芯片、控制模块、传感器组成,是精准控制节流阀开度的核心部件。
三、WF-IOT中高速广域融合物联网技术:
在本系统中,还采用了WF-IOT中高速广域融合物联网技术,WF-IOT中高速广域融合物联网技术可以实现除远程液压控制台智能控制模块以外采集到的所有数据的互通互联、互感互知,同时能够将所有采集到的数据传送至WF-IOT终端遥控器上,而且通过网关可以将远程液压控制台智能控制模块连接到WF-IOT终端遥控器上,WF-IOT终端遥控器实现对所有控制单元进行控制。
如表1所示,为WF-IOT中高速广域融合物联网指标及说明。
表1 WF-IOT中高速广域融合物联网指标及说明
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四、WF-IOT遥控器远程控制与监测:
遥控器采用按键与显示屏结合的方式,并配有保护盖,主气源开关独特设计,按键配有开关指示灯,操作方便、安全。遥控器配有专用电源开关,不使用时处于关闭状态,防止误操作。遥控器至少具备以下的功能:
1、实现集中一体控制。
2、实时监控远程液压控制台各种压力数据,压力值不合标准要求时进行报警告知,并进行自动调节直至达到标准值。
3、井内有压力时,打开防喷器时会有安全报警告知,防止发生安全事故。
4、剪切闸板防误操作提醒告知。
5、一键实现软关井操作。
6、随时随地通过显示器观测各种数据参数,遥控器具有语音加震动报警功能,当井下出现异常情况时,系统会第一时间发出精确预警告知。
7、控制电动节流阀开关,并显示开度和关度大小
钻井井控设备的无线集中控制系统的工作原理为:利用WF-IOT中高速广域融合物联网技术,使用遥控器控制智能控制模块,实现气路通道的转换,控制远程液压控制台防喷器开关手柄,实现防喷器和液动平板阀的开关,同时能够实现电动节流阀开关的精准控制;通过传感器采集数据,传输至遥控器显示,并进行计算、分析、判断,预警溢流、井涌和井漏。工作人员可以通过遥控器控制井控设备,遥控器的按键和屏显都有相对应的控制目标的标识,操作非常简单、方便。
本发明提出的钻井井控设备的无线集中控制系统相较于现有技术,至少存在以下优点:
1、通过遥控器可直接控制井控设备,操作方便,控制手段安全、可靠,出现溢流、井涌时可实现迅速关井,实现集中一体控制。
2、一键实现软关井模式,避免了多人协同关井带来的不便和风险。
3、遥控器的特殊设计,避免误碰操作的发生;遥控器可以随身携带,随时随地可以通过显示器观测各种数据参数,当参数出现异常时,系统会报警告知;遥控器具有语音加震动报警功能,当井下出现异常情况时,系统会迅速对各类采集到的参数进行计算、分析、判断,第一时间发出精准预警告知。
4、当带压打开防喷器时会有安全报警告知,防止发生安全事故;关闭剪切闸板时会有防误操作提醒告知,避免发生误操作。
5、钻井平台不再需要辅助控制台、司钻控制台和节流控制台去控制井控设备,为井队节约生产成本和设备维修保养成本,降低职工劳动强度,提高生产效率。
6、智能监控远程液压控制台各压力参数,自动调节各压力参数至标准要求值,实现安全生产。
7、随时随地可以观测到所有的监测数据,系统对采集到的数据能够进行计算、分析和判断,精准预警溢流、井涌和井漏。
8、在原有的设备上进行改造,成本低,施工周期短,不影响钻井平台正常施工。
虽然已经参考若干具体实施方式描述了本发明的精神和原理,但是应该理解,本发明并不限于所公开的具体实施方式,对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益,这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (10)

1.一种钻井井控设备的无线集中控制系统,其特征在于,该系统包括:第一数据采集装置、第二数据采集装置、第三数据采集装置、第一节点、第二节点、遥控器、网关、节流阀智能控制模块、节流阀、智能控制模块、防喷器组及液动平板阀;其中,
所述第一数据采集装置连接所述第一节点,用于采集第一数据,包括钻井泵泵冲、钻井液密度及循环罐体积,并通过所述第一节点发送至所述网关;
所述第二数据采集装置连接所述第二节点,用于采集第二数据,包括套压、立压、出口流量、入口流量及气体含量,并通过所述第二节点发送至所述网关;
所述第三数据采集装置设置在远程液压控制台,用于采集第三数据,包括气源压力、汇流管压力、环形压力、储能器压力、氮气瓶压力及油箱液面;
所述智能控制模块设置在所述远程液压控制台,连接所述网关、所述防喷器组及液动平板阀,用于接收所述第三数据采集装置采集到的所述第三数据,将所述第三数据发送至所述网关,通过所述网关接收第一数据、第二数据及所述遥控器发出的控制指令,根据所述控制指令控制防喷器组及液动平板阀,并在所述第一数据、第二数据及第三数据中的数据出现超出预设阈值范围时发出告警;
所述遥控器,与网关通信连接,用于接收所述第一数据、第二数据及第三数据并进行显示,在所述第一数据、第二数据及第三数据中的数据出现超出预设阈值范围时发出告警,还用于接收工作人员输入的控制指令,将所述控制指令通过所述网关发送至所述智能控制模块及所述节流阀智能控制模块进行钻井井控设备的控制;
所述节流阀智能控制模块,连接所述第二节点及所述节流阀,用于通过所述第二节点接收所述控制指令,根据所述控制指令控制所述节流阀的开度。
2.根据权利要求1所述的钻井井控设备的无线集中控制系统,其特征在于,所述第一节点、第二节点及网关之间采用WF-IOT物联网通信方式进行通信连接。
3.根据权利要求1所述的钻井井控设备的无线集中控制系统,其特征在于,所述第一数据采集装置包括:钻井泵泵冲传感器、钻井液密度监测仪及循环罐体积监测器;其中,
钻井泵泵冲传感器设置在钻井泵的齿轮轴外侧,用于采集钻井泵泵冲;
钻井液密度监测仪设置在循环槽,用于监测钻井液密度;
循环罐体积监测器设置在循环罐的罐体上,用于监测循环罐体积。
4.根据权利要求3所述的钻井井控设备的无线集中控制系统,其特征在于,所述第二数据采集装置包括:套压传感器、立压传感器、出口流量传感器、入口流量传感器及气体含量传感器;其中,
套压传感器设置于钻井立管上,用于采集套压;
立压传感器设置于钻井套管上,用于采集立压;
出口流量传感器设置于喇叭口管壁上,用于监测出口流量;
入口流量传感器设置于立管上,用于监测入口流量;
气体含量传感器为两个,分别设置在转盘井口和振动筛出口处,用于采集气体含量。
5.根据权利要求4所述的钻井井控设备的无线集中控制系统,其特征在于,所述气体含量传感器采集的气体含量至少包括:硫化氢、甲烷及一氧化碳的含量。
6.根据权利要求5所述的钻井井控设备的无线集中控制系统,其特征在于,所述第三数据采集装置包括:气源压力传感器、汇流管压力传感器、环形压力传感器、储能器压力传感器、氮气瓶压力传感器及油箱液面传感器;其中,
气源压力传感器、汇流管压力传感器、环形压力传感器及储能器压力传感器设置在所述智能控制模块内,分别用于采集气源压力、汇流管压力、环形压力及储能器压力,并转换为压力值信号发送至智能控制模块;
氮气瓶压力传感器设置于氮气瓶上,用于采集氮气瓶压力;
油箱液面传感器设置于远程控制抬油箱内,用于采集油箱液面。
7.根据权利要求6所述的钻井井控设备的无线集中控制系统,其特征在于,所述智能控制模块及所述遥控器,在所述第一数据、第二数据及第三数据中的数据出现超出预设阈值范围时发出告警,包括:
当监测到的循环罐体积的增加量V增加为1≤V增加<2方时,所述智能控制模块及所述遥控器触发告警,通过遥控器、泥浆座岗房及司钻房处的报警器发出一级声光警报;
当监测到的循环罐体积的增加量V增加≥2方且入口流量持续小于出口流量时,所述智能控制模块及所述遥控器触发告警,通过遥控器、泥浆座岗房及司钻房处的报警器发出二级声光警报;所述遥控器用于接收工作人员输入的控制指令,控制节流管线上的液动平板阀打开、控制防喷器关闭及控制节流阀关闭;
在关井成功后,所述遥控器显示关井后的套压及立压,并根据工作人员输入的指令启动压井模式,并接收输入的压井参数、钻具组合和井身结构;在压井期间,所述遥控器用于接收第二数据采集装置采集到的第二数据和工作人员输入的控制指令,根据所述第二数据自动调整所述节流阀的开度或根据控制指令调整所述节流阀的开度;其中,
在压井过程中,所述遥控器实时获取套压及立压;
当自动调整所述节流阀的开度时,在压井第一阶段,压井液未出钻头时,保持实时套压为关井时的套压,在压井第二阶段,压井液出钻头后,保持实时立压为压井液出钻头时的立压,直至压井结束;
当根据控制指令调整所述节流阀的开度时,在压井第一阶段,压井液未出钻头时,如果出现实时套压不等于关井时的套压,或在压井第二阶段,压井液出钻头后,如果实时立压不等于压井液出钻头时的立压,所述遥控器进行告警;
当循环罐体积的减少量V减少≥2方时,所述智能控制模块及所述遥控器触发告警,通过遥控器、泥浆座岗房和司钻房处的报警器发出一级声光警报;
当循环罐体积的减少量V减少≥2方且入口流量持续大于出口流量时,所述智能控制模块及所述遥控器触发告警,通过遥控器、泥浆座岗房及司钻房处的报警器发出二级声光警报。
8.根据权利要求6所述的钻井井控设备的无线集中控制系统,其特征在于,所述智能控制模块及所述遥控器,在所述第一数据、第二数据及第三数据中的数据出现超出预设阈值范围时发出告警,包括:
当硫化氢含量达到20ppm、一氧化碳含量达到50ppm或甲烷浓度达到5%时,所述智能控制模块及所述遥控器触发告警,通过遥控器、泥浆座岗房和司钻房处的报警器发出一级声光警报。
9.根据权利要求6所述的钻井井控设备的无线集中控制系统,其特征在于,所述遥控器,在所述第一数据、第二数据及第三数据中的数据出现超出预设阈值范围时发出告警,包括:
在设置的对比时间段内,如果所述钻井液密度与预设密度值的差值持续≥0.01g/cm3或≤-0.01g/cm3时,所述遥控器触发告警,发出告警提示工作人员处理;其中,预设密度值和对比时间段由工作人员在遥控器上进行设置;
当所述出口流量与所述入口流量在一定时间内持续不相等时,所述遥控器触发告警,发出告警提示工作人员处理;
根据所述钻井泵泵冲得到钻井泵理论排量,如果所述入口流量小于钻井泵理论排量的90%时,所述遥控器触发告警,发出告警提示工作人员处理。
10.根据权利要求6所述的钻井井控设备的无线集中控制系统,其特征在于,所述智能控制模块及所述遥控器,在所述第一数据、第二数据及第三数据中的数据出现超出预设阈值范围时发出告警,包括:
当所述气源压力小于0.6MPa时,所述智能控制模块及所述遥控器触发告警,发出告警提示工作人员处理;
当所述汇流管压力和所述环形压力低于10.5MPa时,所述智能控制模块自动控制所述汇流管压力及所述环形压力对应的调压减压阀工作,当相应的压力达到10.5MPa时,所述智能控制模块控制调压减压阀停止工作;
当所述储能器压力低于18.9MPa时,所述智能控制模块自动控制电泵运转给储能器充压至21MPa,充压完成后所述智能控制模块控制电泵停止工作;
当所述氮气瓶压力低于6.3MPa时,所述智能控制模块及所述遥控器触发告警,发出告警提示工作人员处理;
当所述油箱液面低于下油标尺上限时,所述智能控制模块及所述遥控器触发告警,发出告警提示工作人员处理。
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