CN113031567B - 一种用于测试流程的电液紧急关断系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于测试流程的电液紧急关断系统，其特征在于，包括：多个远程控制按钮盒，其通过多芯线缆并联；以及电控面板，其与所述多个远程控制按钮盒相连接，且所述电控面板具有数据通讯接口；电磁阀箱，其与所述电控面板相连接；感应气管线，其一端与所述电磁阀箱相连接；液压控制面板，其与所述感应气管线的另一端相连接。本发明还公开了一种用于测试流程的电液紧急关断系统的控制方法，通过总线控制或者信号输入控制所述电液紧急关断系统使地面测试流程与测试井筒的隔离，采用电信号控制方式将关断系统的响应时间缩短。

Description

一种用于测试流程的电液紧急关断系统及控制方法

技术领域

本发明涉及石油和天然气勘探测试技术领域，更具体的是，本发明涉及一种用于测试流程的电液紧急关断系统及控制方法。

背景技术

目前海上油田测试期间常用的紧急关断系统是采用压缩空气作为先导信号，出现紧急情况时，拉起ESD按钮打开泄压阀门，先导气体泄压，激发液压控制面板，控制地面测试树或地面安全阀的液控阀门关闭，实现地面测试流程的应急关断。ESD按钮通过多根长达数十米的先导信号气体管线连接到液压控制面板，液压控制面板进行控制，先导信号气体管线的长度直接影响关断时间。

但是目前的技术主要存在以下缺陷：

第一、由于受关断点数量和关断点距离的影响，现有紧急关断系统先导气体信号泄压时间长，制约着关断系统的响应时间，致使关断时间一般为10s～15s。

第二、先导信号的尼龙软管易损易漏，一旦出现意外泄漏或损坏，将无法正常开启所控阀门，导致作业的中断，同时出现泄漏很难在第一时间确定泄漏并修正；

第三、对于高温高压、高产气井、深水井、硫化氢井测试作业的难度大、风险高，一旦出现高压高产流体刺漏等险情，地层高压流体的泄漏扩散速度非常快，10～15秒的关断响应时间无法保障作业安全需求；

第四、现有测试紧急关断系统无法并入平台的关断系统，无法满足高端平台安全一体化的需求。

发明内容

本发明设计开发了一种用于测试流程的电液紧急关断系统，采用电信号作为紧急关断系统的感应信号，缩短了液压控制面板的响应时间，并能够进行信号输出，与平台紧急关断系统、水下坐落管柱紧急关断系统和测试数据采集系统通讯，提高测试流程紧急关断系统的可靠性和交互性。

本发明还设计开发了一种用于测试流程的电液紧急关断系统的控制方法，采用总线控制或者信号输入控制的方式启动所述电液紧急关断系统，能够应对多种紧急情况，保障作业安全。

本发明提供的技术方案为：

一种用于测试流程的电液紧急关断系统，包括：

多个远程控制按钮盒，其通过多芯线缆并联；以及

电控面板，其与所述多个远程控制按钮盒相连接，且所述电控面板具有数据通讯接口；

电磁阀箱，其与所述电控面板相连接；

感应气管线，其一端与所述电磁阀箱相连接；

液压控制面板，其与所述感应气管线的另一端相连接。

优选的是，所述数据通讯接口与平台中控系统、测试数据采集系统、水下树紧急关断系统对接。

优选的是，所述远程控制按钮盒与电控面板之间通过多芯线缆相连接；

所述电控面板与电磁阀箱之间通过多芯线缆相连接。

优选的是，所述电磁阀箱包括：

远传压力表，其用于检测所述感应气管线内的压力；

2个电磁阀，其用于保持所述感应气管线中的压力或者泄压；

其中，所述电磁阀为常闭式电磁阀。

优选的是，所述电控面板包括：

显示屏，其用于显示所述远程控制按钮盒的状态、所述数据通讯接口的状态和所述远传压力表的数值；

UPS系统，其与市电相连接；

直流电源，其与所述UPS系统和2个电磁阀相连接；

PLC控制电路，其与所述远程控制按钮盒相连接并接收所述远程控制按钮盒的信号。

优选的是，所述电控面板、电磁阀箱、液压控制面板、多芯线缆和感应气管线设置在撬装设备中。

一种用于测试流程的电液紧急关断系统的控制方法，使用用于测试流程的电液紧急关断系统，包括如下步骤：

步骤1、使所述电液紧急关断系统处于工作状态；

步骤2、如遇紧急情况，通过总线控制或者信号输入控制所述电液紧急关断系统使地面测试流程与测试井筒的隔离。

优选的是，所述工作状态为：

将所述电液紧急关断系统安装在地面测试流程及海上平台的相应位置，连接电源及压缩空气气源，并且检查所述电液紧急关断系统的连接正常；

所述紧急情况为：

所述电液紧急关断系统中出现超过压力阈值的最大值、超过温度阈值或者低于压力阈值的最小值；

所述平台动力定位失效、海况发生恶劣变化时，需要平台与测试管柱进行应急解脱；

所述平台中控系统判定需要紧急关井。

优选的是，所述压力阈值满足：

式中，P_val为压力阈值，Q_mi为感应气管线中的气体流量，V_mi为感应气管线中的气体流速，R为感应气管线的半径，L为感应气管线的长度，ρ为感应气管线中的气体密度，ρ_env为环境中的空气密度，ω_rev为压力校正权值，P_bas为感应气管线中的基本压强，P_env为环境中的空气压强，t为检测时间；

所述压力阈值的最大值为：

P_MAX＝1.25P_val；

所述压力阈值的最小值为：

P_MIN＝0.75P_val；

所述温度阈值满足：

式中，T_val为温度阈值，ξ_rev为温度校正权值，T_bas为感应气管线中的基本温度，T_env为环境中的温度，d为感应气管线的管壁厚度。

优选的是，所述总线控制过程为：

通过所述远程控制按钮盒将关断信号传递到所述电控面板，从而控制所述电磁阀打开，使所述感应气管线泄压，激活所述液压控制面板，使地面测试流程与测试井筒的隔离。

所述信号输入控制过程为：

通过平台中控系统、测试数据采集系统或者水下树紧急关断系统将关断信号传递到所述电控面板，从而控制所述电磁阀打开，使所述感应气管线泄压，激活所述液压控制面板，使地面测试流程与测试井筒的隔离。

本发明所述的有益效果：

本发明提供的用于测试流程的电液紧急关断系统，从系统功能方面，实现了多站点远程控制方式基础上，将关断系统的响应时间缩短至2～3s；从系统可靠性方面，采用电信号作为紧急关断系统感应信号的控制方式，实现各控制站点状态自检；从系统交互性方面，能够进行信号输出，实现了与测试数据采集系统、坐落管柱控制系统、平台中控的实时通讯，提高了一体化控制能力，加强安全综合控制能力，保障作业安全。

本发明提供的用于测试流程的电液紧急关断系统的控制方法，彻底改变紧急关断系统的控制方式，采用总线控制或者信号输入控制两种控制方式并行，极大提高了地面流程在紧急情况下的关断时间，并且系统具备控制逻辑、数据通讯接口、安全冗余的设计，提高测试流程紧急关断系统的可靠性和交互性。

附图说明

图1为本发明所述用于测试流程的电液紧急关断系统的结构示意图。

图2为本发明所述电磁阀箱的结构示意图。

图3为本发明所述电控面板的电路连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

不同于传统的控制系统采用压缩空气作为控制信号，本发明采用电流作为控制信号，并进行控制逻辑设计，是一套地面测试流程紧急关断系统及其控制方法，为油气井测试地面流程的应急关断提供新的控制手段。

如图1所示，本发明提供一种用于测试流程的电液紧急关断系统，包括：多个远程控制按钮盒110、第一多芯线缆121、第二多芯线缆122、第三多芯线缆123、电控面板130、电磁阀箱140、感应气管线150、液压控制面板160和数据通讯接口170，其中，所述多个远程控制按钮盒110的连接顺序应能任意进行组合而不影响控制，在本实施例中，所述远程控制按钮盒110为6个，分别布置在平台安全区域、逃生通道、钻台、油嘴管汇、测试分离器、数采房的位置；且所述多个远程控制按钮盒110通过第一多芯线缆121并联，所述电控面板130通过第二多芯线缆122与远程控制按钮盒110相连接，且所述电控面板130具有数据通讯接口170，并且通过所述数据通讯接口170与平台中控、地面测试数据采集系统、水下坐落管柱控制系统连接，所述数据通讯接口170为外部关断及系统状态远传接口，实现状态的远传和关断信号的接收；电磁阀箱140通过第三多芯线缆123与电控面板130相连接，电磁阀箱140通过感应气管线150与液压控制面板相连接。

如图2所示，所述电磁阀箱140包括：远传压力表(图中为标出)和两个电磁阀141、142，其中，远传压力表用于检测所述感应气管线150内的压力；2个电磁阀141、142用于保持所述感应气管线150中的压力或者泄压；在本实施例中，所述电磁阀141、142均为常闭式电磁阀。

如图3所示，所述电控面板130包括显示屏(图中未标注)、UPS系统111、直流电源112和PLC控制电路(图中未示出)，其中，显示屏用于显示所述远程控制按钮盒110的状态、所述数据通讯接口170的状态和所述远传压力表的数值；本发明所述的系统采用24VDC电源为双电源冗余设计，包括一路带电池的直流UPS系统，时间15分钟以上，主电失电报警；UPS系统111与市电相连接；直流电源112与所述UPS系统111和2个电磁阀141、142相连接；PLC控制电路与所述远程控制按钮盒110相连接并接收所述远程控制按钮盒110的信号。

所述数据通讯接口170包括：平台中控关断信号输入、电液紧急关断系统状态输出(平台中控)、测试数据采集系统关断信号输入、电液紧急关断系统状态输出(数采系统)和水下树紧急关断系统关断信号输入，其中，所述电控面板130能够通过电液紧急关断系统状态输出(平台中控)和电液紧急关断系统状态输出(数采系统)将所述远程控制按钮盒110的关断信号输送到平台中控和数采系统中，而平台中控关断信号输入、测试数据采集系统关断信号输入和水下树紧急关断系统关断信号输入能够将关断信号输送到所述电控面板130中，所述电控面板130将关断信号输送到电磁阀141、142中，所述电磁阀141、142打开，所述感应气管线150泄压，所述液压控制面板160实施紧急关断。

本发明所述的电控面板130、电磁阀箱140、液压控制面板160、第一多芯线缆121、第二多芯线缆122、第三多芯线缆123和感应气管线150集成在一个撬装设备中，安装在地面测试设备—地面安全阀/地面测试树旁；本发明所述的系统采用Modbus-RTU协议，PLC控制，通过PLC接收远程控制按钮盒110的关断输入信号，处理后将指令输出至电磁阀141、142，控制常闭电磁阀141、142打开，同时将关断状态通过总线远传至平台中控和测试数据采集系统。

本发明所述的用于测试流程的电液紧急关断系统的工作原理是系统布置在平台安全区域、钻台、测试流程关键位置的远程控制按钮盒110，以及系统外部接口通讯的平台中控系统、测试数据采集系统、水下坐落管柱控制系统向电控面板130发出关断信号，控制电磁阀141、142打开，电磁阀141、142和液压控制面板160之间的感应气管线150泄压，激活地面安全阀、地面测试树的液压控制面板，进而控制地面安全阀、地面测试树的液压促动阀紧急关断，实现对地面测试流程与测试井筒的隔离。

本发明所述的用于测试流程的电液紧急关断系统，从系统功能方面，实现不同远程控制按钮盒之间的替换，具备安全冗余设计，在保障平台主电源失电情况下系统依然能正常运行，保证了作业的连续性，确保作业不会因电源异常中断而造成测试作业意外中断；实现了多站点远程控制方式基础上，将关断系统的响应时间缩短至2～3s；从系统可靠性方面，采用电信号控制方式，彻底改变紧急关断系统的控制方式，极大提高了地面流程在紧急情况下的关断时间的同时实现各控制站点状态自检；从系统交互性方面，实现了与测试数据采集系统、坐落管柱控制系统、平台中控的实时通讯，提高了一体化控制能力，加强安全综合控制能力，保障作业安全，为高产井、高温高压井、含有毒有害气体井的测试作业提高应急安全保障能力。

本发明还提供一种用于测试流程的电液紧急关断系统的控制方法，使用如所述的用于测试流程的电液紧急关断系统，包括如下步骤：

步骤1、使所述电液紧急关断系统处于工作状态；

其中，所述工作状态为：

将所述电液紧急关断系统安装在地面测试流程及海上平台的相应位置，连接电源及压缩空气气源，并且检查所述电液紧急关断系统的连接正常，启动所述电液紧急关断系统；

步骤2、如遇紧急情况，通过总线控制或者信号输入控制所述电液紧急关断系统使地面测试流程与测试井筒的隔离。

其中，所述紧急情况为：

所述电液紧急关断系统中出现超过压力阈值的最大值、超过温度阈值或者低于压力阈值的最小值，可以通过总线控制所述电液紧急关断系统使地面测试流程与测试井筒的隔离；

所述平台动力定位失效、海况发生恶劣变化时，需要平台与测试管柱进行应急解脱，可以通过信号输入控制所述电液紧急关断系统使地面测试流程与测试井筒的隔离；

所述平台其它地方发现紧急情况，不适宜进行测试作业，需要紧急关井，可以通过信号控制所述电液紧急关断系统使地面测试流程与测试井筒的隔离。

其中，所述总线控制过程为：

通过所述远程控制按钮盒将关断信号传递到所述电控面板，从而控制所述电磁阀打开，使所述感应气管线泄压，激活所述液压控制面板，使地面测试流程与测试井筒的隔离。

所述信号输入控制过程为：

通过平台中控系统、测试数据采集系统或者水下树紧急关断系统将关断信号传递到所述电控面板，从而控制所述电磁阀打开，使所述感应气管线泄压，激活所述液压控制面板，使地面测试流程与测试井筒的隔离。

其中，所述压力阈值满足：

式中，P_val为压力阈值，Q_mi为感应气管线中的气体流量，V_mi为感应气管线中的气体流速，R为感应气管线的半径，L为感应气管线的长度，ρ为感应气管线中的气体密度，ρ_env为环境中的空气密度，ω_rev为压力校正权值，P_bas为感应气管线中的基本压强，P_env为环境中的空气压强，t为检测时间；

所述压力阈值的最大值为：

P_MAX＝1.25P_val；

所述压力阈值的最小值为：

P_MIN＝0.75P_val；

所述温度阈值满足：

式中，T_val为温度阈值，ξ_rev为温度校正权值，T_bas为感应气管线中的基本温度，T_env为环境中的温度，d为感应气管线的管壁厚度。

本发明提供的用于测试流程的电液紧急关断系统的控制方法，彻底改变紧急关断系统的控制方式，采用总线控制或者信号输入控制两种控制方式并行，极大提高了地面流程在紧急情况下的关断时间，并且系统具备控制逻辑、数据通讯接口、安全冗余的设计，提高测试流程紧急关断系统的可靠性和交互性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (2)

1.一种用于测试流程的电液紧急关断系统的控制方法，其特征在于，使用用于测试流程的电液紧急关断系统，包括如下步骤：

步骤1、使所述电液紧急关断系统处于工作状态；

其中，所述工作状态为：

将所述电液紧急关断系统安装在地面测试流程及海上平台的相应位置，连接电源及压缩空气气源，并且检查所述电液紧急关断系统的连接正常；

步骤2、如遇紧急情况，通过总线控制或者信号输入控制所述电液紧急关断系统使地面测试流程与测试井筒的隔离；

所述紧急情况为：

所述电液紧急关断系统中出现超过压力阈值的最大值、超过温度阈值或者低于压力阈值的最小值；

平台动力定位失效、海况发生恶劣变化时，需要平台与测试管柱进行应急解脱；

平台中控系统判定需要紧急关井；

所述压力阈值满足：

式中，P_val为压力阈值，Q_mi为感应气管线中的气体流量，V_mi为感应气管线中的气体流速，R为感应气管线的半径，L为感应气管线的长度，ρ为感应气管线中的气体密度，ρ_env为环境中的空气密度，ω_rev为压力校正权值，P_bas为感应气管线中的基本压强，P_env为环境中的空气压强，t为检测时间；

所述压力阈值的最大值为：

P_MAX＝1.25P_val；

所述压力阈值的最小值为：

P_MIN＝0.75P_val；

所述温度阈值满足：

式中，T_val为温度阈值，ξ_rev为温度校正权值，T_bas为感应气管线中的基本温度，T_env为环境中的温度，d为感应气管线的管壁厚度；

所述用于测试流程的电液紧急关断系统包括：

多个远程控制按钮盒，其通过多芯线缆并联；以及

电控面板，其与所述多个远程控制按钮盒相连接，且所述电控面板具有数据通讯接口；

电磁阀箱，其与所述电控面板相连接；

感应气管线，其一端与所述电磁阀箱相连接；

液压控制面板，其与所述感应气管线的另一端相连接。

2.如权利要求1所述的用于测试流程的电液紧急关断系统的控制方法，其特征在于，所述总线控制过程为：

通过所述远程控制按钮盒将关断信号传递到所述电控面板，从而控制所述电磁阀打开，使所述感应气管线泄压，激活所述液压控制面板，使地面测试流程与测试井筒的隔离；

所述信号输入控制过程为：

通过平台中控系统、测试数据采集系统或者水下树紧急关断系统将关断信号传递到所述电控面板，从而控制所述电磁阀打开，使所述感应气管线泄压，激活所述液压控制面板，使地面测试流程与测试井筒的隔离。

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