CN113202441A - 连续油管设备电控液自动控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了连续油管设备电控液自动控制系统及方法，包括PDB、CCB、HMI、Injector Box、底盘发动机系统、注入头驱动系统、注入头辅助控制系统、油管滚筒控制系统、防喷盒控制系统、手动操作系统，电控液自动控制系统分为自动控制系统与手动控制系统两套系统，可以根据需要进行选择，作业的操控更为方便可靠；通过PDB对HMI、CCB、HMI、Injector Box、底盘发动机系统、注入头驱动系统、注入头辅助控制系统、油管滚筒控制系统、防喷盒控制系统、手动操作系统反馈的参数信息进行采集分析，并可以通过CCB对各模块的参数进行优化匹配，操作更为简单方便，系统运行更为可靠，确保连续油管设备的稳定持续的运行。
Description
技术领域
本发明涉及现连续油管设备的领域，具体涉及连续油管设备电控液自动控制系统及方法。
背景技术
当今全世界在用的连续油管作业设备的操作和控制都是操作人员在施工现场就地操作控制连续油管的起下作业。而随着连续油管应用领域的不断扩大，连续油管设备在油田的注气驱油、煤矿的气化采煤流体注入领域的应用越来越多。由于该领域工艺技术的特殊性，流体注入一般是多口井同时注入，每口注入井需要一套连续油管起下设备在井口待命，当注入流体的过程中井下的温度、压力等参数变化到需要提（放）井内的连续油管时，地面技术人员就要以较短的时间操作井口连续油管设备运行，实施井内连续油管的起下作业。传统的人在本地操作的连续油管设备，每口注入井的每套连续油管设备都要有人轮流值班，监视和控制连续油管设备运行，设备投入成本高，操作人员值班人员多，管理难度大，设备运行费用大经济效益差。
中国专利CN108708681B “操作和控制连续油管作业的设备”，涉及了远程集中遥控操作注入持续油管的起下作业，为多扣流体注入井的多套连续油管设备的集中监控，但是该控制监控简单，无法集中监控所有系统，电控液的自动控制不够全面，作业较为复杂。
发明内容
本发明的主要目的在于提供连续油管设备电控液自动控制系统及方法，解决连续油管设备各个设备实现集中监控，保证设备的持续稳定的运行的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：包括PDB、CCB、HMI、InjectorBox、底盘发动机系统、注入头驱动系统、注入头辅助控制系统、油管滚筒控制系统、防喷盒控制系统、手动操作系统，连续油管设备电控液自动控制方法的步骤如下：
S1、在连续油管设备主体上设置电控液自动控制系统，所述电控液自动控制系统与手动控制系统并行；
S2、在作业过程中，挂上底盘取力，所述电控液自动控制系统通过所述HMI设置的底盘发动机运行参数，注入头夹紧、张紧、管轻、管重的参数，油管滚筒运转、排管器运动的参数，防喷盒压紧、打开的参数，从而控制底盘发动机系统、注入头驱动系统、注入头辅助控制系统、油管滚筒控制系统、防喷盒控制系统以及手动操作系统的正常运转；
S3、PDB对HMI、CCB、Injector Box、底盘发动机系统、注入头驱动系统、注入头辅助控制系统、油管滚筒控制系统、防喷盒控制系统、手动操作系统反馈的参数信息进行采集，并通过CCB对各模块的参数进行优化匹配。
优选方案中，注入头驱动系统包括电比例柱塞泵、电比例溢流阀、冲洗阀、过滤器、变量马达、第一制动器；
变量马达设在注入头两侧，变量马达驱动注入头链条，第一制动器对注入头进行刹车与解刹。
优选方案中，电比例柱塞泵与变量马达连接组成闭式回路，冲洗阀与过滤器串联在闭式回路的两侧，电比例溢流阀并联在电比例柱塞泵的一侧；
电比例柱塞泵与电比例溢流阀通过CCB自动控制，控制注入头起下的压力与速度。
优选方案中，注入头辅助控制系统包括辅助泵、调速阀组、电比例减压阀、减压阀、电磁换向阀、压力传感器、保压阀。
优选方案中，辅助泵通过调速阀组为马达换挡、链条夹紧、链条张紧、滚筒刹车与注入头刹车提供液压动力，各管路中均设有压力传感器；
调速阀组与马达之间设有串联的电比例减压阀，电比例减压阀对注入头马达排量进行切换，从而实现注入头马达的无极调速；
调速阀组与滚筒刹车之间设有串联的减压阀10和电磁换向阀，减压阀10设定压力值，电磁换向阀进行换向，从而实现滚筒刹车与解刹；
调速阀组与注入头刹车之间设有串联的减压阀10和电磁换向阀，减压阀10设定压力值，电磁换向阀进行换向，从而实现注入头刹车与解刹；
调速阀组与链条张紧之间设有串联的电比例减压阀和保压阀，通过电比例减压阀与保压阀对注入头链条张紧压力进行控制；
调速阀组与链条夹紧之间设有串联的电比例减压阀和保压阀，通过电比例减压阀和保压阀对注入头链条夹紧压力进行控制。
优选方案中，注入头刹车与滚筒刹车具有逻辑控制，需同时解刹后才能控制注入头；
链条夹紧分上、中、下三路控制，三路控制上设有独立的保压阀，可通过手动或自动对链条夹紧进行控制。
优选方案中，防喷盒控制系统包括恒压变量泵、安全阀、蓄能器、针型阀、电比例减压阀、开关电磁换向阀、保压电磁阀。
优选方案中，防喷盒有两个，两个防喷盒通过恒压变量泵提供液压动力，从而打开或关闭两个防喷盒，两个防喷盒独立控制，以使两个防喷盒不同时工作；
恒压变量泵与两个防喷盒的控制管路上设有串联的电比例减压阀与开关电磁换向阀，开关电磁换向阀通过通电或断电控制防喷盒的松开或夹紧，在控制防喷盒夹紧的管路上还设有保压电磁阀，以使防喷盒在夹紧状态下的保压；
恒压变量泵在与两个防喷盒的控制管路上设有安全阀、蓄能器以及针型阀，蓄能器可在恒压变量泵失效的情况下为系统提供额外的动力，针型阀对可系统进行卸荷，安全阀保护系统不超压。
优选方案中，油管滚筒控制系统包括电控变量柱塞泵、电比例溢流阀、过滤器、冲洗阀、滚筒马达、第二制动器。
优选方案中，电控变量柱塞泵与滚筒马达连接组成闭式回路，过滤器与冲洗阀串联在闭式回路的两侧，电比例溢流阀串联在电控变量柱塞泵出口与过滤器之间；
电比例溢流阀用于调节系统工作压力，过滤器用于过滤两侧回路上的液压油，冲洗阀用于更换部分热油降低系统液压油温。
本发明提供了连续油管设备电控液自动控制系统及方法，有益效果：
1、电控液自动控制系统分为自动控制系统与手动控制系统两套系统，可以根据需要进行选择，作业的操控更为方便可靠；
2、通过HMI对系统参数集中设置，从而保证底盘发动机系统、注入头驱动系统、注入头辅助控制系统、油管滚筒控制系统与防喷盒控制系统从而能够保证系统的正常运行；
3、通过PDB对HMI、CCB、Injector Box、底盘发动机系统、注入头驱动系统、注入头辅助控制系统、油管滚筒控制系统、防喷盒控制系统、手动操作系统反馈的参数信息进行采集分析，并可以通过CCB对各模块的参数进行优化匹配，操作更为简单方便，系统运行更为可靠；
4、注入头驱动系统与注入头辅助控制系统能够精确控制注入头起下的压力和速度，系统运行稳定可靠，保证设备的持续运行；
5、两个防喷盒不同时工作，其中蓄能器可以在泵失效的情况下提供动力，从而避免因设备故障影响正常运行，确保连续油管设备的稳定持续的运行。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明整体系统连接示意图；
图2是本发明注入头驱动系统流程图；
图3是本发明注入头驱动系统控制图；
图4是本发明注入头辅助控制系统流程图；
图5是本发明注入头辅助控制系统控制图；
图6是本发明防喷盒控制系统流程图；
图7是本发明防喷盒控制系统控制图；
图8是本发明油管滚筒控制系统流程图；
图9是本发明油管滚筒控制系统控制图；
图中：电比例柱塞泵1；电比例溢流阀2；冲洗阀3；过滤器4；变量马达5；第一制动器6；辅助泵7；调速阀组8；电比例减压阀9；减压阀10；电磁换向阀11；压力传感器12；保压阀13；恒压变量泵14；安全阀15；蓄能器16；针型阀17；开关电磁换向阀18；保压电磁阀19；电控变量柱塞泵23；电比例溢流阀24；第二制动器25；滚筒马达26。
具体实施方式
实施例1
如图1~9所示，连续油管设备电控液自动控制系统及方法，包括PDB、CCB、HMI、Injector Box、底盘发动机系统、注入头驱动系统、注入头辅助控制系统、油管滚筒控制系统、防喷盒控制系统、手动操作系统，连续油管设备电控液自动控制方法的步骤如下：
S1、在连续油管设备主体上设置电控液自动控制系统，所述电控液自动控制系统与手动控制系统并行；
S2、在作业过程中，挂上底盘取力，所述电控液自动控制系统通过所述HMI设置的底盘发动机运行参数，注入头夹紧、张紧、管轻、管重的参数，油管滚筒运转、排管器运动的参数，防喷盒压紧、打开的参数，从而控制底盘发动机系统、注入头驱动系统、注入头辅助控制系统、油管滚筒控制系统、防喷盒控制系统以及手动操作系统的正常运转；
S3、PDB对HMI、CCB、Injector Box、底盘发动机系统、注入头驱动系统、注入头辅助控制系统、油管滚筒控制系统、防喷盒控制系统、手动操作系统反馈的参数信息进行采集，并通过CCB对各模块的参数进行优化匹配。由此方法，HMI显示采用触摸屏，能选取自动控制模式、摩擦模式等工作模式，并通过触摸按键方式切换为手动控制模式，电控液自动控制系统通过Ethernet通讯接收HMI信息，并向HMI反馈各个模块通讯信息，PDB为输入/输出模块，接受从各个系统反馈的信息，CCB为命令控制模块，负责对反馈的信息进行处理并通过PDB反馈到各系统执行，并经HMI显示状态；底盘发动机系统、注入头驱动系统、注入头辅助控制系统、油管滚筒控制系统、防喷盒控制系统提供作业指令，并通过内部CAN总线采集各系统反馈的信息，并经HMI显示；手动操作系统包括手动操作杆可以进行注入头起下、滚筒牵引压力、防喷盒控制压力、夹紧压力、张紧压力、注入头马达换挡压力等控制，并经HMI显示，在自动控制模式下，只要操作此操作杆，自动控制模式停止。Injector Box负责收集注入头上载荷传感器、速度传感器、入井压力、出井压力值，HMI输入操作指令并显示各个参数，数据采集系统采集现场作业相关参数。
优选方案中，注入头驱动系统包括电比例柱塞泵1、电比例溢流阀2、冲洗阀3、过滤器4、变量马达5、第一制动器6；
变量马达5设在注入头两侧，变量马达5驱动注入头链条，第一制动器6对注入头进行刹车与解刹。
优选方案中，电比例柱塞泵1与变量马达5连接组成闭式回路，冲洗阀3与过滤器4串联在闭式回路的两侧，电比例溢流阀2并联在电比例柱塞泵1的一侧；
电比例柱塞泵1与电比例溢流阀2通过CCB自动控制，控制注入头起下的压力与速度。由此系统，电比例柱塞泵1通过调节该系统流量，电比例溢流阀2控制该系统压力，冲洗阀3更换掉部分热油，降低整个闭式系统液压油温，在连续油管设备作自动控制时，通过设定相应速度、井底参数等，通过CCB自动控制电比例柱塞泵1与电比例溢流阀2，也就是注入头起下的压力和速度，另外过滤器4采用电发讯器，在出现故障或者到期需维保的时候通过HMI进行显示。
优选方案中，注入头辅助控制系统包括辅助泵7、调速阀组8、电比例减压阀9、减压阀10、电磁换向阀11、压力传感器12、保压阀13。
优选方案中，辅助泵7通过调速阀组8为马达换挡、链条夹紧、链条张紧、滚筒刹车与注入头刹车提供液压动力，各管路中均设有压力传感器12；
调速阀组8与马达之间设有串联的电比例减压阀9，电比例减压阀9对注入头马达排量进行切换，从而实现注入头马达的无极调速；
调速阀组8与滚筒刹车之间设有串联的减压阀10和电磁换向阀11，减压阀10设定压力值，电磁换向阀11进行换向，从而实现滚筒刹车与解刹；
调速阀组8与注入头刹车之间设有串联的减压阀10和电磁换向阀11，减压阀10设定压力值，电磁换向阀11进行换向，从而实现注入头刹车与解刹；
调速阀组8与链条张紧之间设有串联的电比例减压阀9和保压阀13，通过电比例减压阀9与保压阀13对注入头链条张紧压力进行控制；
调速阀组8与链条夹紧之间设有串联的电比例减压阀9和保压阀13，通过电比例减压阀9和保压阀13对注入头链条夹紧压力进行控制。
优选方案中，注入头刹车与滚筒刹车具有逻辑控制，需同时解刹后才能控制注入头；
链条夹紧分上、中、下三路控制，三路控制上设有独立的保压阀13，可通过手动或自动对链条夹紧进行控制。由此系统，各管路中的压力传感器12可以对压力进行反馈监控，在连续油管设备自动控制模式下，根据设定的速度需要通过CCB实现马达排量自动调节，电比例减压阀9和保压阀13同时通电与断电，在压力调节好后，保压阀13断电，该系统处于保压状态，保护张紧系统。在连续油管设备自动控制模式下，在管轻或管重状态，根据张紧曲线表实现链条张紧自动控制防止因夹紧油缸泄漏发生溜管现象，增加上、中、下三路的保压阀13，在系统压力设定好后，可手动锁定实现三路保压；在持续油管设备自动控制模式下，根据夹紧曲线表实现链条夹紧自动控制。
优选方案中，防喷盒控制系统包括恒压变量泵14、安全阀15、蓄能器16、针型阀17、电比例减压阀9、开关电磁换向阀18、保压电磁阀19。
优选方案中，防喷盒有两个，两个防喷盒通过恒压变量泵14提供液压动力，从而打开或关闭两个防喷盒，两个防喷盒独立控制，以使两个防喷盒不同时工作；
恒压变量泵14与两个防喷盒的控制管路上设有串联的电比例减压阀9与开关电磁换向阀18，开关电磁换向阀18通过通电或断电控制防喷盒的松开或夹紧，在控制防喷盒夹紧的管路上还设有保压电磁阀19，以使防喷盒在夹紧状态下的保压；
恒压变量泵14在与两个防喷盒的控制管路上设有安全阀15、蓄能器16以及针型阀17，蓄能器16可在恒压变量泵14失效的情况下为系统提供额外的动力，针型阀17对可系统进行卸荷，安全阀15保护系统不超压。由此系统，电比例减压阀9根据井压大小来调节防喷盒工作压力，开关电磁换向阀18通过通电与断电来控制防喷盒的松开与夹紧，保压电磁阀19实现防喷盒夹紧状态下的保压。防喷盒夹紧时，开关电磁换向阀18不通电，直接调节电比例减压阀9来控制夹紧压力，此时保压电磁阀19处于通电状态，压力调节完毕后，保压电磁阀19断电实现保压；防喷盒松开时，电比例减压阀9设定在一定的压力，然后开关电磁换向阀18与保压电磁阀19均通电，实现防喷盒松开。在连续油管设备自动控制时，PDB收集反馈的井底压力，通过CCB逻辑计算所需控制压力，通过调节电比例减压阀9来实现防喷盒自动控制。电磁换向阀11进行换向阀，需将电比例减压阀9调节为零后才能换向。
优选方案中，油管滚筒控制系统包括电控变量柱塞泵23、电比例溢流阀2、过滤器4、冲洗阀3、滚筒马达26、第二制动器25。
优选方案中，电控变量柱塞泵23与滚筒马达26连接组成闭式回路，过滤器4与冲洗阀3串联在闭式回路的两侧，电比例溢流阀2串联在电控变量柱塞泵23出口与过滤器4之间；
电比例溢流阀2用于调节系统工作压力，过滤器4用于过滤两侧回路上的液压油，冲洗阀3用于更换部分热油降低系统液压油温。由此系统，油管滚筒控制通常在起油管方向，过滤器4采用电控变量柱塞泵23出口经过过滤器4过滤后、滚筒马达26回油经过滤器4过滤的过滤方式，冲洗阀3更换掉部分热油，降低整个闭式系统液压油温。电控变量柱塞泵23在工作时在起油管方向，如需在下油管方向，需进行强制激活。此系统在连续油管设备自动控制时实现油管滚筒自动控制，下油管时，电控变量柱塞泵23在起油管方向，只需要设定一定值，起油管时，根据所需要的速度通过CCB对电控变量柱塞泵23排量与工作压力进行调节。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.连续油管设备电控液自动控制系统的方法，其特征是：包括PDB、CCB、HMI、InjectorBox、底盘发动机系统、注入头驱动系统、注入头辅助控制系统、油管滚筒控制系统、防喷盒控制系统、手动操作系统，连续油管设备电控液自动控制系统的方法步骤如下：
S1、在连续油管设备主体上设置电控液自动控制系统，所述电控液自动控制系统与手动控制系统并行；
S2、在作业过程中，挂上底盘取力，所述电控液自动控制系统通过所述HMI设置的底盘发动机运行参数，注入头夹紧、张紧、管轻、管重的参数，油管滚筒运转、排管器运动的参数，防喷盒压紧、打开的参数，从而控制底盘发动机系统、注入头驱动系统、注入头辅助控制系统、油管滚筒控制系统、防喷盒控制系统以及手动操作系统的正常运转；
S3、PDB对HMI、CCB、Injector Box、底盘发动机系统、注入头驱动系统、注入头辅助控制系统、油管滚筒控制系统、防喷盒控制系统、手动操作系统反馈的参数信息进行采集，并通过CCB对各模块的参数进行优化匹配。
2.根据权利要求1所述连续油管设备电控液自动控制系统，其特征是：注入头驱动系统包括电比例柱塞泵（1）、电比例溢流阀（2）、冲洗阀（3）、过滤器（4）、变量马达（5）、第一制动器（6）；
变量马达（5）设在注入头两侧，变量马达（5）驱动注入头链条，第一制动器（6）对注入头进行刹车与解刹。
3.根据权利要求2所述连续油管设备电控液自动控制系统，其特征是：电比例柱塞泵（1）与变量马达（5）连接组成闭式回路，冲洗阀（3）与过滤器（4）串联在闭式回路的两侧，电比例溢流阀（2）并联在电比例柱塞泵（1）的一侧；
电比例柱塞泵（1）与电比例溢流阀（2）通过CCB自动控制，控制注入头起下的压力与速度。
4.根据权利要求1所述连续油管设备电控液自动控制系统，其特征是：注入头辅助控制系统包括辅助泵（7）、调速阀组（8）、电比例减压阀（9）、减压阀（10）、电磁换向阀（11）、压力传感器（12）、保压阀（13）。
5.根据权利要求4所述连续油管设备电控液自动控制系统，其特征是：辅助泵（7）通过调速阀组（8）为马达换挡、链条夹紧、链条张紧、滚筒刹车与注入头刹车提供液压动力，各管路中均设有压力传感器（12）；
调速阀组（8）与马达之间设有串联的电比例减压阀（9），电比例减压阀（9）对注入头马达排量进行切换，从而实现注入头马达的无极调速；
调速阀组（8）与滚筒刹车之间设有串联的减压阀10和电磁换向阀（11），减压阀10设定压力值，电磁换向阀（11）进行换向，从而实现滚筒刹车与解刹；
调速阀组（8）与注入头刹车之间设有串联的减压阀10和电磁换向阀（11），减压阀10设定压力值，电磁换向阀（11）进行换向，从而实现注入头刹车与解刹；
调速阀组（8）与链条张紧之间设有串联的电比例减压阀（9）和保压阀（13），通过电比例减压阀（9）与保压阀（13）对注入头链条张紧压力进行控制；
调速阀组（8）与链条夹紧之间设有串联的电比例减压阀（9）和保压阀（13），通过电比例减压阀（9）和保压阀（13）对注入头链条夹紧压力进行控制。
6.根据权利要求5所述连续油管设备电控液自动控制系统，其特征是：注入头刹车与滚筒刹车具有逻辑控制，需同时解刹后才能控制注入头；
链条夹紧分上、中、下三路控制，三路控制上设有独立的保压阀（13），可通过手动或自动对链条夹紧进行控制。
7.根据权利要求1所述连续油管设备电控液自动控制系统，其特征是：防喷盒控制系统包括恒压变量泵（14）、安全阀（15）、蓄能器（16）、针型阀（17）、电比例减压阀（9）、开关电磁换向阀（18）、保压电磁阀（19）。
8.根据权利要求7所述连续油管设备电控液自动控制系统，其特征是：防喷盒有两个，两个防喷盒通过恒压变量泵（14）提供液压动力，从而打开或关闭两个防喷盒，两个防喷盒独立控制，以使两个防喷盒不同时工作；
恒压变量泵（14）与两个防喷盒的控制管路上设有串联的电比例减压阀（9）与开关电磁换向阀（18），开关电磁换向阀（18）通过通电或断电控制防喷盒的松开或夹紧，在控制防喷盒夹紧的管路上还设有保压电磁阀（19），以使防喷盒在夹紧状态下的保压；
恒压变量泵（14）在与两个防喷盒的控制管路上设有安全阀（15）、蓄能器（16）以及针型阀（17），蓄能器（16）可在恒压变量泵（14）失效的情况下为系统提供额外的动力，针型阀（17）对可系统进行卸荷，安全阀（15）保护系统不超压。
9.根据权利要求1所述连续油管设备电控液自动控制系统，其特征是：油管滚筒控制系统包括电控变量柱塞泵（23）、电比例溢流阀（2）、过滤器（4）、冲洗阀（3）、滚筒马达（26）、第二制动器（25）。
10.根据权利要求9所述连续油管设备电控液自动控制系统，其特征是：电控变量柱塞泵（23）与滚筒马达（26）连接组成闭式回路，过滤器（4）与冲洗阀（3）串联在闭式回路的两侧，电比例溢流阀（2）串联在电控变量柱塞泵（23）出口与过滤器（4）之间；
电比例溢流阀（2）用于调节系统工作压力，过滤器（4）用于过滤两侧回路上的液压油，冲洗阀（3）用于更换部分热油降低系统液压油温。
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