CN113250678A - 一种马笼头控制系统及其地面系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种马笼头控制系统及其地面系统和控制方法，其中地面系统包括地面直流供电模块、释放信号发射模块、及与所述地面直流供电模块和释放信号发射模块连接的控制器；所述控制器设置成当接收到对马笼头进行锁紧或释放的控制命令时，控制地面直流供电模块通过测井电缆向井下系统的可释放马笼头机械模块进行供电，以及控制释放信号发射模块向井下系统的信号解析及释放控制模块发送控制对马笼头进行锁紧或释放信号。

Description

一种马笼头控制系统及其地面系统和控制方法

技术领域

本发明实施例涉及但不限于测井设备领域，更具体地，涉及一种马笼头控制系统及其地面系统和控制方法。

背景技术

当井下仪器在井种(一般都是几千米的井)遇卡的时候，仪器卡在井壁上，无法随着电缆的上提和下放而运动，此时只能拉断马笼头的弱点，然后将电缆回收，最后用专业工具打捞井下仪器。但是，在拉断马笼头弱点的过程中，测井电缆由于承受了过大的拉力而损坏，无法再次使用。更有甚之，在马笼头弱点拉断之前，电缆首先被拉断了，这样将为后续仪器的打捞造成极大的麻烦，可能根本无法捞出遇卡的仪器，甚至导致该口井无法继续探测和使用，造成的损失无法估量。

如果使用可释放马笼头，井下仪器遇卡后，该马笼头可以通过地面系统的操作，将电缆和井下仪器断开，然后可以轻松回收电缆，进行下一步打捞工作。这样，既保护了电缆，使得电缆可以再次使用，又消除电缆拉断的风险，可正常进行打捞工作。

目前当挂有高温可释放马笼头的井下仪器串在进行电缆测井作业发生“遇阻”时，需要启动马笼头控制装置对马笼头重新释放。马笼头的释放需要依靠地面供电井下直接控制释放的方式，实现马笼头的释放功能。但是其存在误释放的风险，例如当电缆中的部分缆芯短路导通或者绝缘性变差，容易产生原本供应到其他缆芯的电信号串到了马笼头释放供电缆芯上的情况，导致可释放马笼头错误的释放，这样能够导致仪器以外坠落，此时打捞难度极大，造成损失极大。

发明内容

本发明实施例还提供一种可释放马笼头地面系统，包括：地面直流供电模块、释放信号发射模块、及与所述地面直流供电模块和释放信号发射模块连接的控制器；所述控制器设置成当接收到对马笼头进行锁紧或释放的控制命令时，控制地面直流供电模块通过测井电缆向井下系统的可释放马笼头机械模块进行供电，以及控制释放信号发射模块向井下系统的信号解析及释放控制模块发送控制对马笼头进行锁紧或释放信号。

在一个示例性实施例中，所述地面系统还包括连接于所述地面直流供电模块和测井电缆之间的地面供电保护模块，所述地面供电保护模块设置成能够对所述地面直流供电模块向所述井下系统提供的电源信号进行过流保护或者过压保护；所述地面供电保护模块还设有提示单元，设置成能够提示释放信息。

本发明实施例还提供一种可释放马笼头的控制系统，包括：地面系统、井下系统、及连接所述地面系统和井下系统的测井电缆；所述井下系统包括可释放马笼头机械模块和信号解析及释放控制模块；所述信号解析及释放控制模块设置成当所接收到的控制释放信号发射模块发送的锁紧或释放信号满足预定要求时，控制可释放马笼头机械模块对马笼头进行锁紧或释放。

在一个示例性实施例中，控制器设置成当所述信号解析及释放控制模块接收到的锁紧或释放信号满足预定要求，则控制可释放马笼头机械模块对马笼头进行锁紧或释放，包括：所述控制器设置成当所述信号解析及释放控制模块接收到的所述锁紧或释放信号的内容、频率、强度、波形、时间间隔中的一种或者多种满足预定要求，则控制可释放马笼头机械模块对马笼头进行释放。

在一个示例性实施例中，可释放马笼头机械模块包括电机及与所述电机的输出轴连接的传动机构，当所述电机接收到所述地面直流供电模块提供的电源时启动并带动所述传动机构运动，实现马笼头的释放或锁紧。

在一个示例性实施例中，井下系统还包括与所述可释放马笼头机械模块和信号解析及释放控制模块连接的井下电源切换及信号保护模块，所述井下电源切换及信号保护模块包括第一保护单元和第二保护单元，所述第一保护单元用于对所述地面直流供电模块向所述可释放马笼头机械模提供的电源进行稳压，所述第二保护单元用于对所述测井电缆向井下测井仪器传输的控制信号进行滤波。

在一个示例性实施例中，测井电缆还用于与井下测井仪器相连，在所述地面直流供电模块未供电时，所述测井电缆复用为与所述可释放马笼头机械模块相连的井下测井仪器的控制信号的传输。

在一个示例性实施例中，井下电源切换及信号保护模块还包括切换单元，所述控制器还设置成当所述井下电源切换及信号保护模块检测出所接收的信号类型为电源信号时，控制所述切换单元切换测井电缆的连接端与可释放马笼头机械模块相连，并将所述释放信号发射模块发送的锁紧或释放信号传输至所述解析及释放控制模块；所述控制器还设置成当所述井下电源切换及信号保护模块检测出所接收的信号类型为控制信号时，控制所述切换单元切换测井电缆的连接端与井下测井仪器相连。

在一个示例性实施例中，信号解析及释放控制模块还设置成当所述地面直流供电模块通过测井电缆向可释放马笼头机械模块进行供电，且所述信号解析及释放控制模块超过预定时间未接收到所述释放信号发射模块发送的锁紧或释放信号时，则控制可释放马笼头机械模块对马笼头进行锁紧或释放。

本发明实施例还提供一种马笼头的控制方法，所述方法包括：当控制器接收到对马笼头进行锁紧或释放的控制命令时，控制地面直流供电模块通过测井电缆向可释放马笼头机械模块进行供电，并且控制释放信号发射模块向信号解析及释放控制模块发送锁紧或释放信号；当所述信号解析及释放控制模块接收到的锁紧或释放信号满足预定要求时，信号解析及释放控制模控制可释放马笼头机械模块对马笼头进行锁紧或释放。

与现有技术相比，本发明实施例通过采用地面系统向井下供电和发送锁紧或释放信号的方式，令井下可释放马笼头的释放或锁紧需同时收到地面供电和释放或锁紧信号时才能够开启释放动作，实现防止误释放的措施。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例提供的马笼头的控制系统模块示意图；

图2为本发明实施例提供的马笼头的控制系统逻辑结构图；

图3为本发明实施例提供的马笼头的控制方法流程图。

具体实施方式

下文中将结合附图对本发明的实施例进行说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1所示，本申请提供了一种马笼头的控制系统，包括：地面系统1、井下系统2、连接地面系统1和井下系统2的测井电缆3、及与地面系统1连接的控制器4。

如图1所示，地面系统1包括地面直流供电模块10、与地面直流供电模块10连接的地面供电保护模块11、及释放信号发射模块12。地面供电保护模块11与释放信号发射模块12分别与测井电缆3连接。井下系统2包括可释放马笼头机械模块20、与可释放马笼头机械模块20连接的井下电源切换及信号保护模块21、及与可释放马笼头机械模块20和井下电源切换及信号保护模块21连接的信号解析及释放控制模块22。可释放马笼头机械模块20和井下电源切换及信号保护模块21通过测井电缆3连接。其中，释放信号发射模块12和信号解析及释放控制模块22通过测井电缆3通讯连接。井下系统2还包括与可释放马笼头机械模块20连接的井下仪器23。

本发明实施例中，控制器4设置成当接收到对马笼头进行锁紧或释放的控制命令时，控制地面直流供电模块10通过测井电缆3向可释放马笼头机械模块20进行供电，以及控制释放信号发射模块12向信号解析及释放控制模块22发送锁紧或释放信号。信号解析及释放控制模块22设置成当所接收到的锁紧或释放信号满足预定要求时，则控制可释放马笼头机械模块20对马笼头进行锁紧或释放。控制器4也可设置在地面系统1中在此不做限定。

本发明实施例通过设置在井上设置控制释放信号发射模块12，在井下设置信号解析及释放控制模块22，当地面直流供电模块10向可释放马笼头机械模块20进行供电的同时当信号解析及释放控制模块22接收到的锁紧或释放信号满足预定要求时，才进行对马笼头进行锁紧或释放，从而能够有效防止当测井电缆3中的部分缆芯短路导通或者绝缘性变差，产生原本供应到其他缆芯的电信号串到了马笼头释放供电缆芯上的情况，导致可释放马笼头误释放的风险。

本发明实施例中，测井电缆3可用于将地面直流供电模块10提供的电源信号通过测井电缆3的缆芯向井下电源切换及信号保护模块21传输，控制可释放马笼头机械模块20的锁紧或释放。同时，测井电缆3的缆芯在地面直流供电模块10未供电时复用为与可释放马笼头机械模块20相连的井下测井仪器23的控制信号的传输缆芯，此时控制信号可为用于控制井下测井仪器正常运行的模拟信号。故，本实施例中的测井电缆3传输的信号类型包括电源信号和控制信号。本实施例通过将用于为井下测井仪器23传输控制信号的测井电缆3复用为电源信号传输线，从而可简化控制结构，并节省成本。

示例性的，可以仅采用测井电缆3的两个固定线号的缆芯用于电源传输，例如，当测井电缆为七芯电缆时，传输电源信号可为7号和10号缆芯，避免了重新设置电源传输线成本增加，同时避免了增加线路的复杂度。

本发明实施例中，地面直流供电模块10为马笼头释放及锁紧提供电源信号，可以为直流电平。

本发明实施例中，地面供电保护模块11，可以用于对地面直流供电模块10提供的直流电源进行过流保护和/或过压保护，控制地面直流供电模块10供直流电的方式，供电最大电流保护功能，并且在释放过程中，防止电流过大损坏其他控制模块，同时在锁紧过程中可以有效控制扭矩，防止可释放马笼头机械模块20的机械部分锁死导致无法释放。当地面直流供电模块10启动后，地面供电保护模块11可以实时监控地面直流供电模块10提供的直流电源(电流或电压)，当直流电源大于或等于预设阈值时，可以直接切断直流电源的供应，以避免电流或电压过大对后续电路和设备造成损害。另外，地面供电保护模块11还包括提示模块，具备释放成功检测与提示功能，例如：增加最大电流和最大电压指示信息，通过操作过程中记录最大电流和最大电压的变化指示是否释放成功，对结果的记录和分析，给予操作人员是否释放完成的提示。

本发明实施例中，释放信号发射模块12，用于产生锁紧或释放信号发往井下，并可根据现场测井电缆特性，更换多种释放指令信号，确保释放成功，例如可通过更换信号频率、强度、波形，甚至连续、间断等等，确保释放成功。由于发射信号经过电缆衰减后，到井下后，信号强度会减弱，发射信号强度提升，则接收信号强度会随之提升，更容易被解析；同理，发射信号频率越高，衰减越严重，频率低了，更适应长电缆；但是如果电缆太短了，那么信号强度又过高，可能会导致井下信号失真导致检测异常；所以设定了几种可选择的频率和强度，应对不同的电缆和环境。

本发明实施例中，可释放马笼头机械模块20，能够实现马笼头的释放和锁紧功能，可释放马笼头机械模块20包括电机(未图示)及与电机的输出轴连接的传动机构(未图示)，电机接收到所述地面直流供电模块10提供的电源时启动并带动传动机构运动，实现马笼头的释放和锁紧。

本发明实施例中，井下电源切换及信号保护模块21包括第一保护单元和第二保护单元，第一保护单元用于对所述地面直流供电模块10向所述可释放马笼头机械模提供的电源进行稳压，所述第二保护单元用于对所述测井电缆向井下测井仪器传输的控制信号进行滤波。第一保护单元可采用稳压电路或稳压芯片实现，第二保护单元可采用滤波电路或滤波芯片实现。井下电源切换及信号保护模块21还包括切换单元，控制器4还设置成当井下电源切换及信号保护模块21检测出接收的信号类型为电源信号时，控制切换单元切换测井电缆3的连接端与可释放马笼头机械模20相连，并将释放信号发射模块12发送的锁紧或释放信号传输至解析及释放控制模块22。控制器4还设置成当井下电源切换及信号保护模块22检测出接收的信号类型为控制信号时，控制切换单元切换测井电缆的连接端与井下测井仪器23相连。示例性的，测井线缆3的对应缆芯的连接端可以为一个，通过单刀双掷开关或继电器实现，单刀双掷开关或继电器的固定端可以与对应缆芯的连接端相连，单刀双掷开关或继电器的活动端可以根据信号类型选择性与可释放马笼头机械模20或井下测井仪器23相连：当检测出信号类型为电源信号时，将连接端切换为与可释放马笼头机械模20相连，当检测出信号类型为控制信号(如模拟信号、数字信号等)时，将连接端切换为与井下测井仪器23相连。示例性的，测井线缆3的对应缆芯的连接端还可以为两个，如上述的第一连接端和第二连接端，当检测出信号类型为电源信号时，可以将第一连接端与可释放马笼头机械模20相连，同时切断第二连接端与井下测井仪器23的连接；当检测出信号类型为控制信号时，可以将第二连接端与井下测井仪器23相连，同时切断第一连接端与可释放马笼头机械模20的连接。

本发明实施例的井下电源切换及信号保护模块21，包含了马笼头供电切换和井下信号连接分配及保护，实现对井下仪器23的有效信号的过滤，确保井下仪器23信号准确性，尤其是模拟信号的准确性，同时确保释放信号发射模块12发送的释放信号能够被正常传递到信号解析及释放控制模块22，实现马笼头供电电压输入切换，确保输入的高压不对井下仪器23造成损坏，并实现降压保持，在电机启动瞬间扭矩原因引起电流过大导致的电压突降的时候，确保供电切换模块将输出电压锁定在马笼头电机端，确保电机运转顺畅，同时保护其他井下仪器。

本发明实施例中，信号解析及释放控制模块22，用于解析地面的释放信号发射模块12发送的释放信号，并接收到满足预定要求的指令后，控制可释放马笼头机械模块20开启释放操作。信号解析及释放控制模块22设置成当所接收到的锁紧或释放信号的频率、强度、波形、时间间隔中的一种或者多种满足预定要求，则对马笼头进行释放。本发明实施例的信号解析及释放控制模块22可识别预先设置的多种释放信号及其组合，提升释放控制部分对电缆的适应能力，更加有效的防止误释放。

本发明实施例中，信号解析及释放控制模块22还设置成当地面直流供电模块10通过测井电缆3向可释放马笼头机械模块20进行供电，且信号解析及释放控制模块10超过预定时间未接收到释放信号发射模块12发送的锁紧或释放信号时，控制可释放马笼头机械模块20对马笼头进行锁紧或释放。本发明实施例的信号解析及释放控制模块22具有默认释放模式，即如若测井电缆问题导致井下无法正常接收到地面释放信号发射模块12发送的释放信号，依旧可以在上电后一定时间内安全的进行井下仪器23供电和马达操作。信号解析及释放控制模块22也具备掉电保护功能，即宽电压工作方式，当释放开启，电缆上产生电流导致该模块输入电压降低后，信号解析及释放控制模块22依旧能够正常工作，防止误重启的情况发生。

本申请提供了一种马笼头的控制方法，包括如下操作：

S1、当控制器4接收到对马笼头进行锁紧或释放的控制命令时，控制地面直流供电模块10通过测井电缆3向可释放马笼头机械模块进行供电，并且控制释放信号发射模块12向信号解析及释放控制模块22发送锁紧或释放信号；

S2、当信号解析及释放控制模块22接收到的锁紧或释放信号满足预定要求时，信号解析及释放控制模22控制可释放马笼头机械模块20对马笼头进行锁紧或释放。

本实施例的马笼头的控制方法，还包括操作S3、当地面直流供电模块10通过测井电缆向可释放马笼头机械模块20进行供电，且信号解析及释放控制模块22超过预定时间未接收到释放信号发射模块12发送的锁紧或释放信号时，则信号解析及释放控制模块22控制可释放马笼头机械模块20对马笼头进行锁紧或释放。

其中，操作S2、当信号解析及释放控制模块22接收到的锁紧或释放信号满足预定要求时，信号解析及释放控制模22控制可释放马笼头机械模块20对马笼头进行锁紧或释放，包括：信号解析及释放控制模块22接收到的锁紧或释放信号的内容、频率、强度、波形、时间间隔中的一种或者多种满足预定要求，则控制可释放马笼头机械模块20对马笼头进行锁紧或释放。从而进一部提升释放控制部分对电缆的适应能力，更加有效的防止误释放。

本发明实施例通过设置在井上设置控制释放信号发射模块12，在井下设置信号解析及释放控制模块22，当地面直流供电模块10向可释放马笼头机械模块20进行供电的同时当信号解析及释放控制模块22接收到的锁紧或释放信号满足预定要求时，才进行对马笼头进行锁紧或释放，从而能够有效防止当测井电缆3中的部分缆芯短路导通或者绝缘性变差，产生原本供应到其他缆芯的电信号串到了马笼头释放供电缆芯上的情况，导致可释放马笼头误释放的风险。

需要说明的是，上述任意实施例的操作描述均可用于该方法中，在此不一一赘述。

在本发明实施例中的描述中，术语“多个”指两个或更多个。在本发明实施例中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、““口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (10)

1.一种可释放马笼头地面系统，其特征在于，包括：地面直流供电模块、释放信号发射模块、及与所述地面直流供电模块和释放信号发射模块连接的控制器；所述控制器设置成当接收到对马笼头进行锁紧或释放的控制命令时，控制地面直流供电模块通过测井电缆向井下系统的可释放马笼头机械模块进行供电，以及控制释放信号发射模块向井下系统的信号解析及释放控制模块发送控制对马笼头进行锁紧或释放信号。

2.根据权利要求1所述的地面系统，其特征在于：所述地面系统还包括连接于所述地面直流供电模块和测井电缆之间的地面供电保护模块，所述地面供电保护模块设置成能够对所述地面直流供电模块向所述井下系统提供的电源信号进行过流保护或者过压保护；所述地面供电保护模块还设有提示单元，设置成能够提示释放信息。

3.一种可释放马笼头的控制系统，其特征在于，包括：如权利要求1-2任意一项所述的地面系统、井下系统、及连接所述地面系统和井下系统的测井电缆；所述井下系统包括可释放马笼头机械模块和信号解析及释放控制模块；所述信号解析及释放控制模块设置成当所接收到的控制释放信号发射模块发送的锁紧或释放信号满足预定要求时，控制可释放马笼头机械模块对马笼头进行锁紧或释放。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：所述控制器设置成当所述信号解析及释放控制模块接收到的锁紧或释放信号满足预定要求，则控制可释放马笼头机械模块对马笼头进行锁紧或释放，包括：所述控制器设置成当所述信号解析及释放控制模块接收到的所述锁紧或释放信号的内容、频率、强度、波形、时间间隔中的一种或者多种满足预定要求，则控制可释放马笼头机械模块对马笼头进行释放。

5.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：所述可释放马笼头机械模块包括电机及与所述电机的输出轴连接的传动机构，当所述电机接收到所述地面直流供电模块提供的电源时启动并带动所述传动机构运动，实现马笼头的释放或锁紧。

6.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于：所述井下系统还包括与所述可释放马笼头机械模块和信号解析及释放控制模块连接的井下电源切换及信号保护模块，所述井下电源切换及信号保护模块包括第一保护单元和第二保护单元，所述第一保护单元用于对所述地面直流供电模块向所述可释放马笼头机械模提供的电源进行稳压，所述第二保护单元用于对所述测井电缆向井下测井仪器传输的控制信号进行滤波。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于：所述测井电缆还用于与井下测井仪器相连，在所述地面直流供电模块未供电时，所述测井电缆复用为与所述可释放马笼头机械模块相连的井下测井仪器的控制信号的传输。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于：所述井下电源切换及信号保护模块还包括切换单元，所述控制器还设置成当所述井下电源切换及信号保护模块检测出所接收的信号类型为电源信号时，控制所述切换单元切换测井电缆的连接端与可释放马笼头机械模块相连，并将所述释放信号发射模块发送的锁紧或释放信号传输至所述解析及释放控制模块；所述控制器还设置成当所述井下电源切换及信号保护模块检测出所接收的信号类型为控制信号时，控制所述切换单元切换测井电缆的连接端与井下测井仪器相连。

9.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于：所述信号解析及释放控制模块还设置成当所述地面直流供电模块通过测井电缆向可释放马笼头机械模块进行供电，且所述信号解析及释放控制模块超过预定时间未接收到所述释放信号发射模块发送的锁紧或释放信号时，则控制可释放马笼头机械模块对马笼头进行锁紧或释放。

10.一种马笼头的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

当控制器接收到对马笼头进行锁紧或释放的控制命令时，控制地面直流供电模块通过测井电缆向可释放马笼头机械模块进行供电，并且控制释放信号发射模块向信号解析及释放控制模块发送锁紧或释放信号；

当所述信号解析及释放控制模块接收到的锁紧或释放信号满足预定要求时，信号解析及释放控制模控制可释放马笼头机械模块对马笼头进行锁紧或释放。

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