CN113431513B - 一种高压节流管汇全自动控制系统 - Google Patents

一种高压节流管汇全自动控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压节流管汇全自动控制系统，所述高压节流管汇全自动控制系统包括：节流管汇、电控系统：所述节流管汇包括：至少两个通道管汇和至少两个径向管汇，所述径向管汇用于连接所述多通道管汇；所述电控系统包括：设置于节流管汇上的压力传感器及电动阀、通讯转接箱、电源转接箱、远程控制箱和远程操作台；所述高压节流管汇全自动控制系统支持本地手动、本地电动、本地红外遥控及远程触摸屏控制四种控制方式。本发明将电控系统与节流管汇相结合，实现高压节流管汇全自动控制，控制精度高、响应及时、提高使用寿命、无管线油污泄露风险、维护保养方便、便于智能化集成、可实时反馈阀门运行状态。

Description

一种高压节流管汇全自动控制系统
技术领域
本发明涉及石油天然气井控技术领域，尤其涉及一种高压节流管汇全自动控制系统。
背景技术
在油气井钻井、压裂、试气开采中，当井底压力小于地层压力时，地层流体就会进入井筒，导致井底压力降低，若不进行井口高压节流控制，可能会引发复杂事故；在压裂施工中出现砂堵或压裂完成后，需要对井内进行放喷处理，将井内的砂、液进行放喷到井外，若操作人员处理不及时将增大放喷处理难度和产油、气量；在试气过程中，需要节流管汇通过更换不同口径喷嘴，配合针形阀的开度调节，由于针形阀的开度调节靠人工判断，精度会影响流量压力控制，进一步影响油气产量评估准确性；在两路通道切换时，若操作不当容易造成管内压力波动大造成油气泄露风险。目前通道切换采用的方法主要有：人工手动操作阀门和液压控制阀门。
现有的人工手动控制阀门存在以下不足：1节流阀的开度控制精度不好，造成井口压力波动大；2.闸板阀长时间开不到位，闸板上的O型开孔边沿会刺穿变大、缩短阀门使用寿命；闸板阀关不到位，造化管内有压力无法正常更换油嘴；3.人工作业劳动强度大，容易疲劳导致误操作；4管汇在高压作业环境中，管汇出现刺漏，若操作人员在高压区操作，将危害到个人生命；5若出现紧急状况，人工手动操作响应时间慢。
液控阀门存在以下不足：1液压调节阀控制精度不高，容易受温度环境影响；2液压系统需配置液压站、油路系统、控制系统等成本较高；3 液压系统后期维护成本较高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高压节流管汇全自动控制系统，旨在解决现有技术中手控阀门与液控阀门控制精度不高、易受外界影响、维护成本较高的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种高压节流管汇全自动控制系统，所述高压节流管汇全自动控制系统包括：节流管汇、电控系统：
所述节流管汇包括：至少两个通道管汇和至少两个径向管汇，所述径向管汇用于连接所述多通道管汇；
所述电控系统包括：设置于节流管汇上的压力传感器及电动阀、通讯转接箱、电源转接箱、远程控制箱和远程操作台：
所述电动阀的第一输出接口通过DP电缆连接所述通讯转接箱第二输入接口，所述压力传感器连接通讯转接箱第一输入接口，所述通讯转接箱第二输出接口与第三输出接口分别通过DP电缆和压力传感器电缆连接所述远程控制箱第一输入接口和第二输入接口，所述远程控制箱第一输出接口通过网线连接远程操作台；
所述电动阀的第二输出接口通过动力电缆连接所述电源转接箱输入接口，所述电源转接箱输出接口通过动力电缆连接远程控制箱，所述远程控制箱第二输出接口通过动力电缆连接电源。
所述电动阀包括电动闸板阀和电动针型阀，所述电动闸板阀和电动针型阀由阀体结构和电动执行机构组成，所述电动执行机构为防爆结构。
所述电动闸板阀由手动闸板阀和开关型多回转电动执行机构组成，所述开关型多回转电动执行机构设置于手动闸板阀上；所述电动针型阀由手动针型阀和调节型多回转电动执行机构组成，所述调节型多回转电动执行机构设置于手动针型阀上。
所述电动执行机构为多回转结构并支持DP总线通讯，所述电动执行机构还包括显示界面，所述显示界面用于显示阀门位置状态。
所述通讯转接箱用于电动阀通讯信号中转与压力传感器通讯信号中转，所述通讯转接箱箱体为防爆箱体，所述箱体外侧设置有三芯防爆插座，用于连接外部电缆；所述箱体内部设置有多个独立端子，用于连接压力传感器信号，所述多个独立端子短接，用于连接DP通讯电缆信号，所述DP通讯电缆的屏蔽层压接有屏蔽铜排。
所述电源转接箱用于电动阀门动力电源的中转，所述电源转接箱箱体为防爆箱体，所述箱体外侧设置有四芯防爆插座，用于电缆连接；所述箱体内部设置有四组彼此独立的多个端子，每组多个端子内部彼此短接。
所述远程控制箱为自动控制系统信号处理中心、阀门动力电源供给中心，所述远程控制箱箱门上设置有电源指示灯，所述远程控制箱箱内包括：PLC模块、DP转换模块、低压断路器、4G路由模块、直流电源、插座和端子排；所述远程控制箱箱体外侧设置有防爆插座；所述远程控制箱底部设置有RJ45插座，用于连接网线。
所述远程操作台用于远程操作节流管汇阀门动作，所述远程操作台由触摸屏或PC电脑、按钮及电源组成；通过远程操作台触摸屏操作单个闸板阀开启、关闭动作及单个针形阀的开度调节；所述远程操作台触摸屏可显示各电动阀门开关状态、阀门运行时力矩输出、管汇内流体流向及管汇压力，同时显示阀门报警数据与非法操作提示。
所述高压节流管汇全自动控制系统支持本地手动、本地电动、本地红外遥控及远程触摸屏控制四种控制方式。
所述高压节流管汇全自动控制系统支持远程电动阀门联动控制，可预设多个电动阀门联动的先后顺序、时间间隔及动作触发条件，并将预设数据保存在系统中，所述预设数据支持直接调用；用户操作阀门的数据可直接保存在本地。
本发明的有益效果如下：
同手动操作手轮相比：减少了劳动强度，不用手动搬动阀门转盘；减少操作人员到1人，远程控制降低了人员受到伤害风险；控制精度高，响应及时；电动执行机构的电机转动通过晶闸管调速；提高使用寿命。能实时显示转动力矩，转动力矩过高提醒维护保养。
同液压阀控制相比：具有的优势无管线油污泄露风险，保护环境；适用温度环境宽，可在低温-20℃正常使用；拆卸转场、维护保养方便；便于智能化集成，可实时反馈阀门运行状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明的节流管汇系统布局图；
图2为本发明的节流管汇电控系统组成图；
图3为通讯箱与电源箱合二为一的电控系统组成图；
附图标号说明：
图中：1-第十三电动闸板阀、2-第十七电动闸板阀、3-第十四电动闸板阀、4-第十八电动闸板阀、5-第十五电动闸板阀、6-十九电动闸板阀、7-第十六电动闸板阀、8-第二十电动闸板阀、10-第一电动闸板阀、11-第一压力传感器、12-第二电动闸板阀、13-第一电动针形阀、14-第一喷嘴、15-第三电动闸板阀、16-第四电动闸板阀、20-第五电动闸板阀、21-第二压力传感器、22-第六电动闸板阀、23-第二电动针形阀、24-第二喷嘴、25-第七电动闸板阀、26-第八电动闸板阀、30-第九电动闸板阀、31-第三压力传感器、32-第十电动闸板阀、33-第三电动针形阀、34-第三喷嘴、35-第十一电动闸板阀、36-第十二电动闸板阀、A-第一管汇入口、D-第一管汇出口、K-第二管汇入口、E-第二管汇出口、J-第三管汇入口、F-第三管汇出口、B-第一径向管汇入口、H-第一径向管汇出口、C-第二径向管汇入口、G-第二径向管汇出口；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1所示，在本实施例中，一种高压节流管汇全自动控制系统，所述高压节流管汇全自动控制系统包括：节流管汇、电控系统：
所述节流管汇包括：所述节流管汇包括：至少两个通道管汇和至少两个径向管汇，所述径向管汇用于连接所述至少两个通道管汇；
具体的，所述节流管汇包括：第一通道管汇、第二通道管汇、第三通道管汇、第一径向管汇和第二径向管汇，所述径向管汇用于连接所述多通道管汇：
第一通道管汇由第一管汇入口A、第一电动闸板阀10、第二电动闸板阀12、第一电动针形阀13、第一喷嘴14、第三电动闸板阀15、第四电动闸板阀16和第一管汇出口D依次连接组成，所述第一电动闸板阀10与第二电动闸板阀12之间设置第一压力传感器11；
第二通道管汇由第二管汇入口K、第五电动闸板阀20、第六电动闸板阀22、第二电动针形阀23、第二喷嘴24、第七电动闸板阀25、第八电动闸板阀26和第二管汇出口E依次连接组成，所述第五电动闸板阀20与第六电动闸板阀22之间设置第二压力传感器21；
第三通道管汇由第三管汇入口J、第九电动闸板阀30、第十电动闸板阀32、第三电动针形阀33、第三喷嘴34、第十一电动闸板阀35、第十二电动闸板阀36和第三管汇出口F依次连接组成，所述第九电动闸板阀30与第十电动闸板阀32之间设置第三压力传感器31；
第一径向管汇由第一径向管汇入口B、第十三电动闸板阀1、第十四电动闸板阀3、第十五电动闸板阀5、第十六电动闸板阀7和第一径向管汇出口H依次连接组成；
第二径向管汇由第二径向管汇入口C、第十七电动闸板阀2、第十八电动闸板阀4、第十九电动闸板阀6、第二十电动闸板阀8和第二径向管汇出口G依次连接组成；
所述第一通道管汇、第二通道管汇和第三通道管汇平行分布，所述第一径向管汇与所述第二径向管汇平行分布；
所述第十四电动闸板阀3一端设置于第一压力传感器11与第二电动闸板阀12之间，另一端设置于第二压力传感器21与第六电动闸板阀22之间；
所述第十五电动闸板阀5一端设置于第二压力传感器21与第六电动闸板阀22之间，另一端设置于第三压力传感器31与第十电动闸板阀32之间；
所述第十八电动闸板阀4一端设置于第三电动闸板阀15与第四电动闸板阀16之间，另一端设置于第七电动闸板阀25与第八电动闸板阀26之间；
所述第十九电动闸板阀6一端设置于第七电动闸板阀25与第八电动闸板阀26之间，另一端设置于第十一电动闸板阀35与第十二电动闸板阀36之间；
如图2所示，所述电控系统包括：设置于节流管汇上的压力传感器及电动阀、通讯转接箱、电源转接箱、远程控制箱和远程操作台：
所述电动阀的第一输出接口通过DP电缆连接所述通讯转接箱第二输入接口，所述压力传感器连接通讯转接箱第一输入接口，所述通讯转接箱第二输出接口与第三输出接口分别通过DP电缆和压力传感器电缆连接所述远程控制箱第一输入接口和第二输入接口，所述远程控制箱第一输出接口通过网线连接远程操作台；
所述电动阀的第二输出接口通过动力电缆连接所述电源转接箱输入接口，所述电源转接箱输出接口通过动力电缆连接远程控制箱，所述远程控制箱第二输出接口通过动力电缆连接电源。
需要说明的是，所述喷嘴结构为可更换不同通径的机构；所述压力传感器用于检测管道内的压力；所述管汇入口、出口为正常流体流经进出口；所述径向管汇为连接多通道管汇路径转接。
所述电动阀包括电动闸板阀和电动针型阀，所述电动闸板阀和电动针型阀由阀体结构和电动执行机构组成。
所述电动执行机构为多回转结构并支持DP总线通讯，所述电动执行机构还包括显示界面，所述显示界面用于显示阀门位置状态，且所述电动执行机构具有防爆能力。
所述电动闸板阀由手动闸板阀和开关型多回转电动执行机构组成，所述开关型多回转电动执行机构设置于手动闸板阀上；所述电动针型阀由手动针型阀和调节型多回转电动执行机构组成，所述调节型多回转电动执行机构设置于手动针型阀上。
所述节流管汇还包括高压法兰连接头。
所述通讯转接箱用于电动阀通讯信号中转与压力传感器通讯信号中转，所述通讯转接箱箱体为防爆箱体，所述箱体外侧设置有三芯防爆插座，用于连接外部电缆；所述箱体内部设置有多个独立端子，用于连接压力传感器信号，所述多个独立端子短接，用于连接DP通讯电缆信号，所述DP通讯电缆的屏蔽层压接有屏蔽铜排。
所述电源转接箱用于电动阀门动力电源的中转，所述电源转接箱箱体为防爆箱体，所述箱体外侧设置有四芯防爆插座，用于电缆连接；所述箱体内部设置有四组彼此独立的多个端子，每组端子内部彼此短接，满足AC380V供电。
所述远程控制箱为自动控制系统信号处理中心、阀门动力电源供给中心，所述远程控制箱箱门上设置有电源指示灯，所述远程控制箱箱内包括：PLC模块、DP转换模块、低压断路器、4G路由模块、直流电源、插座和端子排；所述远程控制箱箱体外侧设置有防爆插座；所述远程控制箱底部设置有RJ45插座，用于连接网线，防爆格兰穿接DP电缆。
所述远程操作台用于远程操作节流管汇阀门动作，所述远程操作台由触摸屏或PC电脑、按钮及电源组成。
可通过远程操作台触摸屏操作单个闸板阀开启、关闭动作及单个针形阀的开度调节；所述远程操作台触摸屏可显示各电动阀门开关状态、阀门运行时力矩输出、管汇内流体流向及管汇压力，同时显示阀门报警数据与非法操作提示。
需要说明的是，如图3所示，亦可以将通讯转接箱和电源转接箱合并为一个箱体，箱内安装有端子，箱体侧面安装有防爆插座。
所述高压节流管汇全自动控制系统支持本地手动、本地电动、本地红外遥控及远程触摸屏控制四种控制方式。
需要说明的是，所述高压节流管汇全自动控制系统远程操作流程如下：在操作台触摸屏上可以显示各个电动阀门的开关状态、阀门运行时力矩输出、管汇内流体流向、管汇压力；在屏上可操作单个闸板阀开启、关闭动作，单个针形阀的开度调节；多个阀门的联动控制，系统可预设多个阀门联动控制的先后顺序、时间间隔、动作触发条件，预设定的数据可以保存在系统中，并在需要使用时可以直接调用预设数据；系统可以将用户操作阀门的数据保存在本地；系统可将阀门的报警数据显示在操作屏上，将非法操作提示在屏上。
在具备远程自动运行能力的同时可兼顾本地操作能力，包括本地红外遥控、人工扳动手轮、人工扳动执行机构上的动作旋钮实现阀门的开启关闭。
所述高压节流管汇全自动控制系统支持远程电动阀门联动控制，可预设多个电动阀门联动的先后顺序、时间间隔及动作触发条件，并将预设数据保存在系统中，所述预设数据支持直接调用；用户操作阀门的数据可直接保存在本地。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高压节流管汇全自动控制系统，其特征在于，所述高压节流管汇全自动控制系统包括：节流管汇、电控系统：
所述节流管汇包括：第一通道管汇、第二通道管汇、第三通道管汇、第一径向管汇和第二径向管汇，所述径向管汇用于连接多个所述通道管汇：
第一通道管汇由第一管汇入口A、第一电动闸板阀10、第二电动闸板阀12、第一电动针形阀13、第一喷嘴14、第三电动闸板阀15、第四电动闸板阀16和第一管汇出口D依次连接组成，所述第一电动闸板阀10与第二电动闸板阀12之间设置第一压力传感器11；
第二通道管汇由第二管汇入口K、第五电动闸板阀20、第六电动闸板阀22、第二电动针形阀23、第二喷嘴24、第七电动闸板阀25、第八电动闸板阀26和第二管汇出口E依次连接组成，所述第五电动闸板阀20与第六电动闸板阀22之间设置第二压力传感器21；
第三通道管汇由第三管汇入口J、第九电动闸板阀30、第十电动闸板阀32、第三电动针形阀33、第三喷嘴34、第十一电动闸板阀35、第十二电动闸板阀36和第三管汇出口F依次连接组成，所述第九电动闸板阀30与第十电动闸板阀32之间设置第三压力传感器31；
第一径向管汇由第一径向管汇入口B、第十三电动闸板阀1、第十四电动闸板阀3、第十五电动闸板阀5、第十六电动闸板阀7和第一径向管汇出口H依次连接组成；
第二径向管汇由第二径向管汇入口C、第十七电动闸板阀2、第十八电动闸板阀4、第十九电动闸板阀6、第二十电动闸板阀8和第二径向管汇出口G依次连接组成；
所述第一通道管汇、第二通道管汇和第三通道管汇平行分布，所述第一径向管汇与所述第二径向管汇平行分布；
所述第十四电动闸板阀3一端设置于第一压力传感器11与第二电动闸板阀12之间，另一端设置于第二压力传感器21与第六电动闸板阀22之间；
所述第十五电动闸板阀5一端设置于第二压力传感器21与第六电动闸板阀22之间，另一端设置于第三压力传感器31与第十电动闸板阀32之间；
所述第十八电动闸板阀4一端设置于第三电动闸板阀15与第四电动闸板阀16之间，另一端设置于第七电动闸板阀25与第八电动闸板阀26之间；
所述第十九电动闸板阀6一端设置于第七电动闸板阀25与第八电动闸板阀26之间，另一端设置于第十一电动闸板阀35与第十二电动闸板阀36之间；
所述电控系统包括：设置于节流管汇上的压力传感器及电动阀、通讯转接箱、电源转接箱、远程控制箱和远程操作台；所述通讯转接箱用于电动阀通讯信号中转与压力传感器通讯信号中转，所述通讯转接箱箱体为防爆箱体，所述箱体外侧设置有三芯防爆插座，用于连接外部电缆；所述箱体内部设置有多个独立端子，用于连接压力传感器信号，所述多个独立端子短接，用于连接DP通讯电缆信号，所述DP通讯电缆的屏蔽层压接有屏蔽铜排；
所述电源转接箱用于电动阀门动力电源的中转，所述电源转接箱箱体为防爆箱体，所述箱体外侧设置有四芯防爆插座，用于电缆连接；所述箱体内部设置有四组彼此独立的多个端子，每组多个端子内部彼此短接；
将通讯转接箱和电源转接箱合并为一个箱体，箱内安装有端子，箱体侧面安装有防爆插座；
所述电动阀的第一输出接口通过DP电缆连接所述通讯转接箱第二输入接口，所述压力传感器连接通讯转接箱第一输入接口，所述通讯转接箱第二输出接口与第三输出接口分别通过DP电缆和压力传感器电缆连接所述远程控制箱第一输入接口和第二输入接口，所述远程控制箱第一输出接口通过网线连接远程操作台；
所述电动阀的第二输出接口通过动力电缆连接所述电源转接箱输入接口，所述电源转接箱输出接口通过动力电缆连接远程控制箱，所述远程控制箱第二输出接口通过动力电缆连接电源。
2.如权利要求1所述的一种高压节流管汇全自动控制系统，其特征在于，所述电动阀包括电动闸板阀和电动针型阀，所述电动闸板阀和电动针型阀由阀体结构和电动执行机构组成，所述电动执行机构为防爆结构。
3.如权利要求2所述的一种高压节流管汇全自动控制系统，其特征在于，所述电动闸板阀由手动闸板阀和开关型多回转电动执行机构组成，所述开关型多回转电动执行机构设置于手动闸板阀上；所述电动针型阀由手动针型阀和调节型多回转电动执行机构组成，所述调节型多回转电动执行机构设置于手动针型阀上。
4.如权利要求2所述的一种高压节流管汇全自动控制系统，其特征在于，所述电动执行机构为多回转结构并支持DP总线通讯，所述电动执行机构还包括显示界面，所述显示界面用于显示阀门位置状态。
5.如权利要求1所述的一种高压节流管汇全自动控制系统，其特征在于，所述远程控制箱为自动控制系统信号处理中心、阀门动力电源供给中心，所述远程控制箱箱门上设置有电源指示灯，所述远程控制箱箱内包括：PLC模块、DP转换模块、低压断路器、4G路由模块、直流电源、插座和端子排；所述远程控制箱箱体外侧设置有防爆插座；所述远程控制箱底部设置有RJ45插座，用于连接网线。
6.如权利要求1所述的一种高压节流管汇全自动控制系统，其特征在于，所述远程操作台用于远程操作节流管汇阀门动作，所述远程操作台由触摸屏或PC电脑、按钮及电源组成；通过远程操作台触摸屏操作单个闸板阀开启、关闭动作及单个针形阀的开度调节；所述远程操作台触摸屏可显示各电动阀门开关状态、阀门运行时力矩输出、管汇内流体流向及管汇压力，同时显示阀门报警数据与非法操作提示。
7.如权利要求1所述的一种高压节流管汇全自动控制系统，其特征在于，所述高压节流管汇全自动控制系统支持本地手动、本地电动、本地红外遥控及远程触摸屏控制四种控制方式。
8.如权利要求1所述的一种高压节流管汇全自动控制系统，其特征在于，所述高压节流管汇全自动控制系统支持远程电动阀门联动控制，可预设多个电动阀门联动的先后顺序、时间间隔及动作触发条件，并将预设数据保存在系统中，所述预设数据支持直接调用；用户操作阀门的数据可直接保存在本地。
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