CN115875323A - 高低压双回路地面防喷器剪切控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高低压双回路地面防喷器剪切控制方法，包括剪切关控制过程和剪切开控制过程等过程；接收到“一键剪切关”信号后，PLC同时控制低压阀打开、泄压阀关闭，延时T1后控制剪切阀至关位，低压蓄能器液压油推动剪切闸板开始关闭，判断是否满足执行动作的相关要件，若满足，执行相关动作；接收到“一键剪切开”信号后，PLC依次控制关闭高压阀、打开泄压阀、打开低压阀来释放掉剪切管路的高压液压油，然后打开剪切阀，控制剪切闸板打开；该方法关闭剪切防喷器时，使用低压油空载运行，高压油剪切管柱的设计，系统实现了高低压液压油的自动切换。

Description

高低压双回路地面防喷器剪切控制方法

技术领域

本发明涉及钻井技术领域，特别涉及一种高低压双回路地面防喷器剪切控制方法。

背景技术

防喷器是控制井内压力的安全设备，其中安装的剪切闸板在紧急情况下需要及时切断作业管柱才能确保实现安全封井；

但常规钻井防喷器及配套液压控制装置中只能剪断常规钻杆，如果管柱正好在61/2”及以下规格钻铤的位置或5 7/8”及以下钻杆接箍的位置，常规剪切闸板防喷器是无法剪断井内管柱的。

“大推力剪切闸板防喷器及高低压双回路地面防喷器控制装置”项目的研发，实现能够剪断6 1/2”及以下钻铤或5 7/8”及以下钻杆接箍，以此来确保钻井作业过程的安全作业。

高低压双回路地面防喷器控制装置的主要特点是防喷器空载运行时使用低压液压油驱动，当剪切钻铤时切换到高压液压油剪切。由于该操作比较复杂，当出现紧急情况时，所有操作步骤由人工来完成或会出现慌乱、错误操作的情况，设计一款电气控制系统实现“一键剪切”，可避免上述情况的发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种高低压双回路地面防喷器剪切控制方法。

为此，本发明技术方案如下：

本发明提供了一种高低压双回路地面防喷器剪切控制方法，包括剪切关控制过程和剪切开控制过程；

剪切关控制过程：接收到“一键剪切关”信号后，PLC同时控制低压阀打开、泄压阀关闭，延时T1后控制剪切阀至关位，低压蓄能器液压油推动剪切闸板开始关闭，延时T2，判断是否满足执行第一动作的第一要件，若满足，执行第一动作，若不满足，继续判断直至满足执行第一动作的第二要件后，执行第一动作；所述第一动作为立刻打开高压阀，使高压蓄能器液压油注入剪切关管路；

剪切开控制过程：当钻井过程已使用“一键剪切关”功能，问题处理完后需要“一键剪切开”时，接收到“一键剪切开”信号后，PLC依次控制高压阀关闭、泄压阀打开、低压阀打开、剪切阀至开位,以此来释放掉剪切管路的高压液压油，控制剪切闸板打开，上述阀门动作时间间隔均为T1。

进一步的，所述第一要件为自PLC检测到剪切阀关位位置信号开始计时15秒后，低压蓄能器和剪切关压力差值小于0.5MPa；所述第二要件为自PLC检测到剪切阀关位位置信号开始计时满20秒。

进一步的，还包括初始化控制过程，具体为：

接收到初始化指令后，PLC将各阀门切换到设定位置，各阀门均通过控制电磁阀实现开关位的切换，每个电磁阀电磁铁得电5秒后再断电，阀门动作到位后，相应的位置传感器会将阀门的位置信号反馈给PLC，同时PLC将阀门位置信号传输到触摸屏上显示，如阀门位置正确则为绿色，反之为红色并且PLC控制声光报警器报警；其中，初始化过程中低压阀打开、高压阀关闭、剪切阀打开、泄压阀关闭。

进一步的，还包括超泄压控制过程，具体为：

接收差压泄压指令后，PLC控制泄压阀打开，延时T1后控制高压阀打开，卸掉高压油，高压蓄能器内的液压油卸回油箱，保护液压系统。

进一步的，还包括急停控制过程，具体为：

接收急停指令，PLC控制低压阀关闭且同时控制高压阀关闭，防喷器开、关管路停止供油，防喷器立刻处于静止状态，完成急停操作控制程序。

进一步的，所述PLC按指令顺序操作各阀门动作时，延时各阀门的通电时间，保证各阀门开关到位，延时时间结束后，各电磁阀依次断电，同时PLC采集各阀门位置开关信号，并且在触摸屏上显示，如阀门位置正确则相应的阀门指示灯为“绿色”，反之则为灰色，如有阀门位置错误，相应指示灯变成灰色，并同时启动系统声光报警器。

进一步的，所述的T1取值为3秒，T2取值为15秒。

进一步的，所述低压阀和高压阀均为带位置反馈信号的70MPa气动球阀。

进一步的，所述剪切阀为带位置反馈信号的液转阀，所述电磁阀为防爆电磁阀。

与现有技术相比，该高低压双回路地面防喷器剪切控制方法具有如下优势：

关闭剪切防喷器时，使用低压油空载运行，高压油剪切管柱的设计，系统实现了高低压液压油的自动切换；

将压力传感器的压力反馈信号，作为执行高压油剪切的第一执行条件；同时引入了时间继电器作为执行高压油剪切的另一补充执行条件，避免压力传感器传输信号异常等原因造成PLC不能执行控制高压阀换向至开位的动作；

引入了“急停停止”操作，可以在出现故障或误操作的情况下实现剪切的动作的紧急停止；

引入超压泄压控制，当液压系统的安全溢流阀出现异常不能正常工作造成压力持续升高且升至设定值后，将启动超压泄压控制，系统自动打开泄压球阀，卸掉高压油，从而保护液压系统；

引入异常报警功能，一方面实现对液压系统的数据异常的监控，另一方面在实现在联动操作过程中的每个阀门是否到位进行监控。

附图说明

图1为本发明采用的方法所采用的控制系统结构框图。

图2为初始化控制过程的流程图。

图3为剪切关控制过程的流程图。

图4为剪切开控制过程的流程图。

图5为急停控制过程的流程图。

图6为泄压控制过程的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本申请一个或多个实施例中使用的术语“和/或”是指并在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

在本申请一个或多个实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请一个或多个实施例。在本申请一个或多个实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请一个或多个实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请一个或多个实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面对本发明提供的高低压双回路地面防喷器剪切控制方法包括初始化控制过程、剪切关控制过程、剪切开控制过程、超泄压控制过程、急停控制过程。

本发明提供的高低压双回路地面防喷器剪切控制方法所用的控制系统如图1所示，该控制系统包括近控操作箱、远程司钻操作箱、数据采集模块、执行模块和两个触摸屏；所述近控操作箱内设置有主控模块，主控模块包括PLC、模拟量I/O模块、数字量I/O模块；模拟量I/O模块连接到数据采集模块，数字量I/O模块连接执行模块；远程司钻操作箱内设置有远程拓展模块I/O，采用DP总线方式与主控模块进行通信；

所述数据采集模块包括第一压力传感器、第二压力传感器，所述第一压力传感器用于采集低压蓄能器的压力值，所述第二压力传感器用于采集剪切关压力值；所述执行模块包括低压阀、高压阀、剪切阀、泄压阀和若干电磁阀；所述低压阀用于控制低压蓄能器组的开合，所述高压阀用于控制高压蓄能器组的开合。

结合图1-图6对本发明提供的高低压双回路地面防喷器剪切控制方法进行详细的说明。

初始化控制过程：

电气控制系统开机后，按下初始化按钮，PLC接收到初始化指令后，将各阀门切换到设定位置，其中，低压阀打开、高压阀关闭、剪切阀打开、泄压(气动球)阀关闭。

PLC接收到初始化指令后，控制防爆电磁阀电磁铁吸合，防爆电磁阀电磁铁吸合后电磁阀换向，从而控制相应的气动阀门换向，为了保证阀门到位，PLC增加了延时程序，每个电磁阀电磁铁得电5秒后再断电，5秒的延时可保证气动阀门到位，气动阀门到位后，相应的位置传感器会将阀门的位置信号反馈给PLC，PLC将阀门位置信号传输到触摸屏上显示。执行了“初始化”程序后，初始化程序显示区域显示各阀门位置，如阀门位置正确则为绿色，反之为红色并且PLC控制声光报警器报警，按下报警消音按钮后，报警取消。

剪切关控制过程：

当钻井过程出现异常需要剪切时，通过“一键剪切关”功能可实现一键剪切。按下“一键剪切关”按钮，PLC接收到“一键剪切关”程序后：

接通低压阀电磁阀开路电磁铁并延时5秒，电磁阀开路电磁铁得电换向，控制低压阀换向至开位，低压阀开位位置信号反馈给PLC，PLC将低压阀位置信号传输到触摸屏用于显示该阀门位置。

接通低压阀电磁阀的同时，接通泄压阀电磁阀关路电磁铁并延时5秒，电磁阀关路电磁铁得电换向，控制泄压阀换向至关位，泄压阀关位位置信号反馈给PLC，PLC将低压阀位置信号传输到触摸屏用于显示该阀门位置。

接通低压阀电磁阀开始计时3秒后，接通剪切阀电磁阀并延时5秒，电磁阀关路电磁铁得电换向，控制剪切阀气缸带动剪切阀换向至关位，剪切阀关位位置信号反馈给PLC，PLC将剪切阀位置信号传输到触摸屏用于显示该阀门位置。此时电气控制系统控制低压蓄能器液压油驱动防喷器关闭。PLC检测到剪切阀位置信号开始计时，20秒后自动接通高压阀电磁阀开路电磁铁并延时5秒，使高压阀换向至开位，此时高压蓄能器液压油注入剪切关管路，实现高压剪切管柱。其中，延时20秒自动接通高压阀的程序为备用程序。

PLC检测到剪切阀至开位后开始计时15秒后，开始对比低压蓄能器和剪切关压力值，当两个压力差值小于0.5MPa时，证明防喷器闸板已与管柱接触，此时PLC接通高压阀电磁阀开路电磁铁并延时5秒，电磁阀开路电磁铁得电换向，控制高压阀换向至开位，此时高压蓄能器液压油注入剪切关管路，实现高压剪切管柱。如果因为压力传感器传输信号异常等原因造成PLC不能执行控制高压阀换向至开位的动作，那么PLC将执行延时20秒自动接通高压阀的程序的备用程序。

“一键剪切关”控制程序的主要目的是，使用低压蓄能器液压油使剪切闸板开始关闭，由于剪切闸板“空行”，所以剪切关管路压力会低于低压蓄能器压力，当剪切闸板与管柱接触后，剪切关路压力会升高至于低压蓄能器压力一致，此时PLC通过压力传感器检测“剪切关压力”和“低压蓄能器压力”，当两个压力一致时，立刻打开高压阀，使高压蓄能器液压油注入剪切关管路，使用高压液压油实现剪切。

防止剪切闸板空行过程中，由于“剪切关压力传感器”和“低压蓄能器压力传感器”由于特殊原因造成压力信号一致，从而使高压阀提前打开，所以PLC检测到剪切阀至关位后开始计时15秒后，再开始对比低压蓄能器和剪切关压力值。

防喷器闸板关闭“空行”时使用低压蓄能器液压油，当防喷器闸板接触管柱后，立刻释放高压蓄能器液压油实现高压剪切。低压蓄能器压力和防喷器管路(剪切)压力一致时，即可证明防喷器闸板与管柱充分接触。

为了防止因为压力传感器异常造成“一键剪切关”程序失败，在PLC控制程序中加入了“延时20秒”的备用程序。

以上程序中的延时时间，均是在试验过程中所取得的合理数据：每个气动阀门对应的电磁阀持续得电5秒可将阀门换向到位；低压蓄能器控制防喷器闸板空行的时间为17-19秒之间，所以将“延时”备用程序的延时时间定为20秒；为了防止PLC提前检查压差从而造成防喷器未接触到管柱而提前输入高压蓄能器液压油，所以增加了延时15秒后再开始检测低压蓄能器和剪切关压差。

执行了“一键剪切关”程序后，一键剪切关程序显示区域显示各阀门位置，如阀门位置正确则为绿色，反之为红色并且PLC控制声光报警器报警，按下报警消音按钮后，报警取消。

剪切开控制过程：

当钻井过程已使用“一键剪切关”功能，问题处理完后需要“一键剪切开”时，按下“一键剪切开”按钮后，PLC接收到“一键剪切开”程序：

接通高压阀电磁阀关路电磁铁并延时5秒，电磁阀关路电磁铁得电换向，控制高压阀换向至关位，高压阀开位位置信号反馈给PLC，PLC将高压阀位置信号传输到触摸屏用于显示该阀门位置；

接通高压阀电磁阀开始计时3秒后，接通泄压阀电磁阀开路电磁铁并延时5秒，电磁阀开路电磁铁得电换向，控制泄压阀换向至开位，泄压(阀开位位置信号反馈给PLC，PLC将泄压阀位置信号传输到触摸屏用于显示该阀门位置。

接通泄压阀电磁阀开始计时3秒后，接通低压阀电磁阀开路电磁铁并延时5秒，电磁阀开路电磁铁得电换向，控制低压阀换向至开位，低压阀开位位置信号反馈给PLC，PLC将低压阀位置信号传输到触摸屏用于显示该阀门位置。

接通低压阀电磁阀开始计时3秒后，接通剪切阀电磁阀开路电磁铁并延时5秒，电磁阀开路电磁铁得电换向，控制剪切阀换向至开位，剪切阀开位位置信号反馈给PLC，PLC将剪切阀位置信号传输到触摸屏用于显示该阀门位置。此时电气控制系统控制防喷器闸板打开，完成一键剪切开程序。

执行了“一键剪切开”程序后，一键剪切开程序显示区域显示各阀门位置，如阀门位置正确则为绿色，反之为红色并且PLC控制声光报警器报警，按下报警消音按钮后，报警取消。

急停控制过程：

出现故障或误操作等情况时，可使用“急停操作”功能。按下急停按钮后，PLC接收到“急停操作”程序后：

接通低压阀电磁阀开路电磁铁并延时5秒，电磁阀开路电磁铁得电换向，控制低压阀换向至关位，低压阀开位位置信号反馈给PLC，PLC将低压阀位置信号传输到触摸屏用于显示该阀门位置。

接通低压阀电磁阀的同时，接通高压阀电磁阀关路电磁铁并延时5秒，电磁阀关路电磁铁得电换向，控制高压阀换向至关位，高压阀开位位置信号反馈给PLC，PLC将高压阀位置信号传输到触摸屏用于显示该阀门位置。

当低压阀和高压阀同时关闭时，防喷器开、关管路停止供油，防喷器立刻处于静止状态，完成急停操作控制程序。

执行了“急停操作”程序后，急停操作程序显示区域显示各阀门位置，如阀门位置正确则为绿色，反之为红色并且PLC控制声光报警器报警，按下报警消音按钮后，报警取消。

超泄压控制过程：

当液压系统的安全溢流阀出现异常不能正常工作造成压力持续升高且升至设定值后，将启动“超压泄压”程序：

接通泄压阀电磁阀开路电磁铁并延时5秒，电磁阀开路电磁铁得电换向，控制泄压阀换向至开位，泄压阀开位位置信号反馈给PLC，PLC将泄压阀位置信号传输到触摸屏用于显示该阀门位置。

接通泄压阀电磁阀开始计时3秒后，接通高压阀电磁阀开路电磁铁并延时5秒，电磁阀开路电磁铁得电换向，控制高压阀换向至开位，此时高压蓄能器内的液压油卸回油箱，完成“超压泄压”程序。

需要补充说明的是，所述低压阀和高压阀均为带位置反馈信号的70MPa气动球阀，所述剪切阀为带位置反馈信号的液转阀，所述电磁阀为防爆电磁阀。

以上公开的本申请优选实施例只是用于帮助阐述本申请。可选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本申请实施例的内容，可作很多的修改和变化。本申请选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请实施例的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本申请。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种高低压双回路地面防喷器剪切控制方法，其特征在于，包括剪切关控制过程和剪切开控制过程；

剪切关控制过程：接收到“一键剪切关”信号后，PLC同时控制低压阀打开、泄压阀关闭，延时T1后控制剪切阀至关位，低压蓄能器液压油推动剪切闸板开始关闭，延时T2，判断是否满足执行第一动作的第一要件，若满足，执行第一动作，若不满足，继续判断直至满足执行第一动作的第二要件后，执行第一动作；所述第一动作为立刻打开高压阀，使高压蓄能器液压油注入剪切关管路；

剪切开控制过程：当钻井过程已使用“一键剪切关”功能，问题处理完后需要“一键剪切开”时，接收到“一键剪切开”信号后，PLC依次控制高压阀关闭、泄压阀打开、低压阀打开、剪切阀至开位,以此来释放掉剪切管路的高压液压油，控制剪切闸板打开，上述阀门动作时间间隔均为T1。

2.根据权利要求1所述的高低压双回路地面防喷器剪切控制方法，其特征在于，所述第一要件为自PLC检测到剪切阀关位位置信号开始计时15秒后，低压蓄能器和剪切关压力差值小于0.5MPa；所述第二要件为自PLC检测到剪切阀关位位置信号开始计时满20秒。

3.根据权利要求2所述的高低压双回路地面防喷器剪切控制方法，其特征在于，还包括初始化控制过程，具体为：

接收到初始化指令后，PLC将各阀门切换到设定位置，各阀门均通过控制电磁阀实现开关位的切换，每个电磁阀电磁铁得电5秒后再断电，阀门动作到位后，相应的位置传感器会将阀门的位置信号反馈给PLC，同时PLC将阀门位置信号传输到触摸屏上显示，如阀门位置正确则为绿色，反之为红色并且PLC控制声光报警器报警；其中，初始化过程中低压阀打开、高压阀关闭、剪切阀打开、泄压阀关闭。

4.根据权利要求3所述的高低压双回路地面防喷器剪切控制方法，其特征在于，还包括超泄压控制过程，具体为：

接收差压泄压指令后，PLC控制泄压阀打开，延时T1后控制高压阀打开，卸掉高压油，高压蓄能器内的液压油卸回油箱，保护液压系统。

5.根据权利要求4所述的高低压双回路地面防喷器剪切控制方法，其特征在于，还包括急停控制过程，具体为：

接收急停指令，PLC控制低压阀关闭且同时控制高压阀关闭，防喷器开、关管路停止供油，防喷器立刻处于静止状态，完成急停操作控制程序。

6.根据权利要求5所述的高低压双回路地面防喷器剪切控制方法，其特征在于，所述PLC按指令顺序操作各阀门动作时，延时各阀门的通电时间，保证各阀门开关到位，延时时间结束后，各电磁阀依次断电，同时PLC采集各阀门位置开关信号，并且在触摸屏上显示，如阀门位置正确则相应的阀门指示灯为“绿色”，反之则为灰色，如有阀门位置错误，相应指示灯变成灰色，并同时启动系统声光报警器。

7.根据权利要求6所述的高低压双回路地面防喷器剪切控制方法，其特征在于，所述的T1取值为3秒，T2取值为15秒。

8.根据权利要求7所述的高低压双回路地面防喷器剪切控制方法，其特征在于，所述低压阀和高压阀均为带位置反馈信号的70MPa气动球阀。

9.根据权利要求8所述的高低压双回路地面防喷器剪切控制方法，其特征在于，所述剪切阀为带位置反馈信号的液转阀，所述电磁阀为防爆电磁阀。

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