CN202280435U - 油气井用电动控制自动节流系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种油气井用电动控制自动节流系统，包括节流管汇和监控系统，所述节流管汇包括并联的两条自动节流控制通道，第一自动节流控制通道包括通过管汇依次连接的电动平板阀、电动节流阀、两个手动平板阀、流量计和又一手动平板阀，电动平板阀、电动节流阀和流量计分别与监控系统连接；第二自动节流控制通道包括通过管汇依次连接的电动平板阀、电动节流阀和两个手动平板阀，并通过管汇连接到第一条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间，电动平板阀与监控系统连接。本实用新型主要适用于石油天然气钻井，能实时自动检测井口压力，并自动校正、剔除错误压力数据，自动实施节流控制，维持井口压力在设定值范围。

Description

油气井用电动控制自动节流系统

技术领域

本实用新型涉及一种油气井用电动控制自动节流系统，适用于石油常规钻井、欠平衡钻井和精细控压钻井，按井口压力的设定要求，实现井口压力自动监测和控制，取代原来靠人工手动控制模式，属于欠平衡钻井、控压钻井井控地面设备制造技术领域。

背景技术

在已有技术中，油气井钻井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，从而引起钻井复杂或事故，这时必须人为的在井口对返出流量进行控制，在井口形成一定的回压，控制并维持井底压力在一定范围内，从而达到安全钻进的目的。

目前在石油常规钻井中、欠平衡钻井、控压钻井作业中采用的方法主要是：利用人工手动控制节流，或利用液动控制系统进行节流从而实现井口压力的控制，达到安全钻进的目的，现有的节流管汇专利有：申请号：201020270446.3、200920246846.8、200920271797.3。在石油钻井中对井口进行节流控制可分为两种控制方式，人工手动控制和液动控制。

采用现有的人工手动控制技术进行节流控制，主要存在以下不足：一、、操纵节流阀的人，往往控制不好节流阀的开度，造成井口压力过低或过高，造成井漏和溢流，不利于安全钻进和储层保护；二、节流阀由人工手动操作劳动强度大，容易疲劳导致误操作，增大了井控风险；三、人工手动操作响应时间慢，一旦出现紧急情况不能立即按要求控制，存在井控风险；四、一旦有毒气体溢出至地面，人员不能在近井口处操作节流管汇；五、节流阀由人工手动操作不能满足精细控压钻井要求。

采用现有的液动控制技术进行节流控制，主要存在以下不足：一、液动节流控制可实现自动控制，虽然一定程度上减轻了人员劳动强度，但是液动控制不能在原有的节流管汇上进行改进，必须重新设计制造节流管汇，造成大量的浪费；二、采用国外液动控制节流系统，成本高，每个阀件高达在150多万人民币，不利于推广应用；三、目前国内液动控制节流系统，响应速度慢，压力控制波动大，不能满足精细控压钻井技术要求；四、现有的自动控制节流管汇只具备了近地手动控制和通过数控房远端控制，不能在近地实现自动控制，这样一旦自动节流管汇与数控房的通信出现故障后（如现场通信电缆被损坏，通信网络被干扰），不能进行数据交换，就不能实现自动控制，导致井口压力控制不能满足钻井和井控要求。另外由于现有的液动节流管汇要实现自动控必须带数控房，两者不能分开使用，容易出现两个问题：1、受施工现场空间制约，不适应海上平台钻井，限制了运用范围，2、根据施工需求限制，可能不需要精细控制而不需要上位数控房；五、现有的自动节流管汇没有涉及到应急通道，一旦自动控制通道出现故障，不能及时有效自动控制时，导致引起井口压力突然升高，造成井下复杂，增大井控风险。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有石油钻井中对井口进行节流控制技术存在的上述问题，提供一种油气井用电动控制自动节流系统，本实用新型主要适用于石油天然气钻井，能实时自动检测井口压力，并自动校正、剔除错误压力数据，自动实施节流控制，维持井口压力在设定值范围。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种油气井用电动控制自动节流系统，包括节流管汇和监控系统，其特征在于：所述节流管汇包括并联的两条自动节流控制通道，第一自动节流控制通道包括通过管汇依次连接的电动平板阀、电动节流阀、两个手动平板阀、流量计和又一手动平板阀，电动平板阀、电动节流阀和流量计分别与监控系统连接；第二自动节流控制通道包括通过管汇依次连接的电动平板阀、电动节流阀和两个手动平板阀，并通过管汇连接到第一条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间，电动平板阀与监控系统连接；所述监控系统包括控制器和设置在节流管汇入口处的传感器，传感器与控制器连接。

所述节流管汇还包括与自动节流控制通道并联的手动控制通道，所述手动控制通道包括通过管汇依次连接的手动平板阀、手动节流阀和又一手动平板阀，并通过管汇连接到第二条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间。

所述节流管汇还包括备用通道，备用通道一端通过管汇连接到第二条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间，另一端通过管汇连接到流量计；所述备用通道包括通过管汇依次连接的两个手动平板阀。

所述节流管汇还包括与自动节流控制通道和手动控制通道并联的应急通道，应急通道通过管汇连接到第二条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间，应急通道包括电动平板阀，电动平板阀与监控系统连接。

本实用新型还包括节流装置，所述节流装置包括减速器、防爆控制箱、伺服电机和驱动器，所述第一自动节流控制通道中的电动节流阀连接减速器，减速器另一端连接防爆控制箱，防爆控制箱内设置有伺服电机和驱动器，伺服电机的输出端与减速器连接，驱动器一端与伺服电机连接，另一端与监控系统连接。

所述监控系统还包括工控机和用于监测井口压力的压力变送器，监控系统上设置有手动控制区和控制模式的控制开关。

采用本实用新型的优点在于：

一、采用本实用新型后，在工作中能实时跟踪检测来自钻井作业现场的井口压力，电动节流阀、电动平板阀严格按监控系统发出的指令执行，来维持井口压力在设定值范围内，满足精确的自动控制要求。

二、采用本实用新型后可实现三种控制方式，可实现近地手动控制，近地自动控制和远程自动控制，近地自动控制可与数据空房分开而实现自动控制，如果本实用新型与数控房的通信出现故障后，可在近地实现自动控制；本实用新型与数控房可实现分开使用，拓展了电动控制自动节流系统的使用范围。

三、本实用新型设置的应急通道能在节流通道失效井口憋压的情况下实施应急泄压，提高钻井安全性。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图

图2为本实用新型节流装置连接示意图

图3为本实用新型监控系统示意图

图中标记为：28、电动平板阀一，29、电动节流阀一，30、手动平板阀一，31、手动平板阀二，32、手动平板阀三，33、电动平板阀二，34、电动节流阀二，35、手动平板阀四，36、手动平板阀五，37、手动平板阀六，38、手动节流阀，39、手动平板阀七，40、手动平板阀七，41、手动平板阀八，42、电控自动节流控制系统压力传感器，43、电动平板阀三，44、监控系统，45、防暴箱，46、控制器，47、电控自动节流控制系统工控机，48、驱动器，49、伺服电机，50、流量计，51、控制开关，52、手动控制区，53、减速器。

具体实施方式

一种油气井用电动控制自动节流系统，包括节流管汇和监控系统，所述节流管汇包括并联的两条自动节流控制通道，第一自动节流控制通道包括通过管汇依次连接的电动平板阀、电动节流阀、两个手动平板阀、流量计和又一手动平板阀，电动平板阀、电动节流阀和流量计分别与监控系统连接；第二自动节流控制通道包括通过管汇依次连接的电动平板阀、电动节流阀和两个手动平板阀，并通过管汇连接到第一条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间，电动平板阀与监控系统连接；所述监控系统包括控制器和设置在节流管汇入口处的传感器，传感器与控制器连接。

所述节流管汇还包括与自动节流控制通道并联的手动控制通道，所述手动控制通道包括通过管汇依次连接的手动平板阀、手动节流阀和又一手动平板阀，并通过管汇连接到第二条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间。

所述节流管汇还包括备用通道，备用通道一端通过管汇连接到第二条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间，另一端通过管汇连接到流量计；所述备用通道包括通过管汇依次连接的两个手动平板阀。

所述节流管汇还包括与自动节流控制通道和手动控制通道并联的应急通道，应急通道通过管汇连接到第二条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间，应急通道包括电动平板阀，电动平板阀与监控系统连接。

本实用新型还包括节流装置，所述节流装置包括减速器、防爆控制箱、伺服电机和驱动器，所述第一自动节流控制通道中的电动节流阀连接减速器，减速器另一端连接防爆控制箱，防爆控制箱内设置有伺服电机和驱动器，伺服电机的输出端与减速器连接，驱动器一端与伺服电机连接，另一端与监控系统连接。

所述监控系统还包括工控机和用于监测井口压力的压力变送器，监控系统上设置有手动控制区和控制模式的控制开关。

以下结合附图对本实用新型作展开说明：

本实用新型由电动平板阀一28、电动节流阀一29、手动平板阀一30、手动平板阀二31、流量计50、手动节平板阀三32通过管汇连接形成第一自动节流控制通道；电动平板阀二33、电动节流阀二，34、手动平板阀四35、手动平板阀五36、手动平板阀二31、流量计、手动节平板阀三32通过管汇连接形成第二自动节流控制通道；手动平板阀六37、手动节流阀38、手动平板阀七39、手动平板阀五36、手动平板阀二31、流量计、手动平板阀三32通过管汇连接形成手动控制通道；手动平板阀七40、手动平板阀八41通过管汇连接与流量计连接形成备用通道；电控自动节流控制系统压力传感器42、电动节流阀一29、电动平板阀一28、电动平板阀二33、电动平板阀三43、流量计通过通信线与监控系统44连接，监控系统44与电力防暴箱45相连。

所述电动控制的节流装置能根据监控系统发出的指令调节阀门的开度，实现压力的精细控制。防爆控制箱对整套系统供电，传感器将采集到的压力信号传输给监控系统，监控系统内进行分析处理，并将处理后的数据与设定的值进行比较，然后对电动节流阀发出需要的正脉冲或者负脉冲指令，电动节流阀根据接收到的指令执行关闭或者开启；监控系统可显示系统的工作情况及当前所使用的控制通道，可通过传感器采集到的压力值进行判断是否开启另一条自动通道，也可判断是否有必要开启应急泄压通道。

所述监控系统主要包括传感器，用于实时观察井口压力；压力变送器，用于监测井口压力；报警系统，用于报警、提示设备故障；现场工控机，是现场采集控制中枢，实施显示系统所处状态，能实现人机通信按输入需要控制的进口压力，能将采集的所有数据及系统工作状态通过网络上传至数控房，也可接受数据房发出的控压指令；控制器，用于采集并处理井口实时压力数据，负责现场所有信号的采集、处理、转发中间指令、实施对驱动的通信，实现压力的准确控制并实时对控制器反馈扭矩、阀门开度参数；监控系统还设有出口流量监测装置。

监控系统上设置有控制模式的控制开关，能实现本地自动控制、本地手动控制和远程自动控制的转换，当控制开关处于自动远端控制档位时，远端自动控制系统开启，进入远端自动控制监控状态，同时锁死近地自动控制和手动按钮控制，直接接收并执行来自数控房的控制指令，也可将电动节流阀、电动平板阀的状态、参数上传至数控房，实现双通道通信，在控制间的上位机上设定井口压力控制值命令并确定后，监控系统将监测井口实测压力、电动节流阀开启度，根据压力传感器传来的数据并经过计算后，与设定井口压力值进行对比，再发出调节命令给电动节流阀，从而使井口压力自动稳定在设定值范围内；当控制开关处于自动近地控制档位时，近地自动控制系统开启，进入近地自动控制监控状态，同时锁死远端自动控制与手动按钮控制，在现场控制机柜上设定井口压力控制值命令并确定后，监控系统将监控井口压实测压力、通过基数按处理后与设定压力值进行比较，再发出调节命令给电动节流阀，从而使井口压力自动稳定在设定值范围内。当控制开关处于手动控制档位时，压力控制系统脱离自动状态，系统只做监控使用不参与控制，靠人工操作手动控制区的按钮直接对执行机构实施对压力的控制。

电控自动节流控制系统的具体工作控制过程：

1)、压力调节：

设定电动节流阀关小，井口压力升高，电动节流阀开度增加，井口压力降低。工作时电力防爆箱45对整套系统进行供电，电控自动节流控制系统压力传感器42将采集到的压力信号传输给监测系统44，信号在控制器46内进行分析处理，并将处理后的数据与电控自动节流控制系统工控机47输入的值进行比较，然后对驱动器48发出指令，如：假定设定井口压力=A；实测井口压力=B，设定的允许误差为C）当(A-B)≤|C|时电执行机构不动作，保持稳定状态，当|C|＜(A-B)时伺服电机49带动调节阀按比例连续变化从而达到控制井口压力和稳定井口压力作用，实现电动自动控制。

2）、自动切换：电动控制自动节流系统包括，两条自动节流控制通道，一条手动节流控制通道，一条应急泄压通道。当第一自动节流控制通道在工作时，电动平板阀一28、手动平板阀一30、手动平板阀二31、手动平板阀三32、手动平板阀四35处于开启状态；手动平板阀六37、电动平板阀二33、电动平板阀三43处于关闭状态，电控自动节流控制系统压力传感器42将采集到的压力信号传给监控系统44，监控系统通过运算后发出指令给电动节流阀一29来调整节流阀的开度实现压力的自动控制在设定范围内。系统可实现无扰动自动切换，工作过程中如果监测系统44发现第一自动节流控制通道不能将压力控制在允许的误差范围内，就将启动第二自动节流控制通道，此时监控系统向电动平板阀二33发出开启指令，瞬间实现开启，电控自动节流控制系统压力传感器42将采集到的压力信号传给监控系统44，监控系统通过运算后发出指令给电动节流阀一29、电动节流阀二34，同时指导两个电动节流阀的开关，实现压力的自动控制在设定范围内，当井口压力达到设定允许误范围时，监控系统逐渐增加电动节流阀二34的开度，同时减小电动节流阀一29的开度，直至电动节流阀一29全部关闭，电动节流阀一29关闭的信号反馈给监控系统44后，监控系统立即发出指令关闭电动平板阀一28，至此实现了第一自动节流控制通道向第一自动节流控制通道的无扰动自动切换。

3）应急通道：应急通道由电动平板阀三43实现控制，监控系统44对可根据钻井现场的时间需要对电动平板阀三43设定一个开启压力和关闭压力。当一条自动节流控制通道不能正常控制压力时，优先起动另一条自动控制节流通道，如果两条自动控制节流通道都不能正常工作，或是通道出现被堵的情况，监控系统一旦检测到电控自动节流控制系统压力传感器42的压力超过设定的开启压力时，电动平板阀三43立即自动开启泄压，当压力泄到低于设定的关闭压力时，电动平板阀三43自动实现关闭，避免出现憋泵导致井下复杂或设备损坏，以此来保证现场作业的安全。

Claims (6)

1.一种油气井用电动控制自动节流系统，包括节流管汇和监控系统，其特征在于：所述节流管汇包括并联的两条自动节流控制通道，第一自动节流控制通道包括通过管汇依次连接的电动平板阀、电动节流阀、两个手动平板阀、流量计和又一手动平板阀，电动平板阀、电动节流阀和流量计分别与监控系统连接；第二自动节流控制通道包括通过管汇依次连接的电动平板阀、电动节流阀和两个手动平板阀，并通过管汇连接到第一条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间，电动平板阀与监控系统连接；所述监控系统包括控制器和设置在节流管汇入口处的传感器，传感器与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的油气井用电动控制自动节流系统，其特征在于：所述节流管汇还包括与自动节流控制通道并联的手动控制通道，所述手动控制通道包括通过管汇依次连接的手动平板阀、手动节流阀和又一手动平板阀，并通过管汇连接到第二条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间。

3.根据权利要求1或2所述的油气井用电动控制自动节流系统，其特征在于：所述节流管汇还包括备用通道，备用通道一端通过管汇连接到第二条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间，另一端通过管汇连接到流量计；所述备用通道包括通过管汇依次连接的两个手动平板阀。

4.根据权利要求3所述的油气井用电动控制自动节流系统，其特征在于：所述节流管汇还包括与自动节流控制通道和手动控制通道并联的应急通道，应急通道通过管汇连接到第二条自动节流控制通道的两个手动平板阀之间，应急通道包括电动平板阀，电动平板阀与监控系统连接。

5.根据权利要求1、2或4所述的油气井用电动控制自动节流系统，其特征在于：本实用新型还包括节流装置，所述节流装置包括减速器、防爆控制箱、伺服电机和驱动器，所述第一自动节流控制通道中的电动节流阀连接减速器，减速器另一端连接防爆控制箱，防爆控制箱内设置有伺服电机和驱动器，伺服电机的输出端与减速器连接，驱动器一端与伺服电机连接，另一端与监控系统连接。

6.根据权利要求5所述的油气井用电动控制自动节流系统，其特征在于：所述监控系统还包括工控机和用于监测井口压力的压力变送器，监控系统上设置有手动控制区和控制模式的控制开关。

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