CN203603892U - 旋转导向系统的半自动化地面控制装置及信号解析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋转导向系统的半自动化地面控制装置及信号解析系统，包括地面控制装置及信号解析系统，所述地面控制装置包括立管，在立管上引出有分流管线，在分流管线上顺次安装有截止阀、开关阀、流量调节阀和流量计，截止阀用于分流管线的启闭，开关阀与气动控制机构连接，所述气动控制机构上连接有PLC控制器，PLC控制器上连接有计算机，PLC控制器用于控制所述气动控制机构的动作，所述流量调节阀用于调节通过的流量大小，所述信号解析系统用于接收和解析所述开关阀的开闭所形成的负脉冲信号。本实用新型能实现连续不间断地控制流量，并适用于防火防爆的恶劣环境中，不会产生卡阻现象。

Description

旋转导向系统的半自动化地面控制装置及信号解析系统

技术领域

本实用新型涉及石油钻井领域中的旋转导向系统的设计制造，确切地说涉及一种适用于旋转导向系统的半自动化地面控制装置及信号解析系统。

背景技术

旋转导向钻井技术是为了适应复杂结构井钻井作业的需要而出现的一项高新钻井技术，是现代导向钻井的研究重点和发展方向。其关键技术之一就是地面和井下双向通讯技术，基于闭环钻井系统中的下行通讯要求准确及时，地面控制装置在旋转导向系统中担负着地面控制指令下传和解析的任务。

公开号为CN201221345，公开日为2009年4月15日的中国专利文献公开了一种地面信号下传系统。为了解决现有技术中信号下行传输不是很可靠的问题，提供了一种地面信号下传系统，通过在现有立管管道上引入分支管道，并通过分支管道分流立管泥浆，控制泥浆压力的变化，井下信号接收装置从所述压力变化识别出控制钻具的信号，实现对钻具工作状态的控制。本实用新型的有益效果在于，避免了使用导线向井下传送控制数据而造成导线安装成本过高，并且导线使用不够可靠的问题，实现高可靠性的传送控制数据，大大提高钻遇率，节约钻时，增加效益。

但以上述专利文献为代表的现有技术仍然存在以下缺陷：该专利使用步进电机控制旋转阀，电驱动装置不适用于要求防火防爆的恶劣环境中，且旋转阀在高压力下介质容易卡阻。

美国专利号为US6920085B2的专利文件公开了一种下行遥测系统（DOWNLINK TELEMETRY SYSTEM），该专利使用可更换喷嘴改变泄流量，一是该结构在现场使用工人工作量比较大，二是由于该结构的局限性，泄流量不能连续可调，总体上该装置能满足旋转导向钻井系统下传信号的需要，但有一定的局限性。

实用新型内容

为解决上述现有技术所存在的缺陷和不足，本实用新型提供了一种旋转导向系统的半自动化地面控制装置及信号解析系统，本实用新型能实现连续不间断地控制流量，并适用于防火防爆的恶劣环境中，不会产生卡阻现象。

本实用新型是通过采用下述技术方案实现的：

一种旋转导向系统的半自动化地面控制装置及信号解析系统，包括地面控制装置及信号解析系统，其特征在于：所述地面控制装置包括立管，在立管上引出有分流管线，在分流管线上顺次安装有截止阀、开关阀、流量调节阀和流量计，截止阀用于分流管线的启闭，开关阀与气动控制机构连接，所述气动控制机构上连接有PLC控制器，PLC控制器上连接有计算机，PLC控制器用于控制所述气动控制机构的动作，所述流量调节阀用于调节通过的流量大小，所述信号解析系统用于接收和解析所述开关阀的开闭所形成的负脉冲信号。

所述气动控制机构包括与井场气源连接的气源接口，顺次与气源接口连接的减压阀和过滤器，所述过滤器分别与电磁阀、气源放大器一、气源放大器二、多路转换器和储气罐连通，气源放大器一连接开关阀上气缸，气源放大器二连接开关阀下气缸，所述开关阀上气缸和开关阀下气缸与开关阀连接，在开关阀与开关阀上气缸和开关阀下气缸之间设置有限位开关，所述多路转换器上设置有A、B、C、D、E、F六个接口，电磁阀上的接点分别于多路转换器上的A和D接口连接，多路转换器上的B接口用于连接所述气源放大器一，E接口用于连接气源放大器二，储气罐与多路转换器连通。

在储气罐上设置有溢流阀。

在过滤器和气源放大器一、气源放大器二、多路转换器和储气罐之间设置有单向阀。

所述信号解析系统包括：

井下涡流发电机，用于将所述负脉冲信号转换为涡轮发电机的转速信号；

转速测量单元，用于对所述井下涡流发电机的转速进行测量，并把转速信号转换为电平信号并输出；

中控/整流单元，用于对井下仪器的供电、数据处理和控制，并对转速测量单元输出的电平信号及逆行采集和解析，实现对下传指令的接收和执行。

所述立管上还安装有压力传感器，压力传感器将检测的压力信号传送至所述计算机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果表现在：

1、本实用新型中，采用的地面控制装置，其中采用气动控制机构来驱动开关阀实现开关阀的开闭，这样的结构方式，气动控制机构适用于防火防爆的恶劣环境中，开关阀不会产生卡阻现象，同时，通过这样的结构形式，能实现连续不间断地控制流量。

2、本实用新型中，采用的气动控制机构的具体结构，其具有如下技术效果：

a、用空气做介质，不必设回气管，不污染环境；　　

b、安全可靠，不需要防火防爆问题，能在高温，辐射，潮湿，灰尘等环境中工作；　　

c、气动反应快，动作迅速，维护简单，管路不易堵塞；　　

d、气压元件结构简单，易于制造、标准化、系列化、通用化，使用寿命长，介质不存在变质更换等问题。

e、实现了全自动控制。

f、设计的气动控制机构适合于高速间歇运动。

3、本实用新型中，采用了可以调节流量的调节阀，采用了气动控制机构控制开关阀，保证系统开关阀在<2s的时间内打开或关闭，井下系统通过转速测量单元实现对下传指令的测量、处理，由中控/整流单元进行解析、执行，可以保证钻井过程中地面指令的可靠下传。

4、本实用新型中，在储气罐上设置有溢流阀，保证储气罐在设置的压力下工作，能够更加安全。

5、本实用新型中，在过滤器和气源放大器一、气源放大器二、多路转换器和储气罐之间设置有单向阀，其目的是为了保证气体通向整个系统所需的部件。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明，其中：

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为气动结构的结构示意图。

图中标记：

1、压力传感器，2、截止阀，3、开关阀，4、流量调节阀，5、流量计，6、PLC控制器，7、气动控制机构，8、计算机，9、软件，10、井下涡流发电机，11、转速测量单元，12、中控/整流单元，7.1、气源放大器一，7.2、多路转换器，7.3、电磁阀，7.4、溢流阀，7.5、储气罐，7.6、单向阀，7.7、过滤器，7.8、减压阀，7.9、气源接口，7.10气源放大器二，3.1、限位开关，3.2、开关阀下气缸，3.3、开关阀上气缸。

具体实施方式

实施例1

作为本实用新型的最佳实施方式，本实用新型包括地面控制装置和井下解析系统。

所述地面控制装置包括立管压力传感器1，可以实时监测立管流体压力，由计算机8和软件9进行压力数据采集，数据实时显示在计算机上，在立管处分流出一条分流管线，在该分流管线上安装有截止阀2，作为地面控制装置的系统开关，需要进行信号下传时，首先打开截止阀2；当信号下传结束，不需要地面控制装置工作时，关闭截止阀2。在地面控制装置的入口端，首先连接有开关阀3，开关阀3由气动控制机构7来控制，气动控制机构由气源接口7.9与井场气源连接，经过减压阀7.8及过滤器7.7的过滤减压为适合系统用的压缩气体，电磁阀7.3失电时，多路转换器7.2A、B通，气源放大器一7.1得到信号，压缩气体迅速注入开关阀上气缸3.3，阀芯向下移动，关闭阀门；电磁阀7.3带电时，多路转换器7.2D、E通，气源放大器二7.10得到信号，压缩气体迅速注入开关阀下气缸3.2，阀芯向上移动，打开阀门。系统配储气罐7.5，气源故障时，多路转换器7.2B、C通，气源放大器一7.1接到信号，压缩气体由储气罐7.5迅速注入开关阀上气缸3.3，阀芯向下移动，关闭阀门，保证系统处于安全状态，所配溢流阀7.4为安全设置。限位开关3.1的目的是提示开关阀3阀芯所处位置，单向阀7.6的目的是保证气体通向系统所需部件；设计有PLC控制器6控制气动控制机构7中的电磁阀7.3，通过计算机8的配套软件9设计的程序控制电磁阀7.3的带电与失电，这样即可满足开关阀3按软件要求动作，在系统中配有流量调节阀4，调整调节阀4的阀芯位置来调节通过装置的流量大小，流量计5用来测量通过装置的泥浆流量，并将数据远传至计算机，用于指导系统所需调整的流量。

井下解析系统包括涡轮发电机10，钻井液的流动带动涡轮发电机10旋转，涡轮发电机10转速与钻井液流量有关，因此涡轮发电机10既可以输出电力为井下系统供电，还可以将下传的钻井液脉冲信号转换为涡轮发电机10转速信号；转速测量单元11，实现对涡轮发电机10转速的测量，并把转速信号转换为电平信号输出；中控/整流单元12，是井下系统的控制核心，除实现对井下仪器的供电、数据处理、控制等功能外，还实时对转速测量单元11输出电平信号进行采集、解析，如果有指令下传，则实现对下传指令的接收、执行。

本实用新型在使用时，首先打开截止阀2，然后打开气源、打开PLC控制柜电源按钮，调节调节阀流量至目标值（通常为立管流量的10%~20%），设定下传参数（包括脉冲宽度和下传时间等参数），开始发送指令。气动控制机构7控制开关阀3动作，控制立管钻井液流量的反复变化，产生钻井液负脉冲信号，经钻井液通道下传到井下，引起井下涡轮发电机10转速变化。转速测量单元11把转速信号转换为电平信号，并输出给中控/整流单元12。中控/整流单元12接收到下传指令后，给地面返回一个确认信号，并执行下传指令。地面接收到井下上传的确认信号后，关闭电源按钮，关闭气源，关闭截止阀，一次下传结束。

实施例2

作为本实用新型的一较佳实施方式，其包括地面控制装置及信号解析系统，所述地面控制装置包括立管，在立管上引出有分流管线，在分流管线上顺次安装有截止阀2、开关阀、流量调节阀4和流量计5，截止阀2用于分流管线的启闭，开关阀与气动控制机构7连接，所述气动控制机构7上连接有PLC控制器6，PLC控制器6上连接有计算机8，PLC控制器6用于控制所述气动控制机构7的动作，所述流量调节阀4用于调节通过的流量大小，所述信号解析系统用于接收和解析所述开关阀的开闭所形成的负脉冲信号。

本例中，所采用的气动控制机构7可以采用现有技术中的常规气动控制机构7来实现，所采用的信号解析系统可以采用本领域的常规信号解析系统来实现。

Claims (6)

1.一种旋转导向系统的半自动化地面控制装置及信号解析系统，包括地面控制装置及信号解析系统，其特征在于：所述地面控制装置包括立管，在立管上引出有分流管线，在分流管线上顺次安装有截止阀（2）、开关阀（3）、流量调节阀（4）和流量计（5），截止阀（2）用于分流管线的启闭，开关阀与气动控制机构（7）连接，所述气动控制机构（7）上连接有PLC控制器（6），PLC控制器（6）上连接有计算机（8），PLC控制器（6）用于控制所述气动控制机构（7）的动作，所述流量调节阀（4）用于调节通过的流量大小，所述信号解析系统用于接收和解析所述开关阀的开闭所形成的负脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的旋转导向系统的半自动化地面控制装置及信号解析系统，其特征在于：所述气动控制机构（7）包括与井场气源连接的气源接口（7.9），顺次与气源接口（7.9）连接的减压阀（7.8）和过滤器（7.7），所述过滤器（7.7）分别与电磁阀（7.3）、气源放大器一（7.1）、气源放大器二（7.10）、多路转换器（7.2）和储气罐（7.5）连通，气源放大器一（7.1）连接开关阀上气缸（3.3），气源放大器二（7.10）连接开关阀下气缸（3.2），所述开关阀上气缸（3.3）和开关阀下气缸（3.2）与开关阀连接，在开关阀与开关阀上气缸（3.3）和开关阀下气缸（3.2）之间设置有限位开关（3.1），所述多路转换器（7.2）上设置有A、B、C、D、E、F六个接口，电磁阀（7.3）上的接点分别于多路转换器（7.2）上的A和D接口连接，多路转换器(7.2)上的B接口用于连接所述气源放大器一(7.1)，E接口用于连接气源放大器二(7.10)，储气罐(7.5)与多路转换器(7.2)连通。

3.根据权利要求2所述的旋转导向系统的半自动化地面控制装置及信号解析系统，其特征在于：在储气罐(7.5)上设置有溢流阀(7.4)。

4.根据权利要求3所述的旋转导向系统的半自动化地面控制装置及信号解析系统，其特征在于：在过滤器(7.7)和气源放大器一(7.1)、气源放大器二(7.10)、多路转换器(7.2)和储气罐(7.5)之间设置有单向阀(7.6)。

5.根据权利要求1或4所述的旋转导向系统的半自动化地面控制装置及信号解析系统，其特征在于：所述信号解析系统包括：

井下涡流发电机(10)，用于将所述负脉冲信号转换为涡轮发电机的转速信号；

转速测量单元(11)，用于对所述井下涡流发电机(10)的转速进行测量，并把转速信号转换为电平信号并输出；

中控/整流单元(12)，用于对井下仪器的供电、数据处理和控制，并对转速测量单元(11)输出的电平信号及逆行采集和解析，实现对下传指令的接收和执行。

6.根据权利要求1所述的旋转导向系统的半自动化地面控制装置及信号解析系统，其特征在于：所述立管上还安装有压力传感器(1)，压力传感器(1)将检测的压力信号传送至所述计算机(8)。

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