CN205061445U - 一种电驱动测井绞车的自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电驱动测井绞车的自动控制装置，包括与电驱动测井绞车的滚筒连接、且用于控制所述滚筒转速的动力部分，以及与所述动力部分连接、且用于对动力部分进行控制的通讯控制部分；所述动力部分，通过交直交变频调速控制滚筒的转速。本实用新型的方案，可以克服现有技术中人工劳动量大、控制精度低和安全性差等缺陷，以实现人工劳动量小、控制精度高和安全性好的优点。

Description

一种电驱动测井绞车的自动控制装置

技术领域

本实用新型涉及油田测井技术领域，具体地，涉及一种电驱动测井绞车的自动控制装置。

背景技术

目前国内测井绞车以闭式液压传动为主，液压传动的系统复杂、元件多，管线接头易渗漏，维护保养不便。在实际使用中存在以下技术缺陷：

⑴水平井测试：要求恒张力、跟随性好。而液压系统因液体介质传递，有迟后时间，同步效果差，依靠绞车员的丰富操作经验。

⑵超低速功能差。因马达最小稳定转速一定。常规情况下，力士乐变量轴塞马达的最小稳定转速为50rpm。但测试核磁等工况要求马达的最小稳定转速在20rpm以内。液压系统在马达出油口处增加背压，损失功率约1/4的措施将马达的最小稳定转速降下了，但噪音大，系统发热，随外部载荷变化波动大。重载时更严重，载荷较大时无法实现超低速。

⑶在遇到井况复杂的情况下，遇阻、遇卡在测井高速时因人员操作反应有迟后时间，容易造成事故。

⑷人员工作强度大，人工操作若稍有不慎，就极易发生测井事故，所以需要多个工作经验、技术水平、反应能力及责任心很高的操作人员进行工作；由于操作人员的身心劳动强度很大，所以在测井作业过程中需要投入大量的人力成本。

现有技术中，存在人工劳动量大、控制精度低和安全性差等缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种电驱动测井绞车的自动控制装置，以实现人工劳动量小、控制精度高和安全性好的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种电驱动测井绞车的自动控制装置，包括与电驱动测井绞车的滚筒连接、且用于控制所述滚筒转速的动力部分，以及与所述动力部分连接、且用于对动力部分进行控制的通讯控制部分；所述动力部分，通过交直交变频调速控制滚筒的转速。

其中，所述动力部分，包括依次配合连接至所述滚筒的发动机取力器、变频发电机和变频电动机，以及分别与所述变频发电机和变频电动机连接的交流电源装置；所述变频发电机和变频电动机之间通过直流动力电缆线连接，所述变频发电机和变频电动机还分别与通讯控制部分连接。

其中，所述交流电源装置，包括并联在直流动力电缆线上的220V交流电源装置与380V三相交流电源装置，所述220V交流电源装置与变频电动机并联。

其中，所述交流电源装置，还包括：连接在所述变频发电机与380V三相交流电源装置之间的互锁切换开关，和/或，连接在380V三相交流电源装置与外接三相交流电之间的漏电断路开关。

其中，所述通讯控制部分，包括与所述控制部分连接的通讯电路，以及与所述通讯电路连接的控制器；电驱动测井绞车的24V电源输出端、手柄输出端、扭矩阀电位计输出端、张力信号输出端、模式选择开关输出端、紧急停止开关输出端和刹车电磁阀输入端，分别与所述控制器的相应连接端连接；所述控制器的保护端接地。

其中，所述通讯控制部分，还包括分别与所述通讯电路和控制器连接、且用于根据用户的要求可以使用外部指令通讯控制绞车的可扩展外部控制器；电驱动测井绞车的24V电源输出端与所述可扩展外部控制器的相应连接端连接，所述可扩展外部控制器的保护端接地。

其中，所述通讯控制部分，还包括分别与所述通讯电路和可扩展外部控制器连接的显示器；电驱动测井绞车的24V电源输出端与所述显示器的相应连接端连接，所述显示器的保护端接地。

其中，所述通讯控制部分，还包括与所述显示器连接的保险，以及与所述保险连接的电源开关。

其中，所述通讯电路包括CAN通信线；所述CAN通信线包括并行设置、且端部相连的低端线路CAN_L和高端线路CAN_H，以及对称设置、且并联在所述低端线路CAN_L和高端线路CAN_H的两个端部之间的一对碳膜电阻；所述低端线路CAN_L和高端线路CAN_H，分别与控制部分、控制器、可扩展外部控制器和显示器的相应连接端连接。

其中，所述直流动力电缆线和/或CAN通信线，为屏蔽电缆；所述屏蔽电缆的电缆屏蔽层两端接保护地。

本实用新型各实施例的电驱动测井绞车的自动控制装置，由于包括与电驱动测井绞车的滚筒连接、且用于控制滚筒转速的动力部分，以及与动力部分连接、且用于对动力部分进行控制的通讯控制部分；所述动力部分，通过交直交变频调速控制滚筒的转速；从而可以克服现有技术中人工劳动量大、控制精度低和安全性差的缺陷，以实现人工劳动量小、控制精度高和安全性好的优点。

本实用新型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，或者通过实施本实用新型而了解。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型电驱动测井绞车的自动控制装置的工作原理示意图。

结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下：

1-发动机取力器；2-变频发电机；3-变频电动机；4-双联机械互锁开关；5-380V三相交流电源装置；6-220V交流电源装置；7-控制器；8-可扩展外部控制器；9-显示器；10-保险；11-直流电源开关；12-操作手柄；13-扭矩阀；14-张力信号；15-紧急停止按钮；16-模式选择开关；17-刹车电磁阀；18-辊筒；19-动力电缆线560VDC；20-24V直流电源（24V电瓶）；21-CAN通信线。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

电动变频调速技术在发达国家已得到十分广泛的应用，具有结构简单、安全可靠、方式灵活、节能减排、维护方便等优点。使用电动变频技术能解决液压测井技术中的难点，降低人员的劳动强度。我们国家也是重点推广项目，在倡导“低碳、环保”经济的环境下，电驱动变频调速技术在油田机械行业将有更为广阔的天地。

针对现有技术中安全性差、人工操作量大的缺陷，根据本实用新型实施例，提供了一种电驱动测井绞车的自动控制装置，可以用于水平井测井过程中，以实现安全性好、自动化程度高的目的。

本实施例的技术方案，包括动力部分和通讯控制部分，动力部分通过交直交变频调速控制滚筒的转速。其中，动力部分包括通过直流动力电缆线连接的变频发电机和变频电动机，并联在直流动力电缆线上的220V交流电源装置与380V三相交流电源装置，220V交流电源装置与变频电动机并联；通讯控制部分分别与变频发电机与变频电动机相连接。

在一个实施例中，动力部分还包括连接在变频发电机与380V三相交流电源装置之间的互锁切换开关，以及连接在380V三相交流电源装置与外接三相交流电之间的漏电断路开关。

在一个实施例中，动力部分还包括变频发电机与变频电动机之间连接的直流动力电缆线，该直流动力电缆线为屏蔽电缆，屏蔽电缆的电缆屏蔽层两端接保护地。通讯控制部分的CAN2.0通讯线为屏蔽电缆，屏蔽电缆的电缆屏蔽层两端接保护地。

在一个实施例中，通讯控制部分包括通讯电路。通讯电路的CAN2.0的低端和变频发电机的第一控制端，变频电动机的第一控制端，控制器的第一控制端，显示器的第一控制端，可扩展外部控制的第一控制端连接。所述通讯电路的CAN2.0的高端和变频发电机的第二控制端，变频电动机的第二控制端，控制器的第二控制端，显示器的第二控制端，可扩展外部控制的第二控制端连接。CAN2.0的低端与高端之间并联2个120欧姆1/4W碳膜电阻。

在一个实施例中，通讯控制部分还包括控制器电路。所述控制器第一第二输入端与所述通讯电路的CAN2.0低端及高端连接。所述控制器第三输入端与24V电源输出端连接。所述控制器第四输入端与手柄输出端连接。所述控制器第五输入端与扭矩阀电位计输出端连接。所述控制器第六输入端与张力信号输出端连接。所述控制器第七、第八输入端与模式选择开关输出端连接。所述控制器第九输入端与紧急停止开关输出端连接。所述控制器第一输出端与刹车电磁阀输入端连接。控制器保护端接地。

在一个实施例中，通讯控制部分还包括可扩展外部控制电路。可扩展外部控制电路，具有根据用户的要求可以使用外部指令通讯控制绞车的功能。可扩展外部控制电路的第一第二输入端与与所述通讯电路的CAN2.0低端及高端连接。所述可扩展外部控制电路的第三输入端与24V电源输出端连接。可扩展外部控制电路的保护端接地。

在一个实施例中，通讯控制部分还包括显示电路。显示电路的第一第二输入端与与所述通讯电路的CAN2.0低端及高端连接。第三输入端与24V电源输出端连接。保护端接地。

在一个实施例中，通讯控制部分还包括与所述显示电路第三输入端连接的保险。及与保险连接的电源开关。

在本实用新型的方案中，电驱动测井绞车的操控，可在显示电路如显示器上提前设定好要下井的测量段，及其下井速度、上提速度、极限张力、极限差分张力等参数。测井车即可自动下放运行到测量段上提测井，软件记录下测井曲线。测井完成后，测井车自动起出仪器到井口停止。

在本实用新型的方案中，通过模式选择开关的转换，切换测井模式（常规模式、低速模式、水平井模式），根据相关的测井情况选用相应的测井模式。需要超低速测井时，只需要把测井模式开关切换到低速模式，调整操作手柄即可到要求的电缆线速度。

在本实用新型的方案中，进一步通过控制器程序运算改变电动机变频器的相关参数，实现电缆测井速度低于20m/h的超低速功能；通过控制器程序运算自动判断在遇到井况复杂的情况下，遇阻、遇卡情况，并自动处理（报警或停车）。

具体地，如图1所示的电驱动测井绞车的自动控制装置的原理图，在一个实施例中，电驱动测井绞车的自动控制装置包括：

直流电源20，直流电源20的正极与电源控制开关11连接，负极接地；电源控制开关11的另一端与保险管10连接、保险管10远离电源控制开关11的一端作为公共端，分别与显示器9的固定端、可扩展外部控制8、控制器7的输入端连接；显示器9、可扩展外部控制8、控制器7的电源负极输入端分别接地；模式选择开关16为旋钮开关，其一端连接公共电源端，另一端分别接控制器7的第七、第八输入端。紧急按钮开关15为按钮式自锁开关，其一端连接公共电源端，另一端分别接控制器7的第九输入端。张力信号14的一端连接控制器7的第六输入端，另一端接地。扭矩阀13的一端连接控制器7的第五输入端，另一端接地。操作手柄12的一端连接控制器7的第四输入端，另一端接地。刹车电磁阀17的一端连接控制器7的第一输出端，另一端接地。

测井车工作时，发动车辆挂合取力器，通过发动机取力器给变频发电机提供动力，变频发电机发电给测井车的变频电动机提供动力，通过连接在直流母线上的220V交流电源装置为测井车上提供220V交流用电。当井场有三相380V交流电源时，可以操作双联机械互锁开关4切换到外接三相380V电源装置给测井车供电提供动力。此时不需要发动测井车辆给车上设备提供动力。达到了节能减排的作用。

测井车进行测井作业中，通过调节操作手柄12的位置（A为上提方向、B为下放方向、O为中位停止）实现滚筒的上提下放运动带动连接在电缆上的测井仪器在井中上提下放实现测井数据的记录。操作手柄12处于中位时，变频电动机3处于0速状态，控制器7的第一输出端控制刹车电磁阀17断电停止工作，滚筒的气刹刹车打开，刹住滚筒停止运动。通过调节扭矩阀13的值大小，调整滚筒上提、下放拉力的大小。显示器9上显示报警信息，变频电机2、变频电动机3上的转速、扭矩、电压、功率，地盘气压，电缆的下井深度、速度、张力、张力增量等相关参数，方便操作人员观看。当出现紧急情况时可以按下紧急停止按钮15，滚筒制动停止。通过模式选择开关16的转换，切换测井模式（常规模式、低速模式、水平井模式），根据相关的测井情况选用相应的测井模式。

需要超低速测井时，只需要把测井模式开关切换到低速模式，调整操作手柄12即可到要求的电缆线速度。因为变频电动机为无极调速状态最低转速可达到0速度，解决液压系统无法达到的超低速稳定状态。

常规模式下，调整操作手柄12到合适位置不动2s钟保持，电缆即可保持恒速状态，不需要根据电缆在滚筒上的缠绕多少再次调节操作手柄来调整电缆的线速度。减轻了人员操作的劳动强度。在常规测井过程中，原来的液压测井车需要操作人员频繁的手动上提、下放操作，来把仪器送到指定的位置在上提测井记录测井曲线。测井完成后操作测井车把仪器起出井口。操作人员需要高度的精力集中，来应变在测井过程中出现的井下情况。

电驱动测井绞车的操控，可在显示器9上提前设定好要下井的测量段，及其下井速度、上提速度、极限张力、极限差分张力等参数。测井车即可自动下放运行到测量段上提测井，软件记录下测井曲线。测井完成后，测井车自动起出仪器到井口停止。人员只需要辅助检测即可完成测井任务。仪器在井下遇阻、遇卡自动报警停车。提示人员手动操作解除井下情况。该设备极大的降低的人员因长期紧张工作而疲劳引起的井下事故发生。

水平井测井时，测井车电缆的湿接头通过旁通短节进入下井钻具内，与下井仪器的湿接头对接成功后，已经下井的那部分电缆要用压板压紧固定在旁通短节上，而旁通短节外的电缆则在下井钻具以外的套管内，然后借助下井钻具的起钻和下钻来实现测井车电缆的上提和下放。电缆与下井钻具运动方向的一致与否会在电缆张力上体现，电缆的张力就是测井车的负载，电缆的张力变化会直接体现在电机的实际扭矩值变化上，通过调节扭矩阀的数值来调节电机的设定扭矩值，当下井钻具带着电缆下钻（即电缆下放）时，电缆张力会变大，表现为电机的设定扭矩值偏大，反之，电缆张力会变小，表现为电机的设定扭矩值偏小。这里，电缆与下井仪器对接后上提电缆时的电机设定扭矩值可根据现场使用实际进行调整。水平井测井时测井车操作为：电缆在压板压紧固定在旁通短接上后，模式选择开关打到水平井档位，手柄处于上提方向调节扭矩阀使电缆绷紧。

在上述实施例的方案中，一方面，通过张力信号与预设的张力基准值比较，根据比较结果的不同控制器7自动调整变频电动机3的设定扭矩值。当张力信号大于设定的张力基准值时，说明属于下井钻具带着电缆下钻（即电缆下放）的工况，此时控制器7自动减少发送给变频电动机3的设定扭矩值，使滚筒自动跟随钻具下放。同理，当张力信号小于设定张力值时，说明属于下井钻具带着电缆起钻（即电缆上提）的工况，此时控制器7自动增大发送给变频电动机3的设定扭矩值。使滚筒自动跟随钻具上提。当张力信号等于设定张力值时，说明属于下井钻具带着电缆静止（即电缆既不下放也不上提）的工况，此时滚筒处于停止状态，电缆既不下放也不上提，这样，使变频电动机执行和下井钻具起钻、下钻对应的电缆上提、下放动作，实现了运动方向的对应。通过上述方案，可以解决测井车进行水平井测井作业过程中电缆与下井钻具运动方向的对应问题。

另一方面，调整电缆的速度就是要调整电机提升力大小即变频电动机的扭矩大小来实现，在下井钻具带着电缆下钻（即电缆下放）的工况时，如电缆下放的速度慢于或快于下井钻具的下钻速度，则电缆张力会逐渐增大或减小，因为变频电动机一直处于上提状态，因为钻杆下放力量较大而带动滚筒被动下放，此时电缆张力一直处于紧绷状态。所以下放的速度完全取决于钻杆的下放速度；在下井钻具带着电缆起钻即电缆上提的工况时，由于电缆一直处于上提状态，使电缆的上提速度略大于或等于下井钻具的最大起钻速度，这样，会一直处于电缆上提速度大于或等于钻具的起钻速度，电缆会一直处于被拉紧（即电缆一直有张力）的状态。当电缆上提速度大于钻具起钻速度较多时，电缆张力会短时间内增大，大于设定基准张力值时，控制器7自动减小发送给变频电动机3的设定扭矩值，一直到张力信号值等于或小于设定张力值，变频电动机调整设定扭矩值使电缆静止或上提状态，如此反复调整，使电缆上提速度一直处于与钻具起钻速度相适合的状态，实现电缆上提速度与下井钻具起钻速度的对应；通过上述技术方案，可以解决电缆与下井钻具运动速度的对应问题。在图1中，还包括滚筒18，动力电缆线560VDC19和CAN通信线21。

使用上述实施例的方案，可以解决测井车进行水平井测井作业过程中电缆与下井钻具运动方向的对应问题、以及电缆与下井钻具运动速度的对应问题；使得水平井测井作业时，该自动控制装置能够根据下井钻具的动作状态自动实现对测井车变频电动机的工作状态的相应调整，达到测井车电缆运动方向和速度与下井钻具的运动方向和速度相一致的目的，而且能让绞车操作员从繁复的工作中解放出来，在轻松平和的心态下进行辅助性操作即可，从而可以减轻水平井测井作业时测井车操作员的身心劳动强度，避免因为人为操作不当造成的电缆拉断、打卷、弯曲、划伤等事故。

本实用新型的方案，由于包括变频发电机、变频电动机、以及与变频发电机与变频电动机相连接的通讯控制及显示电路部分；可以通过控制器的控制功能解决测井车进行水平井测井作业过程中电缆与下井钻具运动方向的对应问题、以及电缆与下井钻具运动速度的对应问题；使得水平井测井作业时，可以根据下井钻具的动作状态自动实现对测井车变频电动机的工作状态的相应调整，达到测井车电缆运动方向和速度与下井钻具的运动方向和速度相一致的目的，测井车电缆跟随钻杆运动无迟滞。

采用本实用新型的方案，能让绞车操作员从繁复的工作中解放出来，以减轻水平井测井作业时测井车操作员的身心劳动强度，避免因为人为操作不当造成的电缆拉断、打卷、弯曲、划伤等事故；通过控制器程序运算改变电动机变频器的相关参数，实现滚筒超低速功能，解决测试核磁等工况对滚筒的低速要求；通过控制器程序运算自动判断在遇到井况复杂的情况下，遇阻、遇卡情况，并自动处理（报警或停车），解决了在测井高速时因人员操作反应有迟后时间问题造成的事故。从而可以将现有技术中安全性差、人工操作量大的缺陷克服，以实现安全性好、自动化程度高的目的。

由此，本实用新型的方案，包括控制器、显示屏、操作手柄、扭矩阀、模式选择开关、排绳手柄。本实用新型所述电驱动测井绞车的自动控制装置，可以克服现有技术中安全性差、人工操作量大和成本高等缺陷，以实现安全性好、自动化程度高和成本低的目的。

经大量的试验验证，本实用新型的方案，与现有技术相比，至少可以达到的有益效果是：

⑴安全性好：在水平井测井作业中，启动上述各实施例的电驱动测井绞车操控的自动控制装置，便可以根据下井钻具的动作状态自动对测井车变频电动机的工作状态做出相应调整，实现测井车电缆运动方向和速度与下井钻具的运动方向和速度相一致，从而可以避免人为误操作造成的电缆拉断、打卷、弯曲、划伤等测井事故，提高水平井测井作业的安全性；

⑵人工操作量小：电驱动测井绞车的自动控制装置，可以在显示器上面设定好相关的测井段、测井速度、极限张力等参数，测井车即可自动运行进行测井。遇到井下有遇阻及遇卡情况时，测井车自动停止并报警。不在需要人员时刻密切关注井口状况及测量面板上的相关深度、速度、张力等参数频繁调整测井车的运行状态，从而大大减轻操作人员的劳动强度；

⑶成本低：由于可以自动运行完成测井，可以把绞车操作员从高度紧张的工作状态中解脱出来，以节省大量的劳动及人力，从而可以节约成本，提高工作效率；

⑷结构简单：各实施例中的电驱动测井绞车的自动控制装置，分立元件少维护方便，操作方便快捷，检测直观，井况复杂时报警停车减少了安全上的事故发生。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电驱动测井绞车的自动控制装置，其特征在于，包括与电驱动测井绞车的滚筒连接、且用于控制所述滚筒转速的动力部分，以及与所述动力部分连接、且用于对动力部分进行控制的通讯控制部分；所述动力部分，通过交直交变频调速控制滚筒的转速。

2.根据权利要求1所述的电驱动测井绞车的自动控制装置，其特征在于，所述动力部分，包括依次配合连接至所述滚筒的发动机取力器、变频发电机和变频电动机，以及分别与所述变频发电机和变频电动机连接的交流电源装置；

所述变频发电机和变频电动机之间通过直流动力电缆线连接，所述变频发电机和变频电动机还分别与通讯控制部分连接。

3.根据权利要求2所述的电驱动测井绞车的自动控制装置，其特征在于，所述交流电源装置，包括并联在直流动力电缆线上的220V交流电源装置与380V三相交流电源装置，所述220V交流电源装置与变频电动机并联。

4.根据权利要求3所述的电驱动测井绞车的自动控制装置，其特征在于，所述交流电源装置，还包括：连接在所述变频发电机与380V三相交流电源装置之间的互锁切换开关，和/或，连接在380V三相交流电源装置与外接三相交流电之间的漏电断路开关。

5.根据权利要求2-4之一所述的电驱动测井绞车的自动控制装置，其特征在于，所述通讯控制部分，包括与所述控制部分连接的通讯电路，以及与所述通讯电路连接的控制器；

电驱动测井绞车的24V电源输出端、手柄输出端、扭矩阀电位计输出端、张力信号输出端、模式选择开关输出端、紧急停止开关输出端和刹车电磁阀输入端，分别与所述控制器的相应连接端连接；所述控制器的保护端接地。

6.根据权利要求5所述的电驱动测井绞车的自动控制装置，其特征在于，所述通讯控制部分，还包括分别与所述通讯电路和控制器连接、且用于根据用户的要求可以使用外部指令通讯控制绞车的可扩展外部控制器；

电驱动测井绞车的24V电源输出端与所述可扩展外部控制器的相应连接端连接，所述可扩展外部控制器的保护端接地。

7.根据权利要求6所述的电驱动测井绞车的自动控制装置，其特征在于，所述通讯控制部分，还包括分别与所述通讯电路和可扩展外部控制器连接的显示器；

电驱动测井绞车的24V电源输出端与所述显示器的相应连接端连接，所述显示器的保护端接地。

8.根据权利要求7所述的电驱动测井绞车的自动控制装置，其特征在于，所述通讯控制部分，还包括与所述显示器连接的保险，以及与所述保险连接的电源开关。

9.根据权利要求7所述的电驱动测井绞车的自动控制装置，其特征在于，所述通讯电路包括CAN通信线；所述CAN通信线包括并行设置、且端部相连的低端线路CAN_L和高端线路CAN_H，以及对称设置、且并联在所述低端线路CAN_L和高端线路CAN_H的两个端部之间的一对碳膜电阻；

所述低端线路CAN_L和高端线路CAN_H，分别与控制部分、控制器、可扩展外部控制器和显示器的相应连接端连接。

10.根据权利要求9所述的电驱动测井绞车的自动控制装置，其特征在于，所述直流动力电缆线和/或CAN通信线，为屏蔽电缆；所述屏蔽电缆的电缆屏蔽层两端接保护地。