[发明专利]油气钻井节流压力微机自动控制系统

说明书

(一)技术领域

本发明属于油气勘探开发自动控制领域，特别涉及到油气钻井节流压力微机自动控制系统。

(二)背景技术

在油气勘探开发工程中，为了更好地保护油气层，有效地减少钻井液对油气层造成损害，同时为减小或克服压差对钻速的影响，以大幅度提高机械钻速，提高油井钻探的成功黾有效减低油气开发的综合成本，就要求对液动节流压力进行很好的控制，采用欠平衡钻井技术以及液动节流管汇的控制装置，进行远程控制并维持稳定的井底压力，以实现钻井液对油气层的损害减到最小程度。

然而，目前使用的压井管汇的控制方式是由人观察立管、套管压力表，按需要手动调节节流阀，采用这类方式存在的问题是控制精度低，操作不方便，反应迟钝，人为影响较大等，所采用的气动元件，易受气候及工作环境影响，这种方式不适于对井底压力的连续、精确控制，也不能满足欠平衡钻井对立管压力、套管压力、节流阀泻流量实施精确控制等要求。随着技术的进步，尤其是计算机技术的飞速发展，油气钻井节流压力的控制引入微机，使上述控制水平步入了新的高度，达到了精确控制的目标。

(三)  发明内容

要解决的技术问题是，在油气钻井的压力控制系统中由人工观察控制的方式无法提高控制精度、灵敏度、不适于连续操作等缺陷，而重新设计一种通过微机对压井节流管汇中节流阀，实现自动控制，以满足控制精度、灵敏度的要求，为达到这一目的，所采用的技术方案是，一种油气钻井节流压力微机自动控制系统，包括利用压力传感器测量立管与套管压力、用位移传感器测量液动节流阀开度、泵冲传感器测量泵冲、气体流量计测量分离后的气体流量，其特征在于，将所述各路采集的信号进行滤波放大及转换后进入计算机进行记录、存储，计算出立管压力、套管压力，进行数据显示，并按照立压及套压的控制要求向液压伺服系统发出动作指令，依照压力控制流程步骤进行操作，控制伺服阀动作，系统输出口对压井节流管汇中的液动节流阀开度及动作速度进行调节控制，以实现对立管压力、套管压力的精确控制。

本系统操作中，利用压力反馈信号对立管压力、套管压力进行调节，实现对控制参数精确、稳定的闭环控制，其结果必将大大提高井控、欠平衡钻井技术的科学性。在油压控制部分，用电动液压泵代替原有的气动液压泵，同时在系统中也配备了手动液压泵，是为了满足在特殊工况情况下也能顺利进行控制的要求，使该系统能具有用微机控制与传统手动控制并存的控制方式。

本系统中，设置在控制板的控制端口上，通过馈线连接到声光报警装置，其作用是当控制出现异常时，即会发出声、光报警。

本技术方案的积极效果是，克服了依靠人力观察立管、套管压力表及单纯手动调节节流压力中控制精确度差、操作不便、反应迟钝等缺陷，本系统实现了欠平衡钻井的节流压力微机自动控制，并达到了很精确的控制功能，立压控制时，控制误差不大于±0.5μPa。

(四)附图说明

图1为油气钻井节流压力微机自动控制系统主机柜外形图

图2为该控制系统中各部件连接关系原理图

图3为微机信号采集流程框图

图4为压力控制流程图

图5为伺服控制组件原理框图

图7a为气囊式储能器结构示意图

图7b为气囊式储能器符号表示图

图8a为液动节流阀结构示意图

图8b为液动节流阀符号表示图

(五)具体实施方式

参照图1，表示本发明所述的油气钻井节流压力微机自动控制装置的主机柜外形图，1为机柜外壳，其正面面板上设有计算机显示器2及键盘盒3，面板侧边有声光报警孔5以及电源开关及指示灯部分6，机柜台面一侧设有节流阀旋钮4，它与柜内部的节流阀门12相连，另一侧设有三位四通阀9；参照图2，表示本发明所述控制系统中各部件连接关系原理图，图中10为伺服比例阀，它与伺服控制组件11相连，在油压控制的油路中，节流阀12分别连接着电动泵15及手动泵16，油箱17中的油液通过该两个油泵与各阀门相通，本实施例中，油路通过气囊储能器13及[限压阀、卸压阀]14连接油路，由机柜的传感器输入端口分别连接着六个放置在不同地方的传感器，它们是采集钻井立管压力传感器18，采集钻井套管压力传感器19，采集钻井泵冲的两个传感器20及21，采集出口气体流量的传感器22以及采集液动节流阀开度的传感器23，这些传感器分别采集数据，送到机柜内的组合控制板7中的滤波放大电路部分，再通过控制板中的、转换送到计算机主机8内进行数字计算、比较并显示，组合控制板7中的控制部分连接有声光报警装置，当系统出现异常现象时即时报警。机柜的右下侧开有输出端口，接向被控制的针型的液动节流阀体24，实现自动控制。