[发明专利]一种用于精细控压钻井的电动节流压力控制系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种用于精细控压钻井的电动节流压力控制系统，适用于机械领域。

背景技术

在复杂地层中钻井，由于破裂压力(漏失压力)与地层孔隙压力(坍塌压力)之间的压力窗口狭窄，使用常规的钻井方法会出现溢流或井漏等复杂情况。常规的近平衡压力钻井方式已不再适合于狭窄压力窗口地层的钻井，精细控制压力钻井技术(Preciese Managed Pressure Drilling Technology )是针对狭窄压力窗口情况而发展起来的一项钻井工艺技术。

节流压力控制系统是精细控压钻井的关键技术之一，通过控制节流阀的开度来控制井口压力，最终达到快速控制井底压力在安全范围内波动的目的。目前常用的节流控制方式有“PID+比例伺服阀”和“PLC+PID+高速开关阀”2种，这2种方式均采用液压控制方案，液压控制存在3方面不足。

1）液压管路复杂，液压元件和管路之间易发生渗漏。

2）液压控制不适用于对信号进行放大、记忆及逻辑判断等复杂运算的场合。

3）液压系统受液压油自身弹性和外界温度的影响，难以实现节流阀小位移((0~50mm)的精确控制。

发明内容

本发明提出了一种用于精细控压钻井的电动节流压力控制系统，分为传感器模块、PLC控制模块、电动执行器控制模块以及显示和参数输入模块。

本发明所采用的技术方案是。

所述控制系统分为传感器模块、PLC控制模块、电动执行器控制模块以及显示和参数输入模块。

所述PLC控制模块由PLC控制电路、扩展模块(EMS231)以及根据要求附加的定时器等组成。所采集的各路传感器电流信号通过PLC扩展模块(EM231 ）进行A/D转化后进入PLC。并将采集的电压信号直接送入PLC进行内部处理。PLC内置各种处理器对输入的数据进行处理以后传到电动执行器控制模块。

所述电动执行器控制模块包括内置控制器、执行器以及手动控制装置。电动执行器接收PLC传来的控制信号，经过控制器的处理，转换成位移信号由执行器传递到节流阀阀芯。

本发明的有益效果是：该种控制系统具有结构简单、可靠性高、维护的方便性等工作性能，同时也提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明的电动节流压力控制系统框图。

图2是本发明的电动节流压力控制系统的控制原理图。

图3是本发明的电动控制系统中PLC控制示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，控制系统分为传感器模块、PLC控制模块、电动执行器控制模块以及显示和参数输入模块。

关键参数的实时采集是节流压力控制系统的关键问题之一，根据精细控压钻井工艺的需要，与系统密切相关的工艺参数有立套管压力、分离器出口压力、分离器出口气液体流量、节流阀开度、泵冲等。

相关参数的测量方法。

1）采用压力传感器将立管压力、套管压力、分离器压力的模拟信号变送为4~20mA的电流信号。

2）采用气体流量传感器、液体流量传感器将分离器出口的气体及液体流量信号变送为4~20mA的电流信号。

3）采用泵冲传感器测量钻井泵冲次，从而得到钻井泵的泵速值，并将信号变送为24V电压信号。

4）采用温度传感器将分离器出口的钻井液温度信号变送为4~20mA电流信号。

PLC控制模块由PLC控制电路、扩展模块(EMS231)以及根据要求附加的定时器等组成。所采集的各路传感器电流信号通过PLC扩展模块(EM231 ）进行A/D转化后进入PLC。并将采集的电压信号直接送入PLC进行内部处理。PLC内置各种处理器对输入的数据进行处理以后传到电动执行器控制模块。

电动执行器控制模块包括内置控制器、执行器以及手动控制装置。电动执行器接收PLC传来的控制信号，经过控制器的处理，转换成位移信号由执行器传递到节流阀阀芯。

PLC利用RS-232与工控机进行通讯，并通过组态软件将各路采集参数在控制系统电脑屏幕上显示。根据控压钻井现场施工对压力的控制要求，操作人员可以将预设控制参数通过工控机写入PLC。