阅读说明：本技术 一种注入头夹持装置的控制系统及控制方法 (A kind of control system and control method of injection head clamping device ) 是由 段文益 杨高 杨志敏 张富强 袁进平 胡志强 刘寿军 袁文才 郝军 刘平国 颜家 于 2019-08-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种注入头夹持装置的控制系统及控制方法。控制系统包括：第一速度采集装置与注入头夹持装置的夹紧链条相接；第二速度采集装置与注入头的导向器相接；第一速度采集装置与第二速度采集装置分别与控制装置电连接,控制装置通过控制回路与注入头夹持装置相接,控制装置通过控制回路调节注入头夹持装置对连续管的夹紧力度。控制方法通过控制装置进行实施。本发明提供的注入头夹持装置的控制系统及控制方法,能对注入头夹持装置的液压夹持力进行实时监测及调整,并对连续管是否产生溜管进行实时监测,在检测到溜管情况的发生时能迅速将连续管夹紧固定,防止溜管情况的扩大化。(The present invention provides the control system and control method of a kind of injection head clamping device.Control system includes: that First Speed acquisition device connects with the clamping chain of injection head clamping device；Second speed acquisition device connects with the guider of injection head；First Speed acquisition device is electrically connected with control device respectively with second speed acquisition device, and control device is connected by control loop with injection head clamping device, and control device adjusts injection head clamping device to the clamping dynamics of continuous pipe by control loop.Control method is implemented by control device.The control system and control method of injection head clamping device provided by the invention, real-time monitoring and adjustment can be carried out to the hydraulic clamping force of injection head clamping device, and real-time monitoring is carried out to whether continuous pipe generates elephant trunk, continuous pipe clamp can be fastened rapidly when the occurrence of detecting elephant trunk, prevent the extension of elephant trunk situation.)

一种注入头夹持装置的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及连续管作业机技术领域，尤其是指一种注入头夹持装置的控制系统及控制方法。

背景技术

随着国内外连续管作业机的推广和应用，连续管装备与技术得到全面发展。注入头作为连续管装备中的第一核心部件，担负着夹持连续管起下运行的使命，其安全性和可靠性直接决定着连续管作业机整机的性能以及施工的成败。

随着油田纵深向(二次)开发、页岩(油)气、深井、超深井工况需求，注入头的设计吨位已经从早期40000LB发展到目前最大的200000LB，井身越来越深，三高(高温、高压、高含H₂S)井况日益复杂，注入头夹持装置的安全性就显得尤为重要。

目前，市面上的注入头夹持装置基本都是采用液压驱动、手动控制模式，具体为通过人工手动操作控制水平夹紧油缸向左右侧夹紧链条施加横向夹持力，使两夹紧链条通过其上设置的夹持块对位于两夹紧链条之间的连续管进行夹持，产生纵向的摩擦力，带动连续管沿着导向器(鹅颈)移动实现起下。

但由于夹紧链条的夹持力等于夹紧液压力乘以夹持块与连续管之间的有效接触摩擦系数，理想状态下夹紧液压力与连续管的提升力或注入力成正比，而摩擦系数也会因为油管椭圆度、油管表面状态(润滑油/脂、石蜡、压裂沙、泥土、其他化学剂等)、夹持块状况(磨损、光滑、损坏)等因素而不可预期地变化，这样就给操作人员对夹紧液压力的调节造成一定的难度，持续给高压会影响注入头夹持装置(包括夹紧链条、托架、轴承、夹持块等)和连续管的寿命，而增调不及时又容易造成溜管，且溜管判断和处置不及时造成溜管失控将会导致井口塌陷、滚筒拉坏甚至严重的人员伤亡事故。

手动调节模式下，操作人员必须随时观察载荷表的变化来调节夹紧液压力，而注入头在远离操作人员四五十米的半空中悬吊，通过注入头上的摄像头监控或(溜管时)连续管对滚筒车巨大的拖拽力造成控制室抖动来感知和判断是否溜管，这种远距离的监控和感知对操作人员的操作技能、工况识别和应急处置能力要求非常高，工况及风险识别全凭操作人员经验判断，而操作人员的认知水平参差不齐，劳累疏忽或预判不及时会增加作业的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种注入头夹持装置的控制系统及控制方法，能对注入头夹持装置的液压夹持力进行实时监测及调整，并对连续管是否产生溜管进行实时监测，在检测到溜管情况的发生时能迅速将连续管夹紧固定，防止溜管情况的扩大化。

为达到上述目的，本发明提供了一种注入头夹持装置的控制系统，其中，所述注入头夹持装置的控制系统包括第一速度采集装置、第二速度采集装置及控制装置；

所述第一速度采集装置与注入头夹持装置的夹紧链条相接，所述第一速度采集装置用于监测并记录所述夹紧链条的运行速度；

所述第二速度采集装置与所述注入头的导向器相接，所述第二速度采集装置用于监测并记录连续管沿所述导向器移动的运行速度；

所述第一速度采集装置与所述第二速度采集装置分别与所述控制装置电连接，所述控制装置通过控制回路与所述注入头夹持装置相接，所述控制装置根据所述夹紧链条的运行速度及所述连续管的运行速度通过所述控制回路调节所述注入头夹持装置对所述连续管的夹紧力度。

如上所述的注入头夹持装置的控制系统，其中，所述注入头的所述注入头夹持装置包括多组夹紧组件，各组所述夹紧组件并联设置，且各组所述夹紧组件均与所述控制回路相接。

如上所述的注入头夹持装置的控制系统，其中，各组所述夹紧组件包括第一压缸、第二压缸、第一管路及第二管路，所述第一压缸的内部形成有相互独立的第一腔室与第二腔室，所述第二压缸的内部形成有相互独立的第三腔室与第四腔室，所述第一管路的第一端通过三通分别与所述第一腔室、第四腔室连通，所述第二管路的第一端通过三通分别与所述第二腔室、所述第三腔室连通，所述第一管路的第二端、所述第二管路的第二端分别与所述控制回路连通，通过所述第一管路向所述第一腔室、所述第四腔室加压的状态下，所述注入头夹持装置对所述连续管的夹紧力度增大，通过所述第二管路向所述第二腔室、所述第三腔室加压的状态下，所述注入头夹持装置对所述连续管的夹紧力度减小。

如上所述的注入头夹持装置的控制系统，其中，沿着由所述第一管路的第一端至所述第一管路的第二端的方向，所述第一管路上顺次设有夹紧蓄能器、夹紧压力变送器及夹紧保压阀。

如上所述的注入头夹持装置的控制系统，其中，所述控制回路包括主控制回路、紧急夹紧控制回路及应急夹紧控制回路，所述主控制回路与所述紧急夹紧控制回路均与动力系统相接，所述应急夹紧控制回路与增压泵相接。

如上所述的注入头夹持装置的控制系统，其中，所述主控制回路包括第一主管路与第二主管路，所述第一主管路的一端分别与各组所述夹紧组件的所述第一管路的第二端连通，朝着靠近各所述夹紧组件的方向，所述第一主管路上顺次设有减压阀、夹紧供油压力变送器及夹紧切换阀，所述第二主管路的一端分别与各所述夹紧组件的所述第二管路的第二端连通，且所述第二主管路上设有主分支管路分别与所述减压阀及所述夹紧切换阀连通，所述第一主管路的另一端与所述第二主管路的另一端分别与所述动力系统相接。

如上所述的注入头夹持装置的控制系统，其中，所述紧急夹紧控制回路包括第三主管路、所述第三主管路的一端通过多根并联设置的紧急分支管路分别与多组所述夹紧组件的所述第一管路连通，且各所述紧急分支管路与对应的各所述第一管路的连通位置位于各所述第一管路上的所述夹紧压力变送器与所述夹紧保压阀之间，朝着靠近各所述夹紧组件的方向，所述第三主管路上顺次设有紧急主单向阀、紧急蓄能器及电磁阀，所述第三主管路的另一端与所述动力系统相接。

如上所述的注入头夹持装置的控制系统，其中，各所述紧急分支管路上均设有紧急分支单向阀。

如上所述的注入头夹持装置的控制系统，其中，所述应急夹紧控制回路包括第四主管路，所述第四主管路的一端分别与各所述夹紧组件的所述第一管路的第二端连通，朝着靠近各所述夹紧组件的方向，所述第四主管路上顺次设有应急夹紧供应阀及应急单向阀，所述第四主管路的另一端与所述增压泵相接。

如上所述的注入头夹持装置的控制系统，其中，所述第一速度采集装置包括第一联轴器及第一编码器，所述第一编码器通过所述第一联轴器同轴地安装于所述注入头夹持装置的夹紧链条的从动链轮上，所述第一编码器与所述控制装置电连接。

如上所述的注入头夹持装置的控制系统，其中，所述第二速度采集装置包括摩擦轮、弹性压紧机构、第二联轴器及第二编码器，所述第二编码器通过所述第二联轴器与所述摩擦轮同轴相接，所述弹性压紧机构将所述摩擦轮的轮面压紧于所述连续管的外表面上，所述连续管运动过程中带动所述摩擦轮转动，所述第二编码器与所述控制装置电连接。

为达到上述目的，本发明还提供了一种注入头夹持装置的控制方法，其中，所述注入头夹持装置的控制方法通过如上所述的注入头夹持装置的控制系统进行实施，所述注入头夹持装置的控制方法包括：

监测注入头夹持装置的夹紧链条的运行速度；

监测连续管在注入头的导向器上的运行速度；

对比所述夹紧链条的运行速度与所述连续管的运行速度，当所述夹紧链条的运行速度与所述连续管的运行速度之间的差值大于预定差值时，增大所述夹紧链条对所述连续管的夹紧力。

如上所述的注入头夹持装置的控制方法，其中，所述监测注入头夹持装置的夹紧链条的运行速度，包括：

通过与所述注入头夹持装置的所述夹紧链条的从动链轮同轴相接的第一编码器，将所述从动链轮的角速度转换为所述夹紧链条的线速度。

如上所述的注入头夹持装置的控制方法，其中，所述监测连续管在注入头的导向器上的运行速度，包括：

通过与所述连续管摩擦相接的摩擦轮上同轴安装的第二编码器，将所述摩擦轮的转动速度转换为所述连续管的线速度。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明提供的注入头夹持装置的控制系统及控制方法，能对注入头夹持装置的液压夹持力进行实时监测及调整，并对连续管是否产生溜管进行实时监测，在检测到溜管情况的发生时能迅速将连续管夹紧固定，防止溜管情况的扩大化。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明进行示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明部分部件安装于注入头上的状态下的结构示意图；

图2是本发明提供的注入头夹持装置的控制系统的控制回路原理图；

图3是图1中A处结构放大示意图；

图4是图3中沿B-B线的剖面结构示意图；

图5是图1中C处结构放大示意图；

图6是本发明提供的注入头夹持装置的控制方法的流程图；

图7是本发明提供的注入头夹持装置的控制方法的另一流程图。

附图标号说明：

1、注入头夹持装置；

11、夹紧链条；

12、夹紧组件；

121、第一压缸；

1211、第一腔室；

1212、第二腔室；

122、第二压缸；

1221、第三腔室；

1222、第四腔室；

123、第一管路；

124、第二管路；

125、夹紧蓄能器；

126、夹紧压力变送器；

127、夹紧保压阀；

2、导向器；

21、连续管；

3、机架；

4、第一速度采集装置；

41、第一联轴器；

42、第一编码器；

5、第二速度采集装置；

51、摩擦轮；

52、弹性压紧机构；

53、第二联轴器；

54、第二编码器；

6、控制回路；

61、主控制回路；

611、第一主管路；

612、第二主管路；

6121、主分支管路；

613、减压阀；

614、夹紧供油压力变送器；

615、夹紧切换阀；

62、紧急夹紧控制回路；

621、第三主管路；

622、紧急分支管路；

623、紧急主单向阀；

624、紧急蓄能器；

625、电磁阀；

626、紧急分支单向阀；

63、应急夹紧控制回路；

631、第四主管路；

632、应急夹紧供应阀；

633、应急单向阀；

7、警示灯。

具体实施方式

为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，注入头包括机架3、设于机架3内部的注入头夹持装置1及设于机架3上方的导向器2(也称作鹅颈)，本发明提供的注入头夹持装置控制系统及控制方法用于对注入头夹持装置1进行实时监测及控制，通过实时监测判断连续管21的运行情况，在连续管21出现溜管现象时能快速对注入头夹持装置1进行调整，增大注入头夹持装置1的夹紧链条11对连续管21的夹持力，将连续管21夹紧固定，从而防止溜管现象的扩大化。

实施例一

如图1～图5所示，本发明提供了一种注入头夹持装置的控制系统，也称作一种注入头溜管自动应急处置装置，其中，注入头夹持装置的控制系统包括第一速度采集装置4、第二速度采集装置5及控制装置(图中未示出)；

第一速度采集装置4与注入头夹持装置1的夹紧链条11相接，第一速度采集装置4用于监测并记录夹紧链条11的运行速度及方向；

第二速度采集装置5与注入头的导向器2相接，第二速度采集装置5用于监测并记录连续管21沿导向器2移动的运行速度及方向；

第一速度采集装置4与第二速度采集装置5分别与控制装置电连接，将夹紧链条11的运行速度及连续管21的运行速度反馈至控制装置，控制装置通过控制回路6与注入头夹持装置1相接，控制装置根据夹紧链条11的运行速度及连续管21的运行速度判断是否出现溜管现象，在无溜管现象产生时，保持注入头夹持装置1对连续管21的夹紧力度不变，在出现溜管现象时，通过控制回路6调节注入头夹持装置1对连续管21的夹紧力度，使注入头夹持装置1对连续管21夹紧固定，从而使溜管现象停止。

进一步地，如图2所示，本发明提供的注入头夹持装置的控制系统，其中，注入头夹持装置1包括多组夹紧组件12，各组夹紧组件12沿竖直方向并联设置，且各组夹紧组件12均与控制回路6相接，控制回路6可以同时对多组夹紧组件12进行控制或者也可以单独对其中一组夹紧组件12进行控制，作为优选，可以如图2中所示，将夹紧组件12设为上中下三组，即能保证注入头夹持装置1对连续管21的夹持效果，但需要说明的是，夹紧组件12的数量也可以不为三组，本领域技术人员可以根据注入头的结构，所安装的位置空间等因素对夹紧组件12的数量进行调整，本发明并不以此为限。

更进一步地，如图2所示，本发明提供的注入头夹持装置的控制系统，其中，各组夹紧组件12包括第一压缸121、第二压缸122、第一管路123及第二管路124，第一压缸121内的活塞与第二压缸122内的活塞能相互靠近并使注入头夹持装置1对连续管21的夹紧力度增大从而夹紧固定连续管21，且第一压缸121内的活塞与第二压缸122内的活塞能相互远离并使注入头夹持装置1对连续管21的夹紧力度减小从而放松对连续管21的夹持；

第一压缸121的内部通过活塞分隔形成有相互独立的第一腔室1211与第二腔室1212，第二压缸122的内部通过活塞分隔形成有相互独立的第三腔室1221与第四腔室1222，第一管路123的第一端通过三通分别与第一腔室1211、第四腔室1222连通，第二管路124的第一端通过三通分别与第二腔室1212、第三腔室1221连通，第一管路123的第二端、第二管路124的第二端分别与控制回路6连通，通过第一管路123向第一腔室1211、第四腔室1222加压的状态下，第二腔室1212与第三腔室1221通过第二管路124泄压，第一压缸121内的活塞与第二压缸122内的活塞相互靠近，注入头夹持装置1对连续管21的夹紧力度增大，通过第二管路124向第二腔室1212、第三腔室1221加压的状态下，第一腔室1211与第四腔室1222通过第一管路123泄压，第一压缸121内的活塞与第二压缸122内的活塞相互远离，注入头夹持装置1对连续管21的夹紧力度减小。作为优选，如图2所示，沿着由第一管路123的第一端至第一管路123的第二端的方向，第一管路123上顺次设有夹紧蓄能器125、夹紧压力变送器126及夹紧保压阀127，夹紧蓄能器125用于在平抑第一管路123内的压力波动的同时进行保压，夹紧保压阀127用于保持第一压缸121的第一腔室1211内、第二压缸122的第四腔室1222内以及位于夹紧保压阀127与夹紧组件12之间的第一管路123中的压力。

进一步地，如图2所示，本发明提供的注入头夹持装置的控制系统，其中，控制回路6包括主控制回路61、紧急夹紧控制回路62及应急夹紧控制回路63，主控制回路61与紧急夹紧控制回路62均与动力系统(图中未示出)相接，应急夹紧控制回路63与增压泵相接；主控制回路61用于在日常生产过程中为注入头夹持装置1提供正常的压力供应，保持注入头夹持装置1夹持带动连续管21正常运行，紧急夹紧控制回路62用于在控制装置预判溜管现象发生时对注入头夹持装置1进行紧急制动，使注入头夹持装置1夹紧固定连续管21，应急夹紧控制回路63用于在动力系统故障无法正常供压的情况下通过增压泵为注入头夹紧装置提供备用动力，将连续管21夹紧固定或保证连续管21的正常运行。

更进一步地，如图2所示，本发明提供的注入头夹持装置的控制系统，其中，主控制回路61包括第一主管路611与第二主管路612，第一主管路611的一端分别与各组夹紧组件12的第一管路123的第二端连通，朝着靠近各夹紧组件12的方向，第一主管路611上顺次设有减压阀613、夹紧供油压力变送器614及夹紧切换阀615，通过第一主管路611实现各夹紧组件12的第一压缸121的第一腔室1211与第二压缸122的第四腔室1222的加压及泄压，具体为作业过程中正常情况下通过减压阀613调节夹紧供油压力，然后通过夹紧切换阀615进行给压或卸压操作，接着通过各夹紧组件12的夹紧保压阀127进行开关操作，完成各夹紧组件12的夹持液压力(即夹紧力度)的调节，第二主管路612的一端分别与各夹紧组件12的第二管路124的第二端连通，通过第二主管路612实现各夹紧组件12的第一压缸121的第二腔室1212与第二压缸122的第三腔室1221的加压及泄压，其具体过程与上述第一压缸121的第一腔室1211与第二压缸122的第四腔室1222的加压及泄压过程类似，在此不再赘述，且第二主管路612上设有主分支管路6121分别与减压阀613及夹紧切换阀615连通，第一主管路611的另一端与第二主管路612的另一端分别与动力系统相接，动力系统向第一主管路611与第二主管路612提供压力。

更进一步地，如图2所示，本发明提供的注入头夹持装置的控制系统，其中，紧急夹紧控制回路62包括第三主管路621、第三主管路621的一端通过多根并联设置的紧急分支管路622分别与多组夹紧组件12的第一管路123连通，各紧急分支管路622与各夹紧组件12一一对应设置，且各紧急分支管路622与对应的各第一管路123的连通位置位于各第一管路123上的夹紧压力变送器126与夹紧保压阀127之间，朝着靠近各夹紧组件12的方向，第三主管路621上顺次设有紧急主单向阀623、紧急蓄能器624及电磁阀625，各紧急分支管路622上均设有紧急分支单向阀626，紧急主单向阀623及各紧急分支单向阀626均为仅能供流体向各夹紧组件12单向流动的单向阀，紧急蓄能器624积蓄的液压能随时待命，当控制装置预判溜管发生时便会立即向电磁阀625发出信号，电磁阀625得电而导通，由紧急蓄能器624通过各紧急分支单向阀626快速提高各夹紧组件12的液压力(即提高各夹紧组件12的夹紧力度)，待操作人员通过主控制回路61调节合适的夹紧力度，使夹紧链条11的运行速度与连续管21运行速度同步运行一定的时间后，紧急夹紧控制回路62的各个部件复位，紧急夹紧状态自动解除，第三主管路621的另一端与动力系统相接，动力系统向第三主管路621提供压力。

更进一步地，如图2所示，本发明提供的注入头夹持装置的控制系统，其中，应急夹紧控制回路63包括第四主管路631，第四主管路631的一端分别与各夹紧组件12的第一管路123的第二端连通，朝着靠近各夹紧组件12的方向，第四主管路631上顺次设有应急夹紧供应阀632及应急单向阀633，第四主管路631的另一端与增压泵(图中未示出)相接，增压泵可以为气动增压泵，当动力系统出现故障无法正常供压时，可通过应急夹紧控制回路63的应急夹紧供应阀632切换至开位，将气动增压泵的压力通过应急单向阀633进行单向备用液压动力供应至各夹紧组件12，以将连续管21夹紧固定或保持连续管21持续运行。

作为优选，如图1及图5所示，本发明提供的注入头夹持装置的控制系统，其中，第一速度采集装置4包括第一联轴器41及第一编码器42，第一编码器42通过一联轴器同轴地安装于注入头夹持装置1的夹紧链条11的从动链轮上，第一编码器42将从动链轮的角速度(及方向)转换为夹紧链条11的线速度(及方向)，第一编码器42与控制装置电连接。

作为优选，如图1、图3及图4所示，本发明提供的注入头夹持装置的控制系统，其中，第二速度采集装置5包括摩擦轮51、弹性压紧机构52、第二联轴器53及第二编码器54，第二编码器54通过第二联轴器53与摩擦轮51同轴相接，弹性压紧机构52将摩擦轮51的轮面压紧于连续管21的外表面上，以保证摩擦轮51的轮面与连续管21的表面可靠接触，连续管21运动过程中带动摩擦轮51转动，第二编码器54将摩擦轮51的转动速度(及转动方向)转换为连续管21的线速度(及方向)，第二编码器54与控制装置电连接。

需要说明的是，夹紧链条11的运行速度及连续管21的运行速度除了上述的通过编码器以接触式的方式进行检测方式外，也可采用非接触式(射线、激光)的方式进行方向和速度的实时检测，本发明并不以此为限。

作为优选，控制装置可以是PLC控制装置或专用控制装置，采集的信号可以为数字信号或模拟信号，安装部位可以位于注入头上，也可以在连续管21作业机的其他部位；另外，还可以设置警示灯7与控制装置电连接，在控制装置判定溜管现象发生时，警示灯7亮，以便于工作人员及时发现并处理。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明提供的注入头夹持装置的控制系统，能对注入头夹持装置的液压夹持力进行实时监测及调整，并对连续管是否产生溜管进行实时监测，在检测到溜管情况的发生时能迅速将连续管夹紧固定，防止溜管情况的扩大化。

实施例二

如图6所示，本发明还提供了一种注入头夹持装置的控制方法，也称作一种注入头溜管自动应急处置方法，其中，注入头夹持装置的控制方法通过实施例一提供的注入头夹持装置的控制系统进行实施，注入头夹持装置的控制方法包括：

监测注入头夹持装置1的夹紧链条11的运行速度；

监测连续管21在注入头的导向器2上的运行速度；

对比夹紧链条11的运行速度与连续管21的运行速度，当夹紧链条11的运行速度与连续管21的运行速度之间的差值大于预定差值时(具体为，当夹紧链条11的运行方向或速度与连续管21的运行方向或速度不一致时)，判定为溜管现象发生，增大夹紧链条11对连续管21的夹紧力，将连续管21夹紧固定。

进一步地，如图7所示，本发明提供的注入头夹持装置的控制方法，其中，监测注入头夹持装置1的夹紧链条11的运行速度，包括：

通过与注入头夹持装置1的夹紧链条11的从动链轮同轴相接的第一编码器42，将从动链轮的角速度转换为夹紧链条11的线速度；

且监测连续管21在注入头的导向器2上的运行速度，包括：

通过与连续管21摩擦相接的摩擦轮51上同轴安装的第二编码器54，将摩擦轮51的转动速度转换为连续管21的线速度。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明提供的注入头夹持装置的控制方法，能对注入头夹持装置的液压夹持力进行实时监测及调整，并对连续管是否产生溜管进行实时监测，在检测到溜管情况的发生时能迅速将连续管夹紧固定，防止溜管情况的扩大化。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。