一种连续油管自动控制系统

文档序号:1857852 发布日期:2021-11-19 浏览:23次 >En<

阅读说明:本技术 一种连续油管自动控制系统 (Automatic control system for coiled tubing ) 是由 汪承材 冉翔 李力 张华华 于 2021-08-27 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种连续油管自动控制系统,CCB/PDB自动控制系统电连接于速度控制系统、注入头启动控制系统、自动排管系统、报警配置系统、注入头停止控制系统和低速钻磨控制系统,计算机客户端和远程客户端均通过连续油管控制系统控制台电连接于CCB/PDB自动控制系统。本发明有益效果:本发明可实时调整和监控数据,应对在不同工况下钻头钻进的速度及钻压;操纵杆实现注入头夹紧手动控制;可设置上限和下限参数,可以实现参数报警、机器自动停止;将复杂的操作台精简成两个电压屏幕及一个操纵杆;注入头启动控制系统设置有两种钻头注入模式:以实现电控和计算机自动控制,采用电控式排管,通过可配置的设定,自动追踪滚筒上的油管,确保在各角落紧密缠绕。(The invention discloses a coiled tubing automatic control system, wherein a CCB/PDB automatic control system is electrically connected with a speed control system, an injection head starting control system, an automatic pipe arranging system, an alarm configuration system, an injection head stopping control system and a low-speed drilling and grinding control system, and a computer client and a remote client are electrically connected with the CCB/PDB automatic control system through a coiled tubing control system console. The invention has the beneficial effects that: the invention can adjust and monitor data in real time, and can deal with the drilling speed and the drilling pressure of the drill bit under different working conditions; the operating lever realizes the manual control of the injection head clamping; the upper limit and the lower limit parameters can be set, so that parameter alarm and automatic machine stop can be realized; the complex operation table is simplified into two voltage screens and one control lever; the injection head start control system is provided with two drill bit injection modes: the electric control type pipe bank is adopted, and the oil pipes on the roller are automatically tracked through configurable setting, so that the tight winding at each corner is ensured.)

一种连续油管自动控制系统

技术领域

本发明涉及连续油管

技术领域

,尤其是一种连续油管自动控制系统。

背景技术

连续油管钻井技术应用于石油钻采、常规气体储藏、煤层钻采及勘测等各种领域,常规的连续油管技术进行油气田开采时,钻头的速度和钻压受岩石密度、地质材料各异、开采油田的摩擦力等各种因素影响,无法高效的随地质情况不同随时调整连续油管的开采参数,需要大量的人工干预调整后才能继续工作,这一进度将大大影响油气田的开采进度。现阶段,国内外为了研究连续油管开采技术申请了一系列相关专利。

1、中国专利公开了一种用于连续油管钻井或钻孔的底部钻具组合结构(申请号:CN102654035.A),包括由上至下依次连接的连续油管、连续油管接头、上部快速连接接头、下部快速连接接头、执行机构、动力钻具和钻头,所述连续油管接头、所述上部快速连接接头、所述下部快速连接接头、所述执行机构、所述动力钻具及所述钻头之间依次通过螺纹连接,所述连续油管与所述连续油管接头之间通过无头螺钉连接或卡接。本发明避免使用钻铤和钻杆,减少了起下钻过程中卸装和连接单根或立柱或钻铤的时间,钻井或钻孔作业速度快、效率高。具有结构简单、工作可靠、适用范围广的优点。

2、中国专利公开了一种钻鱼刺状多级分支水平井页岩气储层钻完井和增产系统(申请号:CN201410665275.7),它包括连续油管配合钻井机器人钻鱼刺状多分支水平井系统、连续油管配合钻井机器人分支井小井眼完井系统和鱼刺状多分支水平井爆破改造系统,连续油管配合钻井机器人钻鱼刺状多分支水平井系统用以钻取页岩气藏鱼刺状多级分支水平井,为完井和爆破压裂改造增产提供基础,连续油管配合钻井机器人分支井小井眼完井系统用以对完钻的鱼刺状多级分支水平井进行完井施工作业。本发明的有益效果是:实现了页岩气低成本、高效、安全、绿色的开采,避免了长水平井分段大规模压裂耗水耗砂多,水体污染风险高,施工时间长,深层页岩压不开等弊端。

3、中国专利公开了(申请号:CN109519163A)一种控制连续油管钻井钻进速度和钻压的系统及方法。其特征主要在于:该系统由连续油管智能钻机、井口装置、连续油管、钻井机器人、钻柱振动测量装置、MWD、动力钻具和钻头组成,通过钻柱振动测量装置检测钻柱振动情况,再通过钻井机器人实时调节钻井过程中钻柱的钻进速度和钻压,与现有技术相比具有以下优点:解决了连续油管钻井作业时钻柱的振动问题,使得钻井系统能够自适应井底工况,形成井下闭环钻井系统,智能连续钻进。

上述介绍了几种现有技术利用基于钻井机器人的底部钻具组合牵引连续油管钻井的系统的方法。但是这些方法只是基于理想的假象阶段,给出了理论的硬件设计方法,没有解决在实际钻采过程中钻头钻进速度和钻压的参数调整等实际问题,未能实现连续油管工作的自动化控制。

相比于国内的研究,外国也公开了一些专利US006003606A、US007273109B1等提出并介绍了钻井机器人及基于钻井机器人的钻井系统,但是该钻井机器人系统需要大量的人工干预控制,工作效率低下,不能实时根据工况调节钻进速度和钻压,这种半自动化方式不能实现钻头的全自动智能钻进。

在钻头开采的过程,钻头会受到来自井壁的摩擦力,这种摩擦力会因开采的深度和开采的角度不同而产生不同的压力,而且连续油管是挠性管,不能从入井处加压;为了解决这个问题,国内外采用钻头添加润滑剂和利用机器人牵引钻头的方式减小井壁对钻头的压力;但是在实际的工作中,如果出现突发情况,如果不能立刻对钻头采取措施,将会严重损坏钻头,缩短寿命,严重时会停止工程工作,影响工程进度。

因此,针对上述问题有必要提出一种连续油管自动控制系统。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足,本发明的目的在于提供了是一种连续油管自动控制系统,以解决上述问题。

一种连续油管自动控制系统,包括连续油管控制系统控制台、CCB/PDB自动控制系统、速度控制系统、注入头启动控制系统、自动排管系统、报警配置系统、注入头停止控制系统、低速钻磨控制系统、计算机客户端和远程客户端,所述CCB/PDB自动控制系统电连接于速度控制系统、注入头启动控制系统、自动排管系统、报警配置系统、注入头停止控制系统和低速钻磨控制系统,所述计算机客户端和远程客户端均通过连续油管控制系统控制台电连接于CCB/PDB自动控制系统。

优选地,所述CCB/PDB自动控制系统包括CCB计算模块和PDB电控模块,所述连续油管控制系统控制台通过CCB计算模块连接PDB电控模块,所述PDB电控模块外接设备端。

优选地,所述速度控制系统设置有操纵杆,所述操纵杆的工作步骤为:S31、选择模式并设定参数;

S32、判断当前速度是否为预设速度阈值;

S33、若是,则保持当前速度;

S34、若否,则颜色突出显示并发出指令来调节连续油管速度调节阀。

优选地,其中注入头启动控制系统的控制步骤为:

S41、选定注入头模式并设置参数;

S42、判断当前速度是否预设速度阈值;

S43、若是,则保持当前速度;

S44、若否,则立即停止。

优选地,所述自动排管系统包括滚筒体、安装支座、排管器、驱动电机、排管电机、调节架和调节电机,所述驱动马达固定在安装支座上,所述滚筒体通过芯轴与驱动马达的输出端相连,所述调节架通过连接臂连接在安装支座,所述调节架安装有丝杆,所述排管器通过移动块安装在丝杆上,所述调节电机的输出端固定于所述丝杆,所述排管器上设置有驱动轮,所述排管电机的输出端连接驱动轮。

优选地,所述报警配置系统的报警配置步骤:

S61、设置监控参数阈值和执行指令;

S62、判断当前数值是否为预设阈值;

S63、若是,则保持工作;

S64、若否则,报警并执行预设指令。

优选地,所述低速钻磨控制系统包括喷油泵、流量控制模块、换向阀和喷油器电机,所述喷油泵通过换向阀连接喷油器电机,所述换向阀上设置有流量控制模块。

优选地,所述计算机客户端包括PLC设备、物联网网关、物联网云平台、后端处理和前端网页,所述PLC设备通过物联网网关连接物联网云平台,所述物联网云平台通过后端处理连接前端网页。

与现有技术相比,本发明有益效果:

1、本发明可实时调整和监控数据,应对在不同工况下钻头钻进的速度及钻压,如果出现突发情况,能立刻对钻头采取措施不会损坏钻头,不会影响工程进度;

2、本发明操纵杆实现注入头夹紧、链条张紧、防喷盒压力、滚筒牵引力等部件的手动控制;

3、本发明可设置上限和下限参数,可以实现参数报警、机器自动停止;

4、本发明操作台精简,将复杂的操作台精简成两个电压屏幕及一个操纵杆;

5、本发明操纵杆设置有三种工况模式:满速(多用于注入头出井)、中速(多用于注入头入井),慢速(多用于高摩阻工况);

6、本发明注入头启动控制系统设置有两种钻头注入模式:自动速度(恒速度)、摩擦模式(恒功率);

7、本发明CCB/PDB自动控制系统(控制柜)设置有CCB计算模块和PDB电控模块,以实现电控和计算机自动控制;

8、本发明自动排管系统实现自动排管控制,采用电控式排管,通过可配置的设定,自动追踪滚筒上的油管,确保在各角落紧密缠绕,手动干预的频率减少约70%;

9、本发明注入头停止控制系统设置有软停止注入头和紧急停止注入头两种注入方式;

10、低速钻磨控制系统三种控制模式:恒压差模式、恒钻压(常用)模式、恒速度模式,采用上述模式可以提高油管寿命。

附图说明

图1是本发明的的连续油管自动控制系统原理图;

图2是本发明的CCB/PDB自动控制系统框图;

图3是本发明的速度控制系统控制流程图;

图4是本发明的注入头启动控制系统控制流程图;

图5是本发明的自动排管系统结构图

图6是本发明的调节架与排管器连接结构图;

图7是本发明的报警配置系统控制流程图;

图8是本发明的低速钻磨控制系统流程图;

图9是本发明的计算机客户端工作流程图。

具体实施方式

需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1并结合图2至图9所示,一种连续油管自动控制系统,包括连续油管控制系统控制台1、CCB/PDB自动控制系统2、速度控制系统3、注入头启动控制系统4、自动排管系统5、报警配置系统6、注入头停止控制系统7、低速钻磨控制系统8、计算机客户端9和远程客户端10,所述CCB/PDB自动控制系统2电连接于速度控制系统3、注入头启动控制系统4、自动排管系统5、报警配置系统6、注入头停止控制系统7和低速钻磨控制系统8,所述计算机客户端9和远程客户端10均通过连续油管控制系统控制台1电连接于CCB/PDB自动控制系统2。

连续油管控制系统控制台1通过网络服务器与计算机客户端9相连,实现对设备GPS跟踪、监控设备状态、历史数据查看、远程维护系统等功能。连续油管控制系统控制台1通过移动服务器与远程客户端10实现数据交互,实现在用户可在远程客户端10(手机或平板电脑)实时查看数据及报警功能。

进一步的,所述CCB/PDB自动控制系统2包括CCB计算模块21和PDB电控模块22,所述连续油管控制系统控制台1通过CCB计算模块21连接PDB电控模块22,所述PDB电控模块22外接设备端。

在连续油管控制系统控制台1设置好各项参数之后,CCB/PDB自动控制系统会计算各系统操作指令并发送至各分系统,各分系统按照指令执行任务,并将执行后的实时数据反馈至电容式人机交互触摸屏,实时监控各系统参数,实现连续油管的电控和计算机自动控制。

进一步的,所述速度控制系统3设置有操纵杆,所述操纵杆的工作步骤为:S31、选择模式并设定参数;S32、判断当前速度是否为预设速度阈值;S33、若是,则保持当前速度;S34、若否,则颜色突出显示并发出指令来调节连续油管速度调节阀。

速度控制系统3简化传统控制模式,利用一个操纵杆取代众多操作开关,通过操控不同的按钮,可以实现对注入头夹紧、链条张紧、防喷盒压力、滚筒牵引力等部件的手动控制,也都可以切换为自动控制,并且能无缝手、自动切换。当实际反馈参数与设定值偏差较大时,数值底色会变成黄色以提示用户。

操纵杆设置有三种速度模式,以方便不同工况下的控制,三种控制方式分别为:满速(多用于注入头出井)、中速(多用于注入头入井)、慢速(多用于高摩阻工况),每一种模式可设定最大出/入井速度,超过设定阈值会提示报警,多种工作模式的设定,相当于增加了操纵杆冲程,从而提高了设备的操作性。

进一步的,其中注入头启动控制系统的控制步骤为:S41、选定注入头模式并设置参数;S42、判断当前速度是否预设速度阈值;S43、若是,则保持当前速度;S44、若否,则立即停止。

当设备选择自动速度模式时,配合报警配置系统即可实现以较快的下管速度安心作业,而不需要操作员时刻关注值守在操作台前;工作原理为在注入头启动控制系统中配置两种模式的工作参数阈值,设备在工作时会对工作状态进行实时监控,并将数值与设定的参数阈值进行比较。当工作时参数突变超过或低于预设定阈值时,系统会根据报警系统设置操作执行命令,如需停止注入头工作,系统会立即自动停止注入头,避免油管损伤。该SERVA Command控制系统不仅减少了操作人员工作量,又在提高工作效率的同时增加了作业的安全性。

进一步的,所述自动排管系统5包括滚筒体502、安装支座501、排管器503、驱动电机504、排管电机505、调节架506和调节电机507,所述驱动电机505固定在安装支座501上,所述滚筒体502通过芯轴与驱动电机504的输出端相连,所述调节架506通过连接臂508连接在安装支座501,所述调节架506安装有丝杆509,所述排管器503通过移动块510安装在丝杆509上,所述调节电机507的输出端固定于所述丝杆509,所述排管器503上设置有驱动轮511,所述排管电机505的输出端连接驱动轮511,所述滚筒体绕装有连续油管512。

连续油管是用低碳合金钢制作的管材,有很好的挠性,又称挠性油管,一卷连续油管长几千米;可以代替常规油管进行很多作业,连续油管作业设备具有带压作业、连续起下的特点,设备体积小,作业周期快,成本低,主要应用于以下几个方面:冲砂洗井、钻桥塞、气举、注液氮、清蜡、排液、挤酸和配合测试。

现有连续油管在排管过程中,一般连续油管不能够灵活的调节排管位置,从而造成连续油管卡管的情况发生,导致连续油管受挤压损伤,同时,一般连续油管的排管直接通过排管机构进行排管,连续油管的输送只能靠卷桩本身的被动自转,致使连续油管被拉扯牵引,从而进一步的对连续油管造成损伤。

自动排管系统采用电控式排管,通过可配置的设定,自动追踪滚筒上的油管,确保在各角落紧密缠绕,手动干预的频率减少约70%。

进一步的,所述报警配置系统的报警配置步骤:S61、设置监控参数阈值和执行指令;S62、判断当前数值是否为预设阈值;S63、若是,则保持工作;S64、若否则,报警并执行预设指令。

在自动模式下,控制系统有两种停止注入头的方法。

(1)软停止注入头,正常作业情况下,用户可以选择软停止。注入头会先减少控制输出,使速度先慢慢降到3m/min以下,再将控制输出给0,使注入头停止。软停止方式可以有效减少停泵时对注入头带来的冲击,起到保护作用,延长注入头寿命。

(2)紧急停止注入头,遇到紧急情况时,用户可以选择紧急停止方式,注入头会立即停止。

进一步的,所述低速钻磨控制系统包括喷油泵、流量控制模块、换向阀和喷油器电机,所述喷油泵通过换向阀连接喷油器电机,所述换向阀上设置有流量控制模块。

注入头启动控制系统有摩擦模式(恒功率)和自动速度(恒速度)两种自动控制模式,以方便不同工况下的控制。摩擦模式以管重为控制导向控制注入头的速度及钻压;自动速度以速度为控制导向控制注入头的速度及钻压。在选定自动模式并配置好安全设置后,计算机将自动操作,无需人工干预。

低速钻磨(iMill)控制系统具有三种控制模式,分别为:恒压差模式、恒钻压模式和恒速度模式。低速钻磨(iMill)控制系统新增压力报警保护,钻头钻磨作业时在压力报警保护下,使钻头维持一个特定的钻压,以防止钻磨系统失速带来的作业事故。低速钻磨控制系统能实现超低速度的精细控制,理论上,在低速钻磨控制模式下,钻磨速度可以低到普通作业模式的10%,能以10cm/min左右的速度进管。

作业前可预先配置好井筒的各个参数,并输入每一个桥塞位置。控制系统会根据参数自动生成井筒剖面图,操作界面上将会呈现油管位置和桥塞的实时状态反馈,以增加作业的可视性。

进一步的,所述计算机客户端9包括PLC设备、物联网网关、物联网云平台、后端处理和前端网页,所述PLC设备通过物联网网关连接物联网云平台,所述物联网云平台通过后端处理连接前端网页。

SOFELink数据平台可实现设备GPS跟踪、监控设备状态、历史数据查看、远程维护系统等功能,提高设备安全性和数据准确性,以确保设备的正常工作状态。

与现有技术相比,本发明有益效果:

1、本发明可实时调整和监控数据,应对在不同工况下钻头钻进的速度及钻压;

2、本发明操纵杆实现注入头夹紧、链条张紧、防喷盒压力、滚筒牵引力等部件的手动控制;

3、本发明可设置上限和下限参数,可以实现参数报警、机器自动停止;

4、本发明操作台精简,将复杂的操作台精简成两个电压屏幕及一个操纵杆;

5、本发明操纵杆设置有三种工况模式:满速(多用于注入头出井)、中速(多用于注入头入井)慢速(多用于高摩阻工况);

6、本发明注入头启动控制系统设置有两种钻头注入模式:自动速度(恒速度)、摩擦模式(恒功率);

7、本发明CCB/PDB自动控制系统(控制柜)设置有CCB计算模块和PDB电控模块,以实现电控和计算机自动控制;

8、本发明自动排管系统实现自动排管控制,采用电控式排管,通过可配置的设定,自动追踪滚筒上的油管,确保在各角落紧密缠绕,手动干预的频率减少约70%。

9、本发明注入头停止控制系统设置有软停止注入头和紧急停止注入头两种注入方式;

10、低速钻磨控制系统三种控制模式:恒压差模式、恒钻压(常用)模式、恒速度模式,采用上述模式可以提高油管寿命。

实施例:连续油管控制系统控制台1分别通过CCB/PDB自动控制系统2控制速度控制系统3、注入头启动控制系统4、自动排管系统5、报警配置系统6、注入头停止控制系统7和低速钻磨控制系统8的工作。

注入头启动控制系统4设置有注入头,注入头一端连接连续油管,注入头启动控制系统开始启动,注入头钻入地下,牵引的连续油管钻入穿入地下,在自动排管系统作用下辅助推进油管钻入,驱动电机带动滚筒体转动,排管电机带动驱动轮转动,进而对连续油管进行排管,在注入头钻入前通过注入头启动控制系统并选定注入头模式并设置参数,判断当前速度是否预设速度阈值,若否,则立即停止;若是,则保持当前速度。

如在注入头钻入过程中需要停止注入时,则通过注入头停止控制系统进行停止注入;其中停止注入方式有两种,一种是软停止注入头:正常作业情况下,用户可以选择软停止,注入头会先减少控制输出,使速度先慢慢降到3m/min以下,再将控制输出,使注入头停止,软停止方式可以有效减少停泵时对注入头带来的冲击,起到保护作用,延长注入头寿命。

另外一种是紧急停止注入头,遇到紧急情况时,用户可以选择紧急停止方式,注入头会立即停止。

低速钻磨(iMill)控制系统8对钻入头进行调速,通过喷油器电机和换向阀调节喷油泵的输入量,进而调节钻入头的钻压。其中有三种钻压模式,恒压差模式、恒钻压模式和恒速度模式;低速钻磨(iMill)控制系统新增压力报警保护,钻头钻磨作业时在压力报警保护下,使钻头维持一个特定的钻压,以防止钻磨系统失速带来的作业事故;低速钻磨控制系统能实现超低速度的精细控制,理论上,在低速钻磨控制模式下,钻磨速度可以低到普通作业模式的10%,能以10cm/min左右的速度进管。

如钻入头在钻入过程中需要调节速度时,通过操纵杆进行调速,可调节为三种速度(满速(多用于注入头出井)、中速(多用于注入头入井)、慢速(多用于高摩阻工况)),则在调节速度时,先选择模式并设定参数,判断当前速度是否为预设速度阈值,若否,则颜色突出显示并发出指令来调节连续油管速度调节阀;若是,则保持当前速度。

为了使得钻入头在钻入过程中的安全,设置报警反馈系统,保证钻入头平稳钻入则,用户可以通过报警配置系统6,设置所有性能指标参数阈值,在设备工作时,各系统会反馈系统实时参数,并判断该值是否在预设定阈值范围之内,若反馈数值在预设阈值范围之内,则及其正常运行;若反馈数值超出过低于预设定阈值,则系统报警并执行预设报警动作。

以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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