一种连续油管设备智能自动控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及连续油管设备领域，具体涉及一种连续油管设备智能自动控制装置。


背景技术：

2.连续油管作业设备广泛应用于油气田开采和增产领域，被称之为“万能作业车”。连续油管设备主要包括：注入头、油管工作滚筒、连续油管、井口防喷装置、液压动力系统、电控系统等。注入头作为连续油管设备核心部件，主要作用是：施工时向井筒内下入及起出连续油管，主要包括箱体、驱动系统、链条总成、夹紧系统、张紧系统、夹持块、液压系统、智控系统、智能摄像感应装置、安全装置等。油管滚筒作为连续油管的承载者，主要作用是：平时储存连续油管，施工时协调配合注入头起下油管，主要包括滚筒体、液压驱动系统、智控系统等。
3.注入头在施工时需根据井内情况，实时人为调控，主要操作包括：根据油管下入深度指重/轻变化调整张紧及夹紧压力；通过工艺设计要求，调整马达流量实现油管速度控制；通过指重/轻变化幅度，调整马达压力实现强行下注或上提。同时根据过程协调控制滚筒，在下注油管时，需保证滚筒提供必要的背压，上提时，保证滚筒与注入头的瞬时速度差，以此保证连续油管被紧密的缠绕在滚筒上，不致松散。
4.目前所有控制及驱动主要采用纯液压方式，所有操作均依靠控制室内操作人员操控手柄/阀来实现，控制精度低，反应速度，且由于注入头链条底部与防喷盒橡胶心之间存在一段无支撑长度，当强行下注油管管柱时，油管管柱在此段很可能发生严重弯曲。当发生故障或异常时，人为操作不准确或不及时，均可能引发作业事故。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种连续油管设备智能自动控制装置，其特点是设备可实现数字化、智能化、网络化、信息化自动控制管理，其操作方便、性能可靠。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种连续油管设备智能自动控制装置，包括注入头和油管滚筒，还设有依次连接的滚筒集成控制箱、中央集控箱和注入头集成控制箱。
7.所述滚筒集成控制箱包括滚筒调速控制器和滚筒智控卡。
8.所述中央集控箱包括核心控制器、触摸显示器和采集卡。
9.所述注入头集成控制箱包括注入头调速控制器和注入头智控卡。
10.所述油管滚筒上设有液压滚筒马达；所述液压滚筒马达上设有滚筒马达a口压力传感器、滚筒马达b口压力传感、滚筒泄压电磁阀、滚筒换向电磁阀、滚筒刹车压力传感器和滚筒马达压力传感器。
11.所述滚筒调速控制器依次与滚筒马达压力传感器、滚筒刹车压力传感器、滚筒换向电磁阀和滚筒泄压电磁阀相连接。
12.所述滚筒泄压电磁阀分别与滚筒马达a口压力传感器和滚筒马达b口压力传感相连接。
13.所述注入头上设有注入头马达和夹紧链条。
14.所述注入头马达上设有注入头马达a口压力传感器、注入头马达b口压力传感器、注入头泄压电磁阀、高低速切换电磁阀、注入头换向电磁阀、注入头刹车压力传感器和注入头马达压力传感器。
15.所述注入头调速控制器f依次与注入头马达压力传感器、注入头刹车压力传感器、注入头换向电磁阀、高低速切换电磁阀和注入头泄压电磁阀连接。
16.所述注入头泄压电磁阀分别与注入头马达a口压力传感器和注入头马达b口压力传感器相连接。
17.所述夹紧链条上设有链条张紧压力传感器；所述链条张紧压力传感器通过链条张紧电磁阀和注入头集成控制箱相连接。
18.作为优化，所述夹紧链条上还设有链条上夹紧压力传感器、链条中夹紧压力传感器和链条下夹紧压力传感器；所述链条上夹紧压力传感器、链条中夹紧压力传感器和链条下夹紧压力传感器分别通过链条上夹紧电磁阀、链条中夹紧电磁阀和链条下夹紧电磁阀与注入头集成控制箱相连接。
19.作为优化，所述滚筒泄压电磁阀和滚筒换向电磁阀分别与滚筒智控卡相连接。
20.作为优化，所述注入头泄压电磁阀、高低速切换电磁阀、注入头换向电磁阀分别与注入头智控卡相连接。
21.作为优化，还设有指重传感器、高精度计数装置、井口防碰装置和智能感应摄像仪；所述指重传感器、高精度计数装置、井口防碰装置和智能感应摄像仪均与注入头集成控制箱相连接。
22.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
23.1.通过上述的技术方案实现了注入头链条夹紧、注入头链条张紧随着实时指重/指轻的自动调节控制，避免操作者靠经验调节注入头链条张紧和链条夹紧力，节省时间、提高工作效率，提高施工安全性。
24.2.通过上述的技术方案实现油管滚筒背压和注入头马达压力匹配自动调节、注入头高低速自动控制，避免人工靠经验观察造成操作失误，使油管滚筒与注入头施工配合度更加有效。
25.3.通过上述的技术方案实现实时观察注入头链条底部与防喷盒橡胶心之间管柱形变情况，形变发生时及时预警，避免事故发生。
26.4.通过上述的技术方案实现短时间内指重/指轻在预设值内剧烈波动预警及停机，预警提醒异常存在、严重异常自动停机。
27.5.通过上述的技术方案实现连续油管设备上提管柱作业，油管管柱达到井口时，系统生成提醒信号，避免靠经验上提油管管柱过度而造成井口设备损坏。
28.6.通过上述的技术方案实现信号集成、快接式连接，查看历史施工参数，形成注入头链条夹紧、注入头链条张紧与指重/指轻关系曲线表，管柱长度与指重/指轻关系曲线表，记录预警信息和推断施工过程操作动作。
附图说明
29.图1为本实用新型的控制结构逻辑示意图。
30.图2为本实用新型的安装结构示意图。
31.图3为本实用新型注入头的安装结构示意图。
32.其中，滚筒集成控制箱01、中央集控箱02和注入头集成控制箱03、滚筒马达a口压力传感器04、滚筒马达b口压力传感05、滚筒泄压电磁阀06、滚筒换向电磁阀07、滚筒刹车压力传感器08、滚筒马达压力传感器09、注入头马达a口压力传感器10、注入头马达b口压力传感器11、注入头泄压电磁阀12、高低速切换电磁阀13、注入头换向电磁阀14、注入头刹车压力传感器15、注入头马达压力传感器16、链条上夹紧电磁阀17、链条中夹紧电磁阀18、链条上夹紧压力传感器19、链条中夹紧压力传感器20、链条下夹紧电磁阀21、链条下夹紧压力传感器22、链条张紧压力传感器23、链条张紧电磁阀24、指重传感器25、高精度计数装置26、井口防碰装置27、智能感应摄像仪28、注入头马达29、夹紧链条30。
具体实施方式
33.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.一种连续油管设备智能自动控制装置，包括注入头和油管滚筒，还设有依次连接的滚筒集成控制箱01、中央集控箱02和注入头集成控制箱03。
37.所述滚筒集成控制箱01包括滚筒调速控制器d和滚筒智控卡e。
38.所述中央集控箱02包括核心控制器a、触摸显示器b和采集卡c。
39.所述注入头集成控制箱03包括注入头调速控制器f和注入头智控卡g。
40.所述油管滚筒上设有液压滚筒马达；所述液压滚筒马达上设有滚筒马达a口压力传感器04、滚筒马达b口压力传感05、滚筒泄压电磁阀06、滚筒换向电磁阀07、滚筒刹车压力传感器08和滚筒马达压力传感器09。
41.所述滚筒调速控制器d依次与滚筒马达压力传感器09、滚筒刹车压力传感器08、滚筒换向电磁阀07和滚筒泄压电磁阀06相连接。
42.所述滚筒泄压电磁阀06分别与滚筒马达a口压力传感器04和滚筒马达b口压力传
感05相连接。
43.所述注入头上设有注入头马达29和夹紧链条30。
44.所述注入头马达29上设有注入头马达a口压力传感器10、注入头马达b口压力传感器11、注入头泄压电磁阀12、高低速切换电磁阀13、注入头换向电磁阀14、注入头刹车压力传感器15和注入头马达压力传感器16。
45.所述注入头调速控制器f依次与注入头马达压力传感器16、注入头刹车压力传感器15、注入头换向电磁阀14、高低速切换电磁阀13和注入头泄压电磁阀12相连接。
46.所述注入头泄压电磁阀12分别与注入头马达a口压力传感器10和注入头马达b口压力传感器11相连接。
47.所述夹紧链条30上设有链条张紧压力传感器23；所述链条张紧压力传感器23通过链条张紧电磁阀24和注入头集成控制箱03相连接。
48.所述夹紧链条30上还设有链条上夹紧压力传感器19、链条中夹紧压力传感器20和链条下夹紧压力传感器22；所述链条上夹紧压力传感器19、链条中夹紧压力传感器20和链条下夹紧压力传感器22分别通过链条上夹紧电磁阀17、链条中夹紧电磁阀18和链条下夹紧电磁阀21与注入头集成控制箱03相连接。
49.所述滚筒泄压电磁阀06和滚筒换向电磁阀07分别与滚筒智控卡e相连接。
50.所述注入头泄压电磁阀12、高低速切换电磁阀13、注入头换向电磁阀14分别与注入头智控卡g相连接。
51.还设有指重传感器25、高精度计数装置26、井口防碰装置27和智能感应摄像仪28；所述指重传感器25、高精度计数装置26、井口防碰装置27和智能感应摄像仪28均与注入头集成控制箱03相连接。
52.其工作原理为：
53.注入头集成控制箱03安装在注入头箱体内测边缘。滚筒集成控制箱01固定在油管滚筒旁边。
54.指重传感器25安装在注入头上，当注入头输送油管管柱下放或上提时，指重传感器感应会实时变化，输出一个模拟量信号传输到注入头集成控制箱03，通过通信线缆发送至核心控制器a。
55.高精度计数装置26安装在注入头箱体下链轮一侧，脉冲计数信号和方向信号通过屏蔽线缆传输到注入头集成控制箱03。
56.井口防碰装置27安装在防喷盒下端，与井口连接。
57.智能感应摄像仪28安装在注入头链条底部与防喷盒橡胶心之间的无支撑管柱段。
58.中央集控箱02内部集成核心控制器a、触摸显示器b、采集卡c等主要部件，是整个智能自动化装置控制核心，滚筒集成控制箱01和注入头集成控制箱03与中央集控箱02通过快接形式连接，实现油管滚筒控制和注入头运行动作自动匹配调节、视频智能监控和预警、实时数据动态监测、安全预警、历史数据和操作过程分析。
59.指重传感器25为双向i区防爆测重传感器，注入头马达压力传感器16、链条上夹紧压力传感器19、链条中夹紧压力传感器20、链条下夹紧压力传感器22及链条张紧压力传感器23均为i区防爆型传感器，所有传感器将实时原始信号传至注入头集成控制箱03，经过注入头智控卡g处理并将集成信号传输至中央集控箱02内的核心控制器a，实时反馈指重参数
数值、链条张紧、（上、中、下）链条夹紧数据，与核心控制器a内数据模型对比、分析、自学习，并输出信号调节链条上夹紧电磁阀17、链条中夹紧电磁阀18、链条下夹紧电磁阀21、链条张紧电磁阀24，实现链条张紧和链条夹紧随指重数字情况精准自动调控，通过指重变化幅度，调整注入头马达29压力实现强行下注或上提。
60.高精度计数装置26为i区防爆编码器h25di，主要记录油管管柱在井筒速度、方向和累计长度。编码器脉冲信号传输至注入头集成控制箱03，经过注入头智控卡g处理并将集成信号传输至中央集控箱02内的核心控制器a，再次信号处理后在触摸显示器b显示实时速度值和油管管柱长度值，速度值正数为油管管柱进井、速度值负数为油管管柱出井。
61.中央集控箱02内的核心控制器a识别实时速度正负值属性，输出控制信号至滚筒换向电磁阀07和注入头换向电磁阀14，实现油管滚筒方向自动控制，并通过触摸显示器b实时监测滚筒真实方向运行情况。
62.触摸显示器b输入需求工作速度，中央集控箱02内的核心控制器a输出信号分别至滚筒集成控制箱01内滚筒调速控制器d和注入头集成控制箱03内的注入头调速控制器f，分别调整滚筒马达和注入头马达流量实现油管速度控制。在下注油管时，核心控制器a输出信号控制滚筒马达压力保证滚筒提供必要的背压；上提油管时，核心控制器a输出信号控制滚筒马达和注入头马达保证滚筒与注入头的瞬时速度差，以此保证连续油管被紧密的缠绕在滚筒上，不致松散。实现滚筒和注入头速度的自动匹配控制。
63.注入头默认为低速运行模式，当中央集控箱02内的核心控制器a监测到指重传感器25反馈信号值达到系统标定值时，核心控制器a通过注入头集成控制箱03内的注入头智控卡g发送控制信号至注入头高低速切换电磁阀13，联合滚筒调速控制器d和注入头调速控制器f实现注入头速度高低速模式的自动切换。
64.智能感应摄像仪28对准注入头链条底部与防喷盒橡胶心之间无支撑管柱段，此段油管管柱实时形变状态的成像效果与系统设定极限模型对比分析，超出极限值时形变发生时及时预警，注入头智控卡g输出信号至核心控制器a，报警信号输出、滚筒泄压电磁阀06和注入头泄压电磁阀12失能，滚筒和注入头达到停机状态。
65.指重传感器25将实时原始信号传至注入头集成控制箱03，经过注入头智控卡g处理并将集成信号传输至中央集控箱02内的核心控制器a，触摸显示器b显示实时动态指重参数值，与核心控制器a内部预设时间段内的预设波动值相比，超出预设值范围时，核心控制器a将输出报警信号蜂鸣器报警；同时核心控制器a输出控制信号至滚筒集成控制箱01内部的滚筒智控卡和注入头集成控制箱03内部的注入头智控卡g，继续输出信号至滚筒泄压电磁阀06和注入头泄压电磁阀12，滚筒和注入头达到刹车状态，保证施工安全。
66.中央集控箱02实时监测滚筒刹车压力传感器08压力和注入头刹车压力传感器15压力，实时反馈设备刹车停机时刹车系统情况。核心控制器a监测到滚筒刹车压力08和注入头刹车压力15满足设备启动条件时，设备可进入启动运行自动控制状态；否则，设备无法启动。
67.井口防碰装置27判断油管管柱在井口情况，油管管柱末端到达井口时，井口防碰装置23输出信号至注入头智控卡g处理并将集成信号传输至中央集控箱02内的核心控制器a，生成预警信号，同时输出信号联动滚筒调速控制器d和注入头调速控制器f调节滚筒和注入头速度达到合适状态，必要时调节滚筒泄压电磁阀06和注入头泄压电磁阀12使设备停
机。
68.中央集控箱02内部核心控制器a和采集卡c通过滚筒集成控制箱01内的滚筒智控卡e和注入头集成控制箱03内的注入头智控卡g通信、数据处理，在触摸显示器b显示各传感器数值。
69.中央集控箱02内部核心控制器a综合分析最终形成施工报告，包括：所有监测参数的历史数据，注入头链条夹紧、注入头链条张紧与指重/指轻关系曲线表，管柱长度与指重/指轻关系曲线表，记录预警信息和推断施工过程操作动作。
70.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。