适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置制造方法
【专利摘要】一种适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置，包括第一ZigBee数据传输模块、对应不同位置的井控防喷器开关阀从机和与所述井控防喷器开关阀从机相连接的第二ZigBee数据传输模块，所述井控防喷器开关阀从机包括主控制器、电磁阀模块和开关阀状态检测模块。无需借助外力，根据开关阀手柄行程位置，稳定的控制气源，切换入气孔和出气孔控制器的通断，有效可靠地保证了井控防喷器开关阀到达既定位置，并且，人性化的设计使得开关阀门的状态信息可实时发送到司钻操作控制台的电脑显示界面，实现井控防喷器开关阀的精确遥控，结构简单，更加智能化。
【专利说明】适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及钻井阀门控制【技术领域】，尤其涉及可无线传输信号的适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置。
【背景技术】
[0002]井喷由于喷发时产生的巨大压力和冲击波会对相关的人员造成伤亡和财产损失，所以井喷事故是一种十分有害的钻井事故，一旦出现往往产生严重后果，必须采取严密的预防措施。出现井涌时，一定要迅速准确地关总井，控制井口，防止井喷事故发生，目前，当钻井井场发生井喷事故时，只能单纯依靠现场技术人员打手势传递各种关井信息。当周围环境影响视线时，容易造成执行人员看不清手势及灯光，导致误判，影响关井动作的正确执行。并且，不同的油田，手势代表的意思不一样，给动作的统一执行带来很大不便，从而导致关井不彻底，致使关井滞后、迟缓，甚至失败的后果。目前，国内外尚无自动控制装置对井控防喷器开关阀进行无线遥控。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的目的是提出一种适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置，以解决发生井喷事故时，只能单纯依靠现场技术人员打手势传递各种关井信息，并且当周围环境影响视线时，造成执行人员误判导致关井不彻底，关井滞后、迟缓，甚至失败的问题。
[0004]为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
[0005]技术方案为，一种适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置，包括与司钻台监控中心主机相连接的第一 ZigBee数据传输模块、对应不同位置的井控防喷器开关阀从机、与所述井控防喷器开关阀从机相连接的第二 ZigBee数据传输模块；所述第一 ZigBee数据传输模块包括第一数据发送模块和第一数据接收模块，所述第一数据发送模块用于根据所述司钻台监控中心主机的按钮动作发送相应的控制信号，所述第一数据接收模块用于接收由所述第二 ZigBee数据传输模块发送的阀门开关信号；所述井控防喷器开关阀从机包括主控制器、电磁阀模块和开关阀状态检测模块；所述主控制器用于在工作状态时启动所述电磁阀模块，并处理所述开关阀状态检测模块检测到的所述阀门开关信号，所述电磁阀模块用于根据所述控制信号执行相应的动作，所述开关阀状态检测模块用于监测阀门开关信号；所述第二 ZigBee数据传输模块包括第二数据发送模块和第二数据接收模块，所述第二数据接收模块用于接收所述第一数据发送模块发送的控制信号，并通知所述主控制器，所述第二数据发送模块用于发送由所述主控制器处理后的所述阀门开关信号。
[0006]其中，电磁阀模块包括继电器控制电路和双电控二位五通电磁阀，所述继电器控制电路用于根据所述控制信号，控制所述双电控二位五通电磁阀的带电情况。[0007]进一步的，所述开关阀状态检测模块与所述双电控二位五通电磁阀的阀门手柄轴位于同一平面，与所述阀门手柄轴平行一侧安装有同轴运动铁片，并贴有磁性物质。
[0008]再进一步的，所述开关阀状态检测模块包括霍尔式接近开关和单片机IO接口电路，所述霍尔式接近开关用于采集所述磁性物质在同轴运动铁片的信息，发出开关量信号，所述所述单片机IO接口电路用于接收所述开关量信号，并将其读入所述主控制器。
[0009]在一些可选的实施例中，所述电磁阀模块根据所述控制信号执行相应的动作包括阀门的开启、关闭和停止。
[0010]在一些可选的实施例中，所述开关阀遥控装置还包括为所述井控防喷器开关阀从机伴热的温度调控模块。
[0011]其中，所述温度调控模块包括温度传感器、温度采集电路、电加热板和温控电路；所述温度传感器用于采集外部温度信息，所述温度采集电路用于将所述温度信息读入所述主控制器；所述电加热板用于为电路板周围环境提供所需热量，所述温控电路用于控制所述电加热板的接通和断开。
[0012]在一些可选的实施例中，所述开关阀遥控装置还包括整个系统提供电力供应的电源模块，所述电源模块将220V的交流电压转换成24V和5V的直流电两路输出，分别为传感器和主控制器供电。
[0013]其中，所述电源模块还包括后备电池子模块，用于断电时为整个系统提供电力，所述后备电池模块为锂电池。
[0014]本发明所带来的有益效果:无需借助外力，根据开关阀手柄行程位置，稳定的控制气源，切换入气孔和出气孔控制器的通断，有效可靠地保证了井控防喷器开关阀到到既定位置，并且，人性化的设计使得开关阀门的状态信息可实时发送到司钻操作控制台的电脑显示界面，实现井控防喷器开关阀的精确遥控，结构简单，更加智能化。
[0015]为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图对【具体实施方式】做出进一步的详细说明。
[0017]图1是适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置的示意图；
图2是电磁阀模块不意图；
图3是开关阀状态检测模块示意图；
图4是温度调控模块示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0019]本文使用的术语“ZigBee”是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
[0020]本文使用的术语“I/O”是input/output的缩写，即输入输出端口，I/O接口的功能是负责实现中央处理器(CPU,Central Processing Unit)通过系统总线把I/O电路和外
围设备联系在一起。
[0021]如图1所示，一种适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置，包括与司钻台监控中心主机101相连接的第一 ZigBee数据传输模块102、对应不同位置的井控防喷器开关阀从机103、与所述井控防喷器开关阀从机相连接的第二 ZigBee数据传输模块104。
[0022]其中，所述第一 ZigBee数据传输模块102包括第一数据发送模块1021和第一数据接收模块1022。突发井喷状况时，通过所述司钻台监控中心主机101相应位置的按钮动作，关闭对应的防喷器，此时所述第一 ZigBee数据传输模块102根据所述司钻台监控中心主机101的按钮动作发送相应的控制信号。以关井信号为例，所述第一数据发送模块1021将关井信号向远端发送出去，途中可经过多级路由中转，最终将指令传送至指定地址的从机，即根据一帧数据的起始两位字节地址搜索指定的井控防喷器开关阀从机103，通过“握手”机制，所述井控防喷器开关阀从机103由待命状态进入工作状态，同时工作指示灯由熄灭变为常亮。
[0023]所述井控防喷器开关阀从机103包括主控制器105、电磁阀模块106和开关阀状态检测模块107，所述第二 ZigBee数据传输模块104包括第二数据发送模块1041和第二数据接收模块1042。
[0024]所述主控制器105可选用STC系列单片机，平时处于待命状态，等待司钻台监控中心主机101发出命令，当所述第二数据接收模块1042接收到由所述第一数据发送模块1021发送的控制信号，如关井信号，并通知所述主控制器105，使得所述主控制器105进入工作状态。此时，所述主控制器105根据关闭的防喷器类型，相应IO引脚发出低电平信号，启动所述电磁阀模块106，所述电磁阀模块106根据所述控制信号执行相应的动作，例如，为关井信号，即进行关井动作。同时，所述开关阀状态检测模块107开始实时采集防喷器开关阀门的状态信息，即阀门开关信号，并将所述阀门开关信号发送至所述主控制器105。所述主控制器105将获取的数据流，即阀门开关信号，经判断、重组和类型转换，以字符数组的形式，经由TTL电平转RS232电路，通过所述第二数据发送模块1041向远端发送出去。途中可经过多级路由中转，所述第一数据接收模块1022接收信号后，将数据传送至司钻监控中心的服务器上位机界面，直观地显示出防喷器开关阀门的状态，通过组态软件，形象直观地观测阀门的关闭过程。
[0025]所述司钻台监控中心主机101 —旦接收到可靠关井信息，发出工作停止的控制信号，再次通过“握手”机制，使该从机由工作状态返回待命状态，工作指示灯熄灭，等待下一次命令到来。井喷状况被控制后，开井过程与关井过程相反，开井完毕后，继续钻井的正常工作。组态软件能够对所有的监测信息进行完整的记录、保存以及历史数据回放。
[0026]如图1至2所示，所述电磁阀模块106包括继电器控制电路201和双电控二位五通电磁阀202。所述主控制器105根据关闭的防喷器类型，相应IO引脚发出低电平信号，开启所述继电器控制电路201，驱动相应的所述双电控二位五通电磁阀202工作，此时A端带电，B端失电，敞开入气孔，关闭出气孔，此时，压缩空气通过入气孔带动阀门动作，阀门关闭。开井时，配套的IO引脚发出低电平信号，使得所述双电控二位五通电磁202阀A端失电，B端带电，敞开出气孔，关闭入气孔，阀门开启。所述电磁阀模块106根据所述控制信号执行相应的动作包括阀门的开启、关闭和停止，对应关井、开井和停止相应动作。
[0027]如图1至3所示，所述电磁阀模块106的阀门手柄轴所在平面安装有所述开关阀状态检测模块107，所述开关阀状态检测模块107包括霍尔式接近开关301和单片机IO接口电路302。与所述阀门手柄轴的平行一侧安装同轴运动铁片，并贴有磁性物质，铁片后方安装三只霍尔式接近开关301，分别对应阀门的“关井、开井、停止”三个位置。当进入工作状态后，所述霍尔式接近开关301开始采集所述磁性物质在同轴运动铁片的信息，发出开关量信号，由所述单片机IO接口电路302实时获取，所述IO接口电路302采用120K电阻拉至高电平，以匹配传感器内阻。当入气孔内压缩气体驱动阀门至“关井”位置时，同轴运动铁片后方的霍尔式接近开关301尾部指示灯常亮，并置所述单片机IO接口电路302相应IO引脚为高电平，即所述单片机IO接口电路接收到开关量信号，并将采集到的开关量信号读入所述主控制器105。所述主控制器105经由串口发出相应信息，指出阀门关闭，可靠关井。相应的，开井时，出气孔内压缩气体驱动阀门至“开井”位置，确定开井完毕，继续钻井的正常工作。
[0028]在一些可选的实施例中，如图1和4所示，所述开关阀遥控装置还包括温度调控模块108。冬季，为保证从机设备正常运行，配有为所述井控防喷器开关阀从机103伴热的装置，当温度低于设定下限值，可启动伴热装置。
[0029]其中，所述温度调控模块108包括温度传感器401、温度采集电路402、电加热板403和温控电路404。所述温度传感器401可选用DS18B20温度传感器芯片实时采集温度信息，所述温度采集电路402通过4.7K上拉电阻，按时序将单总线数据读入所述主控制器105。经数据解析处理，判断温度值是否低于设定值下限，一旦低于该数值，所述主控制器105相应的IO 口发出低电平，开启固态继电器，启动所述温控电路404。此时，所述电加热板403接入220V交流电回路，为电路板周围环境提供所需热量，确保数据采集正常。当温度采集数值高于设定值上限时，关闭所述温控电路404，所述电加热板403与220V交流电断开连接，由此保证电路板周围环境温度可调可控。
[0030]在一些可选的实施例中，如图1所示，还包括用于电力供应的电源模块109，所述电源模块109将220V的交流电压转换成24V和5V的直流电两路输出，分别为传感器和主控制器供电。同时，所述电源模块109内部有380V交流电过压保护和短路保护电路。
[0031]在一些可选的实施例中，如图1所示，所述电源模块包括后备电池子模块110，用于断电时为整个系统提供电力，所述后备电池子模块110为锂电池，220V交流电正常接入时，可以为后备锂电池充电，一旦220V交流电断开，O秒内切换至后备电池供电。根据电池的容量估算，该系统完全采用低功耗器件设计，可运行一周左右的时间，待接通电源后，可以继续为锂电池充电。
[0032]本发明能够安装在原有的手动应急处理系统之上，而且可以并存，互不干涉。安装后，原有的手动应急处理系统和本系统可以同时发挥作用，保证绝对的安全性。
[0033]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变，修饰，替代，组合，简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置，其特征在于，包括与司钻台监控中心主机相连接的第一 ZigBee数据传输模块、对应不同位置的井控防喷器开关阀从机、与所述井控防喷器开关阀从机相连接的第二 ZigBee数据传输模块； 所述第一 ZigBee数据传输模块包括第一数据发送模块和第一数据接收模块，所述第一数据发送模块用于根据所述司钻台监控中心主机的按钮动作发送相应的控制信号，所述第一数据接收模块用于接收由所述第二 ZigBee数据传输模块发送的阀门开关信号； 所述井控防喷器开关阀从机包括主控制器、电磁阀模块和开关阀状态检测模块； 所述主控制器用于在工作状态时启动所述电磁阀模块，并处理所述开关阀状态检测模块检测到的所述阀门开关信号，所述电磁阀模块用于根据所述控制信号执行相应的动作，所述开关阀状态检测模块用于监测阀门开关信号； 所述第二 ZigBee数据传输模块包括第二数据发送模块和第二数据接收模块，所述第二数据接收模块用于接收所述第一数据发送模块发送的控制信号，并通知所述主控制器，所述第二数据发送模块用于发送由所述主控制器处理后的所述阀门开关信号。
2.根据权利要求1所述的适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置，其特征在于，所述电磁阀模块包括继电器控制电路和双电控二位五通电磁阀，所述继电器控制电路用于根据所述控制信号，控制所述双电控二位五通电磁阀的带电情况。
3.根据权利要求2所述的适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置，其特征在于，所述开关阀状态检测模块与所述双电控二位五通电磁阀的阀门手柄轴位于同一平面，与所述阀门手柄轴平行一侧安装有同轴运动铁片，并贴有磁性物质。
4.根据权利要求3所述的适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置，其特征在于，所述开关阀状态检测模块包括霍尔式接近开关和单片机IO接口电路，所述霍尔式接近开关用于采集所述磁性物质在同轴运动铁片的信息，发出开关量信号，所述单片机IO接口电路用于接收所述开关量信号，并将其读入所述主控制器。
5.根据权利要求1至4任一项所述的适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置，其特征在于，所述电磁阀模块根据所述控制信号执行相应的动作包括阀门的开启、关闭和停止。
6.根据权利要求1所述的适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置，其特征在于，还包括为所述井控防喷器开关阀从机伴热的温度调控模块。
7.根据权利要求6所述的适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置，其特征在于，所述温度调控模块包括温度传感器、温度采集电路、电加热板和温控电路；所述温度传感器用于采集外部温度信息，所述温度采集电路用于将所述温度信息读入所述主控制器；所述电加热板用于为电路板周围环境提供所需热量，所述温控电路用于控制所述电加热板的接通和断开。
8.根据权利要求1所述的适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置，其特征在于，还包括整个系统提供电力供应的电源模块，所述电源模块将220V的交流电压转换成24V和5V的直流电两路输出，分别为传感器和主控制器供电。
9.根据权利要求8所述的适用于钻井井场的井控防喷器开关阀遥控装置，其特征在于，所述电源模块还包括后备电池子模块，用于断电时为整个系统提供电力，所述后备电池模块为锂电池。
【文档编号】G05B19/418GK103939048SQ201410185592
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】关学忠, 唐磊, 于镝, 胡志维, 杨莉, 白丽丽 申请人:东北石油大学