一种防喷器活塞位置监测系统及方法与流程

本发明涉及油气勘探钻井，更具体的说是涉及一种防喷器活塞位置监测系统及方法。

背景技术：

1、在石油钻井作业中，防喷器是非常关键的钻井设备，环形防喷器及闸板防喷器在各个油田和钻井现场都有广泛应用。在当今的井场防喷器应用中，很多防喷器并未装有针对监测活塞位置的设备，现场人员无法实时掌握活塞位置的情况，只能利用经验对其进行大致的判断，这样具有一定的风险，容易出现人员对钻井情况产生误判的情况，有可能导致钻井事故的发生。

2、近些年来，一些井场的防喷器安装了用于监测防喷器活塞位置的磁致伸缩传感器，此种传感器利用磁场等原理来感测防喷器活塞位置，其需要在防喷器上钻孔，并将组件杆等嵌入到防喷器中，此种监测装置整体占用体积较大，不利于装置的安装和防喷器实际作业的布置，也增加了整体防喷器系统的维护成本，缺少一种较为友好的人机界面，同时也缺少了对防喷器内部活塞腔室温度的监测。

3、因此，如何在现有防喷器上应用一种可实时监测活塞位置、兼具温度监测功能、方便安装且具有良好数据人机界面的装置成为了井控领域的一个有待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种防喷器活塞位置监测系统及方法，可实时监测活塞位置、兼具温度监测功能、方便安装且具有良好数据人机界面。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种防喷器活塞位置监测系统，包括：超声波测距传感装置、主控制器系统和人机界面模块，所述超声波测距传感装置安装在防喷器上，包括超声波探头模块、温度传感模块和信号采集模块；

4、所述超声波探头模块用于发射超声波信号，并接收经液压油介质、由活塞物面反射折回的超声波信号，获得活塞行程超声测距信号；

5、所述温度传感模块用于对活塞腔室温度进行实时检测；

6、所述信号采集模块用于采集活塞腔室温度和活塞行程超声测距信号；

7、所述主控制器系统用于对活塞腔室温度与活塞行程超声测距信号进行处理与计算，获得防喷器活塞行程值和活塞腔室温度值；

8、所述人机界面模块用于对防喷器活塞行程值和活塞腔室温度值提供实时显示以及参数设置。

9、优选地，还包括电源模块，所述电源模块用于为主控制器系统和超声波测距传感装置分别提供220v和24v供电电源。

10、优选地，所述防喷器包括闸板防喷器或环形防喷器。

11、优选地，当为闸板防喷器时，所述活塞为第一活塞；

12、在所述闸板防喷器的缸盖上且沿所述第一活塞所处腔室方向设置有第一孔口，所述第一孔口对向所述第一活塞，所述超声波测距传感装置固定在所述第一孔口内。

13、优选地，当为环形防喷器时，所述活塞为第二活塞；

14、在所述环形防喷器的壳体上且沿所述第二活塞所处腔室方向设置有第二孔口，所述第二孔口对向所述第二活塞，所述超声波测距传感装置固定在所述第二孔口内。

15、优选地，所述主控制器系统还用于判断防喷器开关状态。

16、一种防喷器活塞位置监测方法，包括：

17、s1：通过人机界面模块进行参数设置，完成初始化操作；

18、s2：判断参数是否设置成功，成功则继续运行s3，否则重新跳回s1；

19、s3：通过超声波探头模块发射超声波信号，并接收经液压油介质、由活塞物面反射折回的超声波信号，获得活塞行程超声测距信号，通过温度传感模块对活塞腔室温度进行实时检测；

20、s4：主控制器系统对活塞腔室温度与活塞行程超声测距信号进行处理与计算，求得防喷器活塞行程值和活塞腔室温度值；

21、s5：通过人机界面模块对防喷器活塞行程值和活塞腔室温度值提供实时显示；

22、循环执行s3-s5。

23、优选地，还包括：

24、若闸板防喷器两侧的第一活塞实际行程值分别为h1和h2，并已知两侧闸板在全封状态对应的闸板防喷器两侧第一活塞行程分别为m1和m2，判断h1、h2与m1、m2的大小：

25、当一侧第一活塞行程值h1=0时，则说明该侧防喷器闸板处于全开状态；

26、当h1<m1时，且h1持续增大，则说明该侧闸板处于逐渐关闭的状态；

27、当h1<m1时，且h1持续减小，则说明该侧闸板处于逐渐打开的状态；

28、当h1=m1时，则说明该侧闸板处于全封状态；

29、当另一侧第一活塞行程值h2=0时，则说明该侧防喷器闸板处于全开状态；

30、当h2<m2时，且h2持续增大，则说明该侧闸板处于逐渐关闭的状态；

31、当h2<m2时，且h2持续减小，则说明该侧闸板处于逐渐打开的状态；

32、当h2=m2时，则说明该侧闸板处于全封状态；

33、当h1=h2时，则说明闸板防喷器内部推动两侧闸板的液压油路流通正常；

34、当h1≠h2时,则说明闸板防喷器内部推动两侧闸板的液压油路流通出现了两侧不均匀的情况，需要排查故障。

35、优选地，还包括：

36、若环形防喷器的第二活塞实际行程值为h3，并已知在全封状态对应的环形防喷器第二活塞行程为m3，判断h3与m3的大小：

37、当h3=0，则说明环形防喷器处于全开状态；

38、当h3<m3时，且h3持续增大，则说明环形防喷器处于逐渐关闭的状态；

39、当h3<m3时，且h3持续减小，则说明环形防喷器处于逐渐打开的状态；

40、当h3=m3时，则说明环形防喷器处于全封状态。

41、本发明在钻井领域具有以下优点：

42、（1）本发明系统检测装置的安装占用体积小，降低了防喷器的安装和维护成本；

43、（2）具有良好的人机界面，可对活塞行程位置进行实时显示，在闸板防喷器上的应用时，可掌握两个闸板的开关状态；

44、（3）解决了现有防喷器活塞及闸板监测装置诸如磁致伸缩传感器的一些缺点；

45、（4）有效避免了人工判断活塞位置的误判情况，从而降低了井喷风险。

46、（5）在闸板防喷器上的应用时，可根据两侧活塞的实时行程，对推动两侧闸板的液压油路是否分配流通均匀进行判断，从而有利于排除故障。

47、（6）增加了对防喷器活塞腔室温度的监测功能。

技术特征：

1.一种防喷器活塞位置监测系统，其特征在于，包括：超声波测距传感装置、主控制器系统和人机界面模块，所述超声波测距传感装置安装在防喷器上，包括超声波探头模块、温度传感模块和信号采集模块；

2.根据权利要求1所述的一种防喷器活塞位置监测系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块用于为主控制器系统和超声波测距传感装置分别提供220v和24v供电电源。

3.根据权利要求1所述的一种防喷器活塞位置监测系统，其特征在于，所述防喷器包括闸板防喷器或环形防喷器。

4.根据权利要求3所述的一种防喷器活塞位置监测系统，其特征在于，当为闸板防喷器时，所述活塞为第一活塞；

5.根据权利要求3所述的一种防喷器活塞位置监测系统，其特征在于，当为环形防喷器时，所述活塞为第二活塞；

6.根据权利要求3所述的一种防喷器活塞位置监测系统，其特征在于，所述主控制器系统还用于判断防喷器开关状态。

7.一种防喷器活塞位置监测方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的一种防喷器活塞位置监测方法，其特征在于，还包括：

9.根据权利要求7所述的一种防喷器活塞位置监测方法，其特征在于，还包括：

技术总结
本发明公开了一种防喷器活塞位置监测系统及方法，系统包括：超声波探头模块用于发射超声波信号，并接收经液压油介质、由活塞物面反射折回的超声波信号，获得活塞行程超声测距信号；温度传感模块用于对活塞腔室温度进行实时检测；信号采集模块用于采集活塞腔室温度和活塞行程超声测距信号；主控制器系统用于对活塞腔室温度与活塞行程超声测距信号进行处理与计算，获得防喷器活塞行程值和活塞腔室温度值；人机界面模块用于对防喷器活塞行程值和活塞腔室温度值提供实时显示以及参数设置。本发明可实时监测活塞位置、兼具温度监测功能、方便安装且具有良好数据人机界面。

技术研发人员：张少雷,陈亮,王攀,刘奇峰,郝斌,刘凯辉,高敏,刘利兵,王薇,许宏奇,郝小勇,王悦光
受保护的技术使用者：河北华北石油荣盛机械制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17