一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统的制作方法
【专利摘要】本发明的目的是提出一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统，包括司钻台监控中心主机和对应不同位置的井控防喷器从机，其中，还包括主机ZigBee无线传感器数传模块，所述主机ZigBee无线传感器数传模块包括主机发送模块和主机接收模块，所述主机发送模块用于发送关井信号，所述主机接收模块用于接收锁紧轴行程的位置信息，所述井控防喷器从机，包括主控制器，从机ZigBee无线传感器数传模块和锁紧轴行程位置检测模块，实时监测锁紧轴的行程位置并将数据返回至司钻台监控中心主机。可自动监测井控防喷器锁紧轴行程的位置，并且将采集的数据实时发送到司钻操作控制台的电脑显示界面，从而使得钻井井场井控的管理能力更加智能化、人性化。
【专利说明】一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子信息无线传输测量【技术领域】，尤其涉及一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统。
【背景技术】
[0002]井喷，是一种地层中流体喷出地面或流入井内其他地层的现象，大多发生在开采石油天然气的现场。目前，钻井井场发生井喷事故时，只能单纯依靠现场技术人员手动开阀，容易造成关井动作滞后、迟缓，影响速度。在雨雪雾天或黑天时，由于环境影响视线，此时需要用手电筒等辅助工具，但是仅凭肉眼通过观察窗查看锁紧轴行程位置，容易造成误判，无法确定锁紧轴是否可靠行进到指定区域，进而导致关井不彻底，影响关井动作的正确执行，并且，完全依靠人力监督锁紧轴行程位置，容易造成人员疲劳，致使关井速度减慢甚至失败。目前，国内外尚无自动控制装置对井控防喷器锁紧轴行程位置进行精确测量。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的目的是提出一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统，实现对井控防喷器锁紧轴行程位置的自动、精确的监测。
[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]所述系统，包括司钻台监控中心主机和对应不同位置的井控防喷器从机，其中，还包括与所述司钻台监控中心主机相连接的主机ZigBee无线传感器数传模块，所述司钻台监控中心主机包括人机交互子模块，用于突发井喷状况时，根据相应位置的按钮动作，关闭对应的防喷器；所述主机ZigBee无线传感器数传模块包括主机发送模块和主机接收模块，所述主机发送模块用于发送关井信号，所述主机接收模块用于接收锁紧轴行程的位置信息；所述井控防喷器从机，包括主控制器，从机ZigBee无线传感器数传模块和锁紧轴行程位置检测模块；所述主控制器用于接收并处理所述锁紧轴行程位置检测模块发送的锁紧轴行程的位置信息；所述从机ZigBee无线传感器数传模块包括从机接收模块和从机发送模块，所述从机接收模块用于接收所述主机ZigBee无线传感器数传模块发送的关井信号并通知所述主控制器进入工作状态，所述从机发送模块用于发送所述主控制器处理之后的所述锁紧轴行程的位置信息；所述锁紧轴行程位置检测模块用于检测所述锁紧轴行程的位置信息，并将所述位置信息发送至所述主控制器。
[0006]进一步的，所述锁紧轴行程位置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磁性物质在锁紧轴上吸附的位置信息，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。
[0007]其中，所述霍尔式接近开关通过加工件固定在防喷器锁紧轴外侧的圆筒形护罩头部的前端。[0008]优选的，所述加工件为一圆环，所述圆环的上方和左、右两侧，开设有M12X20的螺纹孔，用于固定所述霍尔式接近开关，所述圆环表面均匀开设有四个螺纹孔，用于通过螺丝与所述锁紧轴外侧的圆筒形护罩固定连接，所述圆环壁内部设有走线槽，所述走线槽汇至到整个圆环件的左下方或右下方。
[0009]在一些可选的实施例中，所述系统还包括温度监测模块，所述温度监测模块包括温度传感器和温度采集电路，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。
[0010]在一些可选的实施例中，所述系统还包括温控模块，所述温控模块包括电加热板和温控电路，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。
[0011]进一步的，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。
[0012]在一些可选的实施例中，所述电源模块外接后备电池模块，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。
[0013]本发明所带来的有益效果:可自动控制和测量井控防喷器锁紧轴行程的位置，无需借助人力，快捷有效地确定防喷器锁紧轴行程的各段位置信息，将采集的数据实时发送到司钻操作控制台的电脑显示界面，从而使得钻井井场井控的管理能力更加智能化、人性化。
[0014]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】
[0015]下面结合附图对【具体实施方式】做出进一步的详细说明。
[0016]图1是一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统的示意图；
图2是锁紧轴行程位置检测模块示意图；
图3是温度监测模块示意图；
图4是温控模块示意图。
【具体实施方式】
[0017]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。
[0018]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。
[0019]如图1所示，一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统，包括司钻台监控中心主机101和对应不同位置的井控防喷器从机102，还包括与所述司钻台监控中心主机101相连接的主机ZigBee无线传感器数传模块103。所述司钻台监控中心主机101包括人机交互子模块104，用于突发井喷状况时，根据相应位置的按钮动作，关闭对应的防喷器。所述主机ZigBee无线传感器数传模块103包括主机发送模块1031和主机接收模块1032，关井信号通过司钻台监控中心主机101连接的主机ZigBee无线传感器数传模块103中的所述主机发送模块1031发出，途中可经过多级路由器的中转，最终将指令传送至指定地址的从机。其中，根据一帧数据的起始两位字节地址搜索指定的ZigBee从机设备，通过“握手”机制，相应的从机设备的控制器由待命状态进入工作状态。所述“握手”机制属于现有技术，不再赘述，并且对应不同的位置有不同的井控防喷器从机，突发状况时，只需关闭需要的从机设备即可，以下以一个从机设备为例进行说明。
[0020]所述井控防喷器从机102，包括主控制器105，从机ZigBee无线传感器数传模块106和锁紧轴行程位置检测模块107。所述从机ZigBee无线传感器数传模块106包括从机接收模块1061和从机发送模块1062，所述从机接收模块1061用于接收所述主机ZigBee无线传感器数传模块103发送的关井信号并通知所述主控制器105进入工作状态。
[0021]所述主控制器105可采用STC单片机，平时处于待机状态，等待所述司钻台监控中心主机101发出关井启动信号，此时工作指示灯熄灭，当所述主控制器105由待命状态进入工作状态后，工作指示灯常亮。之后，所述锁紧轴行程位置检测模块107实时采集锁紧轴的行程位置信息，并将所述锁紧轴的位置信息发送至所述主控制器105。
[0022]所述主控制器105用于接收并处理所述锁紧轴行程位置检测模块107发送的锁紧轴行程的位置信息，所述主控制器105将获取的数据流即锁紧轴行程的位置信息，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，并且通过所述从机ZigBee无线传感器数传模块106中的所述从机发送模块1062向远端发送出去。途中可经过多级路由中转，最终将数据传送至司钻监控中心101的服务器上位机界面，直观地显示出锁紧轴的行程位置，通过组态软件，形象直观地观测锁紧轴的行程过程。
[0023]一旦接收到可靠关井信息，所述司钻台监控中心主机101发出工作停止命令，再次通过“握手”机制，使相对应的所述井控防喷器从机102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。所述司钻台监控中心主机101的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。
[0024]在一些可选的实施例中，如图1和2所示，所述锁紧轴行程位置检测模块107包括霍尔式接近开关201和单片机IO接口电路202，所述霍尔式接近开关201用于采集磁性物质在锁紧轴上吸附的位置信息，发出开关量信号，所述单片机IO接口电路202用于接收所述开关量信号，并将其读入所述主控制器105。事先在防喷器锁紧轴的不同特定位置吸附数量不等的强磁性磁铁，关井时，防喷器锁紧轴做旋进运动，所述单片机IO接口电路202的IO引脚进入循环扫描状态，外接固定牢靠的霍尔式接近开关201。当磁铁运动至接近开关测试范围之内，所述霍尔式接近开关201尾部指示灯常亮，并置所述单片机IO接口电路202的IO引脚为高电平，所述IO引脚采用120K电阻拉至高电平，以匹配所述霍尔式接近开关201内阻。根据探测到的磁铁数量不等，精确获取锁紧轴行程的位置信息。
[0025]在一些可选的实施例中，所述霍尔式接近开关通过加工件固定在防喷器锁紧轴外侧的圆筒形护罩头部的前端，可更好地固定霍尔式接近开关，达到理想、精确的测试效果。[0026]在一些可选的实施例中，所述加工件为一圆环，所述圆环的上方和左、右两侧，共三处位置开设有M12X20的螺纹孔，用于固定所述霍尔式接近开关。所述圆环表面均匀开设有四个螺纹孔，用于通过螺丝与所述锁紧轴外侧的圆筒形护罩固定连接，牢靠固定在圆筒形护罩的前端，受到外力冲击时，不会轻易脱落。所述圆环壁内部设有走线槽，所述走线槽汇至到整个圆环件的左下方或右下方，通过防爆电连接器插座，与外部系统连接并进行数据传送。
[0027]在一些可选的实施例中，如图1和3所述的一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统还包括温度监测模块108，所述温度监测模块108包括温度传感器301和温度采集电路302。所述温度传感器301可采用DS18B20温度传感器芯片，实时采集温度信息，所述温度采集电路302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。
[0028]在一些可选的实施例中，如图1和4，所述的一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统还包括温控模块109，所述温控模块109包括电加热板401和温控电路402。所述主控制器105对接收到的数据进行解析处理后，判断温度值是否低于设定值下限，一旦低于该数值，单片机相应IO 口发出低电平，开启固态继电器，启动所述温控电路402。此时，所述电加热板401接入220V交流电回路，为所述电加热板401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402，所述电加热板401与220V交流电断开连接。由此保证所述电加热板401周围环境温度可调可控。
[0029]在一些可选的实施例中，如图1所示，还包括为整个系统提供电力供应的电源模块110，所述电源模块110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110内部有380V交流电过压保护和短路保护电路。
[0030]在一些可选的实施例中，如图1所示，所述电源模块110外接后备电池模块111，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，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。
[0031]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。
[0032]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】
1.一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统，包括司钻台监控中心主机和对应不同位置的井控防喷器从机，其特征在于， 还包括与所述司钻台监控中心主机相连接的主机ZigBee无线传感器数传模块，所述司钻台监控中心主机包括人机交互子模块，用于突发井喷状况时，根据相应位置的按钮动作，关闭对应的防喷器； 所述主机ZigBee无线传感器数传模块包括主机发送模块和主机接收模块，所述主机发送模块用于发送关井信号，所述主机接收模块用于接收锁紧轴行程的位置信息； 所述井控防喷器从机，包括主控制器，从机ZigBee无线传感器数传模块和锁紧轴行程位置检测模块； 所述主控制器用于接收并处理所述锁紧轴行程位置检测模块发送的锁紧轴行程的位置信息； 所述从机ZigBee无线传感器数传模块包括从机接收模块和从机发送模块，所述从机接收模块用于接收所述主机ZigBee无线传感器数传模块发送的关井信号并通知所述主控制器进入工作状态，所述从机发送模块用于发送所述主控制器处理之后的所述锁紧轴行程的位置信息； 所述锁紧轴行程位置检测模块用于检测所述锁紧轴行程的位置信息，并将所述位置信息发送至所述主控制器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述锁紧轴行程位置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磁性物质在锁紧轴上吸附的位置信息，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。
3.根据权利要求1所述的一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统，其特征在于，所述霍尔式接近开关通过加工件固定在防喷器锁紧轴外侧的圆筒形护罩头部的前端。
4.根据权利要求3所述的一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统，其特征在于，所述加工件为一圆环，所述圆环的上方和左、右两侧，开设有M12X20的螺纹孔，用于固定所述霍尔式接近开关，所述圆环表面均匀开设有四个螺纹孔，用于通过螺丝与所述锁紧轴外侧的圆筒形护罩固定连接，所述圆环壁内部设有走线槽，所述走线槽汇至到整个圆环件的左下方或右下方。
5.根据权利要求1所述的一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统，其特征在于，还包括温度监测模块，所述温度监测模块包括温度传感器和温度采集电路，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。
6.根据权利要求5所述的一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统，其特征在于，还包括温控模块，所述温控模块包括电加热板和温控电路，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。
7.根据权利要求1所述的一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统，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。
8.根据权利要求7所述的一种井控防喷器锁紧轴行程位置测量系统，其特征在于，所述电源模块外接后备电池模块，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】G05D23/30GK103941706SQ201410185376
【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, 李欣, 常志刚, 姜寅令, 张会珍, 王婷婷 申请人:东北石油大学