一种自控压式高效多功能撬装罐电控系统的制作方法

本发明涉及石油钻井，更具体地说涉及一种自控压式高效多功能撬装罐电控系统。

背景技术：

1、在石油钻井工程作业中，当出现钻井井漏事故，使大量的泥浆液体漏失，如不及时处理，会发生井控风险。常用处理方式，是利用特定的泥浆材料配堵漏浆泵注入到井里堵住漏失底层，实现钻井液正常循环，钻井作业安全运行。

2、目前钻井队传统处理钻井井漏是用现场的泥浆罐进行堵漏浆的配制，再通过现场的钻井泥浆泵注入到井里进行堵漏，其存在如下缺点：

3、（1）配堵漏浆无专用的配浆罐，配浆效率低，质量不高并占用现场重要设备。

4、（2）堵漏浆的特殊材料容易堵塞现场的泵和管线。

5、（3）堵漏控制使用钻井泥浆泵堵漏，司钻在司控房控制泵的手轮（模拟量）调节泵入量，无法做到精准控制泵入的流量和压力，易使堵漏效果不好或堵漏失败，致井下事故复杂化且增大钻井成本。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明公开了一种自控压式高效多功能撬装罐电控系统，本发明为结合新型撬装堵漏罐功能特点和钻井堵漏工艺控制要求，设计的一套适合钻井现场专用的配浆、钻井液搅拌、堵漏泵控制和预警监控等一体全流程化可视化集中式电气电控系统。更好的提升井漏事故时进行补漏作业效率，能够快速响应，程序简化，减少井下风险、井控风险，安全保障钻井生产作业。

2、为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

3、一种自控压式高效多功能撬装罐电控系统，包括控制系统，所述控制系统包括中央处理器、从站、工控机、交换机、无线传输模块、控制终端和变频器；

4、所述中央处理器、从站、工控机分别与所述交换机连接，所述交换机连接所述无线传输模块和变频器，所述控制终端与所述无线传输模块无线通信连接；

5、所述变频器包括搅拌器直驱电机变频器和堵漏泵直驱电机变频器；

6、所述搅拌器直驱电机变频器连接撬装罐储浆搅拌系统的变频直驱电机，控制变频直驱电机连接的叶轮在储罐内转动将配置后的流体进行搅拌；

7、所述堵漏泵直驱电机变频器连接撬装罐重浆循环系统的交流变频直驱电机，控制交流变频直驱电机连接的堵漏泵运行，对搅拌后的流体进行泵注、挤注和憋压候堵。

8、优选的，所述控制系统还连接撬装罐配浆系统的砂泵，控制砂泵运行配置多种钻完井作业中的流体。

9、优选的，所述搅拌器直驱电机变频器包括第一搅拌器直驱电机变频器和第二搅拌器直驱电机变频器，所述第一搅拌器直驱电机变频器和第二搅拌器直驱电机变频器分别控制两个变频直驱电机连接的两个叶轮在储罐内转动将配置后的流体进行搅拌。

10、本发明中，中央处理器（cpu、主站）的作用是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据；从站（wago）的作用是由主站选择用以接收数据的数据站；工控机的作用是实现自动化控制、数据采集和处理、远程监控和管理、安全控制的计算机；交换机（hub）的作用是对接收到的信号进行再生整形放大；无线传输模块的作用是实现控制终端与交换机（hub）的无线通信；控制终端的作用是输入和输出设备进程的信号反馈、控制。堵漏泵直驱电机变频器（vf1）的作用是撬装罐堵漏泵交流变频直驱电机驱动控制作用；第一搅拌器直驱电机变频器（vf2）的作用是1#搅拌器直驱电机驱动控制作用；第二搅拌器直驱电机变频器（vf3）的作用是2#搅拌器直驱电机驱动控制作用。

11、优选的，所述电控系统还包括照明系统和监测系统，所述照明系统和监测系统均与所述控制系统连接，照明系统安装在撬装罐上对撬装罐进行照明，监测系统安装在撬装罐上监测撬装罐的运行。

12、优选的，所述流体包括堵漏浆、解卡液、凝胶、段塞封堵液、举砂稠浆。

13、本发明的电控系统是针对新型撬式结构堵漏浆专用撬装罐而设计的电气控制系统。撬装罐右端设有混合漏斗（射流漏斗）、砂泵、管线及泥浆散料加注装置，可实现泥浆快速加注与混合。中间设有35m³储罐，可存储加重泥浆、堵漏泥浆等。左端设有堵漏泵区和控制区。堵漏泵区设置1台450hp多功能直驱堵漏泵，该泵采用350kw交流变频电机直驱，可将桥浆、凝胶、解卡剂、高失水补漏浆和固化类补漏浆(水泥浆)泵送入井底。控制区设有控制房和控制柜，房内有控制台，可满足操作人员对整个流程进行控制和监视。

14、优选的，所述控制系统集成在控制房内，所述控制房内设置有防爆正压空调送风装置，控制房内还设置有防爆灯具、进线柜、控制柜、变频柜、变压器。

15、本发明中，电气控制系统集成在控制房内，是撬装罐的控制中心，实现对堵漏泵、配浆系统、搅拌器、照明的远程控制，具有有效的减震防震措施，采用防爆正压空调送风装置，在电气元件制冷降温的同时，实现集中控制房内部正压防爆。（配备防爆灯具、进线柜一台、控制柜一台、变频柜一台、变压器1台，供电电压：600v/50hz或400v/50hz，三相。堵漏泵电机驱动采用600v电制，其余小功率电机采用400v电制。）

16、本发明中，控制系统体总体积较小，所有控制元器件都在集成一个控制房内，控制房安装在堵漏罐本体侧方，控制系统可实现堵漏泵流量和压力精准可控可调，能适用于各种井场的变配电供电；通过plc操作台、旁路、遥控控制终端界面三种方式控制泵的转速、压力和各种电器设备运转；能实现自诊断（报警，急停等）各种运行参数，能在遥控界面中显示工作状态，并能对设备实时控制；控制台可满足操作人员对整个流程进行控制和监视；该电控系统具有散料快速加注、高效搅拌、液面报警、入井流体计量、自动控制、直驱泵无级调速等功能；电气防爆符合井场要求，设备和控制系统可靠性较高。其具体内容如下：

17、1、控制系统可实现堵漏泵流量和压力精准可控可调，能适用于各种井场的变配电供电。

18、优选的，所述监测系统包括泵冲传感器和压力传感器；

19、所述泵冲传感器安装在堵漏泵的泵冲上采集泵冲数据，并将采集的泵冲数据发送至控制系统，控制系统根据泵冲数据和堵漏泵机械参数，得到堵漏泵流量数据；

20、所述压力传感器安装在堵漏泵高压端输出管线上采集压力数据，并将采集的压力数据发送至控制系统；

21、所述控制系统根据堵漏泵流量数据和压力数据，控制堵漏泵连接的交流变频直驱电机无极调速，精准控制堵漏泵的运转速度，进行产需要的流量或泵压控制。

22、本发明中，流量和压力是用户要求的技术参数，通过调节控制堵漏泵运转速度来实现用户要求的参数。（1）流量数据是通过泵冲传感器反馈采集信号与堵漏泵机械参数综合计算出来的数据。（2）压力是通过堵漏泵高压端输出管线所接压力传感器，采集数据反馈回来的信号数字量值。

23、操作人员通过人机操控界面输入堵漏泵的泵冲值，进行电机的无极调速，可以精准控制堵漏泵的运转速度，实现生产需要的流量或泵压。该控制系统的输入电源可以适应各种钻修井场400v或600v，455kw的供电，也可以自备一台500kw发电机进行电源供电。

24、2、通过plc操作台、旁路、遥控控制终端界面三种方式控制泵的转速、压力和各种电器设备运转。

25、优选的，所述控制系统还包括安装在控制房内、控制撬装罐旁路运行的手轮和各类开关旋钮；

26、所述控制系统包括操作台控制、旁路控制、控制终端控制三种控制方式，控制泵的转速、压力和各种电器设备运转：

27、所述操作台控制为：操控工控机的操作台控制；

28、所述旁路控制为：操控电气控制房内给定手轮和各类开关旋钮控制；

29、所述控制终端控制为：操控控制终端的触摸屏界面进行控制。

30、本发明中，控制泵的转速、压力和各种电器设备运转可通过三种方式：1.操控电气控制房内可编程逻辑控制器触摸屏界面控制。2.旁路方式下，操控电气控制房内给定手轮和各类开关旋钮控制。3.操控便携手持式终端设备进行触摸屏界面控制。

31、3、能实现自诊断（报警，急停等）各种运行参数，能在遥控界面中显示工作状态，并能对设备实时控制；控制台可满足操作人员对整个流程进行控制和监视。

32、优选的，所述监测系统包括若干传感器，所述若干传感器采集撬装罐的运行数据，并将运行数据发送至控制系统，控制系统的显示界面显示采集的数据，并在异常时报警。

33、本发明中，通过采集各类传感器信号接入程序控制系统，在操作界面实现可视化数值显示工作状态，或参与运算进行异常情况的报警及停止的控制，从而起到堵漏泵异常状态下的保护作用。人机界面的操控装置具有各类电气设备的运转状态的实时显示功能，操作人员可直观的掌握电气设备的运行情况，进行监视和操控。

34、4、电控系统具有散料快速加注、高效搅拌、液面报警、入井流体计量、自动控制、直驱泵无级调速等功能。

35、优选的，所述控制系统还连接撬装罐储浆搅拌系统的液面检测仪，所述液面检测仪采集撬装罐储浆搅拌系统的储罐的液面数据，并将采集的液面数据发送至所述控制系统，控制系统根据液面数据进行液面报警。

36、本发明中，控制系统控制撬装罐配浆系统的砂泵运行，实现散料快速加注；控制撬装罐储浆搅拌系统的叶轮转动，实现高效搅拌；通过液面检测仪发送的储罐液面数据，进行液面报警；通过上述泵冲传感器得到入井流体流量；自动控制各类泵、各类传感器、阀门等运行，实现自动控制；控制堵漏泵无级调速。

37、本发明中，该电控系统通过控制堵漏泵电机、搅拌器电机、砂泵电机、电动蝶阀等电气设备，采集各类传感器信号进行控制保护及监视。实现散料快速加注、高效搅拌、液面报警、入井流体计量、自动控制、直驱泵无级调速等功能平稳运行。

38、优选的，所述堵漏泵的进口管连接至储罐内，并在其上设置有第一电动蝶阀，堵漏泵的出口管连接至地面闸阀组或钻台面闸阀组，并在其上设置有电动闸阀；

39、所述砂泵的进口管连接至储罐内，并在其上设置有第二电动蝶阀，砂泵的进口管还连接有外部补充管，所述外部补充管上设置有手动蝶阀；

40、所述砂泵的出口管连接至所述储罐内，并在其后段上设置有第五电动蝶阀和撬装罐配浆系统的混合漏斗；

41、所述砂泵的出口管前段设置有第四电动蝶阀，并在第四电动蝶阀前方连接有连接至所述堵漏泵的进口管的第一管路，所述第一管路上设置有第三电动蝶阀；

42、所述砂泵的出口管前段、第四电动蝶阀后方还连接有连接至所述堵漏泵的出口管的第二管路，所述第二管路的两端分别设置有第一球阀和手动闸阀，第二管路还连接有清洗管路，所述清洗管路连通至储罐内并在其上设置有第二球阀、末端连接有清洗枪。

43、优选的，所述控制系统与所述电动蝶阀、电动闸阀连接，控制系统通过控制阀门的开闭，以及通过控制砂泵、堵漏泵和搅拌器的运行，进行砂泵灌注流程、堵漏泵自吸流程、砂泵混配流程、堵漏泵混配流程、砂泵清洗流程、补漏/挤注流程。

44、本发明中，通过切换电动蝶阀与高压闸阀，分别具备有六大工艺流程：1、砂泵灌注流程；2、堵漏泵自吸流程；3、砂泵混配流程；4、堵漏泵混配流程；5、砂泵清洗流程；6、补漏/挤注流程。各个工艺流程具体如下：

45、（1）砂泵灌注流程

46、本发明中，砂泵灌注流程是为了实现将储罐内的堵漏浆通过砂泵抽送到堵漏泵进行高压挤注。

47、优选的，所述砂泵灌注流程包括：开启第二电动蝶阀、第三电动蝶阀，并关闭其他阀门，开启砂泵；随后开启电动闸阀，并开启堵漏泵、喷淋泵和润滑泵，储罐内经搅拌器搅拌后的混合物料经砂泵输送至堵漏泵进行高压挤注；同时通过变频器控制，降低堵漏泵电机的转速，进行砂泵供液堵漏泵挤注入井。

48、本发明中，对于撬装罐的重浆循环系统，其包括了堵漏泵、喷淋系统和润滑系统，喷淋系统和润滑系统内分别设置有喷淋泵和润滑泵。

49、（2）堵漏泵自吸流程

50、本发明中，堵漏泵自吸流程是堵漏泵上水直接抽吸罐体内的堵漏浆，泵注入井内作业。

51、优选的，所述堵漏泵自吸流程包括：开启第一电动蝶阀、电动闸阀，关闭其它所有阀门，同时开启堵漏泵、喷淋泵和润滑泵，将储罐内经搅拌器搅拌后的混合物料直接经堵漏泵泵注入井；同时通过变频器控制，降低堵漏泵电机转速，进行堵漏泵自吸泵注入井。

52、（3）砂泵混配流程

53、本发明中，砂泵混配流程是采取砂泵给混合漏斗供液配浆。

54、优选的，所述砂泵混配流程包括：开启第二电动蝶阀、第四电动蝶阀、第五电动蝶阀，关闭其它所有阀门，同时开启砂泵，将储罐内的液体经砂泵输送至混合漏斗，给混合漏斗供液配浆，并将配浆后的混合物料输送至储罐内。

55、上述混配流程中，通过悬臂吊把袋料放到破袋装置上，自动破袋后通过砂泵、混合漏斗对散料进行充分混合，通过反复的混配，工作液满足使用要求。同时，堵漏泵也可以给混合漏斗供液的。

56、（4）堵漏泵混配流程

57、本发明中，堵漏泵混配流程是为加快配浆速度，采取堵漏泵给混合漏斗供液配浆。

58、优选的，所述堵漏泵混配流程包括：开启第一电动蝶阀、手动闸阀、第一球阀、第五电动蝶阀，关闭其它所有阀门，同时开启堵漏泵、喷淋泵和润滑泵，将储罐内的液体经堵漏泵输送至混合漏斗，给混合漏斗供液配浆，并将配浆后的混合物料输送至储罐内。

59、（5）砂泵清洗流程

60、本发明中，砂泵清洗流程是为了实现将外部清水通过砂泵抽送到堵漏泵，进行砂泵、堵漏泵和管线内的堵漏浆冲刷清洗。

61、优选的，所述砂泵清洗流程包括：打开手动蝶阀、第三电动蝶阀、手动闸阀、第二球阀，并开启砂泵和堵漏泵，砂泵将清水抽送至堵漏泵吸入口，进行砂泵、堵漏泵和管线内的堵漏浆冲刷清洗，清洗水再经堵漏泵输送至清洗枪，利用清洗枪对储罐进行清洗。

62、（6）补漏/挤注流程

63、本发明中，补漏/挤注流程是实现堵漏泵可以将储罐内堵漏浆泵注到井内进行堵漏作业，当储罐内堵漏浆量不够的时候，可用砂泵灌注外部补充堵漏浆给堵漏泵，泵注到井内进行堵漏施工作业的双重措施。

64、优选的，所述补漏/挤注流程包括：

65、当堵漏泵将储罐内堵漏浆泵注到井内进行堵漏作业时：开启第一电动蝶阀、电动闸阀，关闭其它所有阀门，同时开启堵漏泵、喷淋泵和润滑泵，由堵漏泵直接吸入储罐体内的堵漏浆，进行高压注送至地面闸阀组或钻台面闸阀组；

66、当储罐内堵漏浆量不够时，采取砂泵灌注外部补充堵漏浆给堵漏泵作业时：打开手动蝶阀、第三电动蝶阀和电动闸阀，关闭其它所有阀门，并开启砂泵和堵漏泵，砂泵将外部补充堵漏浆抽送至堵漏泵吸入口，堵漏泵再进行高压注送至地面闸阀组或钻台面闸阀组。

67、本发明的有益效果：

68、本发明提供的自控压式高效多功能撬装罐电控系统，堵漏泵采用交流变频电机直驱技术，使得整体结构更加紧促，体积更小、重量更轻。由一台355 kw交流变频直驱电机直接安装在450hp堵漏泵的输入轴上，将搅拌后的流体进行泵注、挤注和憋压候堵，避免堵漏浆堵塞现场的泵和管线；采用控制系统自动控制堵漏泵运行，精准控制泵入的流量和压力。

69、本发明提供的自控压式高效多功能撬装罐电控系统，使用变频直驱电机直接驱动储罐内的叶轮转动搅拌流体，通过变频器驱动电机实现转速可调，搅拌堵漏浆均匀高效，大幅度的提高堵漏浆配浆质量和配浆速度，增大传动比，更加节能。

70、本发明与循环罐配制堵漏浆和堵漏浆配制罐配置堵漏浆相比，该控制系统可节约堵漏浆配制时间，节约作业工序时间，节省堵漏成本，为井下复杂的应急处理提供了重要保障。

71、本发明通过控制阀门的开闭，以及通过控制砂泵、堵漏泵和搅拌器的运行，能实现砂泵灌注流程、堵漏泵自吸流程、砂泵混配流程、堵漏泵混配流程、砂泵清洗流程、补漏/挤注流程，实现多种功能，以适合钻井需求。

72、本发明可实现钻完井作业中多种流体高效配制、泵注、憋压等功能，并能够自动计量、自动预警、控制流量和压力，满足多种专项作业和复杂处理的要求。高效配制、快速方便泵注多种流体，采用350kw交流变频电机直驱450hp多功能高压堵漏泵，可将桥浆、凝胶、解卡剂、高失水补漏浆和固化类补漏浆(水泥浆)泵送入井底，专业操作人员在控制房或者手持无线设备远程遥控，根据需要从堵漏泵高压输出端用随车备用高压由壬和管线连接至地面或者井口高压闸阀组，从而实现高效配制快捷挤注施工目的。