不压井修井机油管夹持机构自动控制装置.pdf

不压井修井机油管夹持机构自动控制装置属不压井修井作业设备领域，用于不压井修井作业设备。包括以装载自编软件的控制器为核心的控制装置、以及多个电磁阀，与电磁阀数量相同的油压传感器，与电磁阀数量相同的液压油缸，其特征在于：由DI输入模块、CPU运算处理器、DO输出模块、功率放大器依次相连以及A/D输入模块和CPU相连所构成的数据处理装置；由八个电磁阀，六个液压油缸和二个液压阀件，夹持机构构成执行装置，在A/D模块的输入端还连接八个油压传感器，上述传感器逐一连接于上述的各液压油缸或液压阀的进油管路上，解决了油管夹持机构手动操作繁锁易失误导致的设备安全性问题，降低了操作人员的劳动强度。

1.  不压井修井机油管夹持机构自动控制装置，包括控制装置，以及多个电磁阀，与电磁阀数量相同的油压传感器，与电磁阀数量相同的液压油缸为执行装置，其特征在于：由DI输入模块、A/D输入模块、CPU运算处理器、DO输出模块、功率放大器依次相连所构成数据处理控制装置，在DI输入模块的输入端，分别连接“上提/下压”、“下一步”、“紧急停车”的工况操作开关，在功率放大器的输出端，分别连接上卡瓦(1)、下卡瓦(3)、上防喷器(2)、下防喷器(4)、平衡截流阀(7)、放喷截流阀(8)、半封防喷器(5)、全封防喷器(6)功能的电磁阀，各电磁阀分别与一油缸或者气缸相连，在A/D模块的输入端还连接八个油压传感器，上述传感器逐一连接于上述的各液压油缸或者液压阀件的液压进油管路上。

2.  根据权利要求1所述的不压井修井机油管夹持机构自动控制装置，其特征是：所述的控制装置的液晶屏置于井架的二层台上与置于车台上控制装置采用网络通讯方式相联。

不压井修井机油管夹持机构自动控制装置
技术领域：
本发明新型涉及油气田不压井修井作业设备的油管夹持机构自动控制装置。
背景技术：
所谓不压井作业就是油井不用泥浆压井，水井不放喷，而是在井口自封防喷器的控制下强行起下油(水)管柱作业的一种先进作业工艺。不压井修井机主要由底盘、发动机、变速箱、液压系统、气压系统、油管夹持机构等部件组成。其中，油管夹持机构主要由上卡瓦、上防喷器、下卡瓦、下防喷器、平衡截流阀、放喷截流阀、全封防喷器、半封防喷器8个装置组成，通过以上装置的顺序动作实现油管提升和下压过程中油管的夹持，这8个装置的动作是通过6个液压油缸和2个液压阀件一一对应驱动，通过位于二层台上的8个液压操作手柄逐一控制上述的液压油缸和液压阀件。不压井作业主要是油管上提和下压工况，油管上提工况由三个步骤组成：第一步、第二步、第三步，下压工况也是由三个步骤组成：第一步、第二步、第三步。实现上提(或下压)多根油管就要反复执行上提(或者下压)油管工况的三个步骤，每一步骤都需油管夹持机构多个装置的顺序动作。在上提(或下压)多根油管过程中仅采用液压手动控制方式存在以下缺陷：每一步的实现需要多个液压操作手柄有顺序的操作，因此实现每次不压井修井作业需要每个液压操作手柄反复有顺序的多次操作，易造成误操作；位于二层司钻台上的操作手柄与位于车台上的执行阀件连接的液气管线数量达二十余根，管线布置困难，维护性差；无系统安全保障，对于一些故障安全隐患，操作人员无法预测和判断。基于以上缺陷，需开发出一种能够实现油管夹持的自动控制装置。
发明内容：
本发明目的是针对不压井修井作业工况，提供一种油管夹持机构自动控制装置，实现油管提升和下压过程中油管的有序夹持。
为实现上述目的，本发明包括以装载自制软件的控制器为核心的控制装置、以及多个电磁阀，与电磁阀数量相同的油压传感器，与电磁阀数量相同的液压油缸、阀件，以及液晶显示屏。其特征在于：由DI输入模块、CPU运算处理器、DO输出模块、功率放大器依次相连以及A/D输入模块和CPU相连所构成数据处理装置；由与CPU相连的液晶屏和声光报警器构成数据显示和报警装置；由八个电磁阀，六个液压油缸和二个液压阀件，夹持机构构成执行装置；由八个安装在液压油缸或者液压阀件的液压进油管路上的油压传感器构成检测装置。在DI输入模块的输入端，分别连接“上提/下压”、“下一步”、“紧急停车”操作开关，操作开关位于二层台的操作台上。在功率放大器的输出端，分别连接八个电磁阀，所有电磁阀位于车台尾端的液气阀件箱内，其中1#电磁阀与通过凸轮机构固定于上卡瓦上的液控油缸通过液压油路相连，2#电磁阀与通过凸轮机构固定于上防碰器上的液控油缸通过液压油路相连，3#电磁阀与通过凸轮机构固定于下卡瓦上的液控油缸通过液压油路相连，4#电磁阀与通过凸轮机构固定于下防碰器上的液控油缸通过液压油路相连，5#电磁阀与通过凸轮机构固定于半封防碰器上的液控油缸通过液压油路相连，6#电磁阀与通过凸轮机构固定于全封防碰器上的液控油缸通过液压油路相连，7#电磁阀与平衡截流阀通过液路相连，8#电磁阀与放喷截流阀通过液路相连；在A/D模块的输入端还连接八个油压传感器，上述传感器逐一连接于上述的各液压油缸或者液压阀件的液压进油管路上。液晶屏置于井架的二层台上与置于车台上控制装置采用网络通讯方式相联。
在上提油管工况时，一切工作准备就绪后按动“下一步”开关，进入第一步工序，相应的开关量信号通过DI输入模块中相应的通道，进入CPU运算处理器；同时各油压传感器检测的油压信号通过A/D输入模块中相应的通道，进入CPU运算处理器；CPU运算处理器根据所写入的工况逻辑关系对输入信号进行综合处理，逐一有序的输出开关量信号，通过DO输出模块中的相应通道，进入功率放大器获得放大，使各电磁阀得电状态得到改变，进而使与各电磁阀所对应的液控油缸以及阀件开启或者关闭动作。第一步工序完成后，再执行第二步后执行第三步，第二步和第三步的执行过程与上述过程相似，通过以上执行过程实现了上提油管工况下油管夹持机构的自动控制。
下压油管工况与上提油管工况的执行过程相似。
当出现紧急事故时，按下紧急停车开关，相应的开关量信号通过DI输入模块中相应的通道，进入CPU运算处理器，CPU同时输出八路开关量信号，通过DO输出模块中的通道，同时使八个电磁阀得电，全封油缸打开，其余的油缸和节流阀都关闭，使夹持机构处于夹紧油管的状态，设备停止工作。
另外，液晶屏上实时显示各管路液压油压力值以及工况操作状态以及故障信息等，并通过操作台上的声光报警器进行声光报警。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用数据处理装置、数据显示和报警装置、执行装置，实现了油管夹持机构的夹紧与松开动作的自动控制，使操作人员无需记忆繁琐的操作流程，操作控制简单、便捷，而且能对作业过程故障进行诊断以及报警，提高了作业的安全性。
2、二层台上液晶屏与车台上控制装置采用网络通讯方式，网线布置简单，维护方便。
附图说明：
图1为本发明结构框图
图2为油管夹持机构示意图
具体实施方式：
下面通过一个实例对本发明进行说明。
参见图1，图2，在不压井修井作业过程中，在油管9的运动行程路径中设置油管夹持机构使油管9能够有序的被夹持，油管夹持机构由上卡瓦1、上防喷器2、下卡瓦3、下防喷器4、半封防喷器5、全封防喷器6，平衡截流阀7、放喷截流阀8等构成。上述装置与相对应的液控油缸通过凸轮机构相连，与安装在车台上的八个电磁阀一一对应相连，同时有八个油压传感器逐一安装在上述油缸和阀件的液路进油管路上，在二层台10的操作台上安装“上提/下压”、“下一步”、“紧急停车”三个操作开关，这三个操作开关分别连接于DI输入模块的输入端，而所述的八个电磁阀，分别连接于功率放大器的输出端，在DI输入模块与功率放大器之间依次连接CPU运算处理器、DO输出模块，同时，八个油压传感器通过电气连接于A/D输入模块的输入端，A/D输入模块与CPU运算处理器连接，它们构成本发明的自动控制装置，在CPU运算处理器内装载了各个工序下各油缸顺序关系的自编软件；液晶屏置于井架的二层台上与置于车台上控制装置采用网络通讯方式相联，与CPU相连的液晶触摸屏能够显示所有的油压实时值，工序状态情况以及报警状态信息。
上提和下压油管的实现过程如下所述：
上提油管工况时，将工况选择开关置于“上提油管”位置，一切准备就绪后，操作人员可根据现场施工情况按“下一步”开关，使7#电磁阀得电进行换向，使平衡节流阀7由关闭状态切换为开启状态，同时，平衡阀油压传感器将实时检测的油压信号通过A/D输入模块中相应的通道，进入CPU运算处理器，与自编程序中的设定值比较判断确定平衡阀7已经打开，此时液晶屏上的平衡阀指示灯由绿色变为红色，CPU运算处理器再次自动输出开关量信号使下防喷器电磁阀得电进行换向，使下防喷器油缸由关闭状态切换为开启状态，同时，下防喷器压力传感器检测的油压信号通过A/D输入模块中相应的通道，进入CPU运算处理器，与自编程序中的设定值比较判断，即确定下防喷器4已经打开，此时液晶屏上的下防喷器指示灯由绿色变为红色，CPU运算处理器再次自动输出开关量信号使下卡瓦电磁阀得电进行换向，使下卡瓦油缸由关闭状态切换为开启状态，同时，下卡瓦的压力传感器检测的油压信号通过A/D输入模块中相应的通道，进入CPU运算处理器，与自编程序中的设定值比较判断，确定下卡瓦3已经打开，此时液晶屏上的下卡瓦指示灯由绿色变为红色，手动操作上提游动头到位，即实现了上提油管工况的第一个工序。第一步工序执行完后，进入第二步工序，执行过程与第一步工序过程类似，第二步工序完成后，进入第三步工序，执行过程与第一步工序过程类似，第三步工序完成后，实现了对单根油管的上提过程中的油管夹持机构的自动控制。多根油管的提升夹持机构执行过程反复重复上述步骤。
下压油管工况时，夹持机构的自动控制执行过程与上提油管工况类似，在此不再赘述。
当出现紧急事故时，按下紧急停车开关，相应的开关量信号通过DI输入模块中相应的通道，进入CPU运算处理器，CPU同时输出八路开关量信号，通过DO输出模块中的通道，使8个电磁阀得电，使除全封油缸打开外，其余的所有油缸和截流阀都关闭，使夹持机构处于夹紧油管的状态，以保护不压井作业设备。