数控油井计量站阀组.pdf

本发明涉及一种通用机械装置，确切地说涉及一种可以用于石油、化工、冶金等行业的数控油井计量站阀组，属于机电一体化的通用机械配件技术领域。
    油田生产为了掌握每口油井的作业情况，要将油井的产油，产水和产气量分别进行计量。通常的办法是用一个计量站，将属于该计量站量测的油井来油管道引入这个站，再将被计量油井的来油先分离成油、水、气三相，然后才按照规定的计量流程，分别计量各相的产量。一套计量流程只能计量一口井的产量，现在的办法是每口井连续计量24小时，然后由操作人员启闭阀门切换成计量另一口井。一个计量站管理量测6～10口井，因而实际上每口井是每周或每旬轮流转换采样计量一天，再把这一天的采样产量推算成一个计量周期的产量。

    为了能切换每一口井是否进入计量流程，各计量站都配置有一套阀门组来进行切换。目前油田多数采用人工切换。每次切换都要同时启闭四个阀门，十分繁琐麻烦，劳动强度大;也有的计量站试用自动化技术来控制多动阀或三通阀的切换，但控制装置的机电结构复杂，系统工作可靠性差，未能普遍推广。

    本发明的目的是提供一种机电一体化的计量站阀组，能够实现各油井阀组的自动切换，取代人工操作;并且装置结构简单，通用性强，工作稳定可靠。

    本发明是一种机电一体化的通用机械配件，它是采用标准常规通用机械产品，经过优化配套组合以后，再辅以信息技术的新成果，从而实现计算机过程控制的高技术成果，也是取代原计量站传统设备的更新换代装置。

    图1是本发明的机械结构示意图。

    图2是本发明的控制系统组成结构示意图。

    图1所示地阀组共管理10口油井来油管道的计量，分别以编号№1～№10区别之。图中1是三通，其中间法兰接各油井的来油管道，其两端即三通与进入计量流程汇管2和进入不计量流程汇管3的连接之处都分别装有一个蝶阀4。并且，同一个三通的两个蝶阀4的操作杆5的末端都由一个连杆6把它们连接构成一个四连杆机构，且在每个四连杆机构的一个对角上都装有一个气缸7。该气缸在其伸展时，使各个三通的上端蝶阀开启，如图所示，№1和№10的气缸活塞伸展向外，使其对应的蝶阀4的操作杆都向上方伸出，就使得来自这些井口管道的油流向非计量汇管3。该气缸在其收缩时，<如图示№9气缸位置>，使该三通的下端蝶阀开启，这样，就可以使来自№9井口的油流向计量汇管2，即进入测量№9油井生产作业状况的流程。各个蝶阀所关联的气缸7都有自己的两个进气口（图示以字母U、D分别表示之），均分别用橡胶软管或塑料软管使之与气缸相对应的二位三通电磁阀的两个排气口连通（为了图面的整洁，各软管都省略未画）。本发明中的蝶阀可以选用河北省机械进出口公司经销的规格为DN50～DN80的中低压闸阀产品。所述的气缸也是标准的气动仪表元件，可以选用广东省肇庆气动仪表厂行程为200毫米或其他适用规格的产品。电磁阀的规格采用1/4英寸的就可以了。

    需要指出的是蝶阀4上方的气缸和操作杆，连杆组成的四连杆启闭蝶阀的机构可以用气动阀门来替代之，也就是直接用二位三通电磁阀通过气动阀门控制蝶阀的启闭，这样机械结构就更加简单了，而其他控制装置及控制逻辑都可保持不变。

    参见图2，每个气缸都对应有一个两位三通的电磁阀12控制该气缸的动作，而每个电磁阀12的电磁线圈8则由插装在控制介面箱9里的各个对应的适配模块10来操纵其加电状况的。我们知道，作为机电一体化基本装置的控制介面箱9是装有微型计算机的通用管理系统过程控制工作站11的一个外围设备。在控制介面箱里都安装有接口介面（又称工业控制器），这些接口介面通过各种数字的和/或模拟的集成适配模块把各种输入（采集）数据装置或输出（执行）数据装置都与中央控制微机逐一连通，构成一个有机联系的控制整体系统。控制介面箱9在这里起到转换信息的媒介作用，使各个气缸（也就是每个蝶阀）经过电磁阀的动作接收通用管理系统过程控制工作站11的统一管理和平衡协调。所以，图2不仅表示了本发明的组成结构，也表示了其系统的工作原理。也就是：本发明对每口井的计量/不计量状态系由两位三通电磁阀的动作来改变气缸的活塞运动方向，从而打开相应井口的蝶阀来完成的。因而每口井都有一对应的1/4英寸的两位三通电磁阀12，每个电磁阀的线圈8则由插装在控制介面箱9里的接口介面上的适配模块10来控制其接通或断开电源。控制介面箱9是中央控制设备-管理系统过程控制工作站11的一个外围设备，并接收其指令动作。本发明中的接口介面箱可以选用美国机电一体化设备公司的标准产品I/O  K  32A。其中的接口介面为美国OPT22系列的PB16AH或PB16H。适配模块也是通用的标准选件，如可用OAC5等型号。通用过程控制工作站也是当代的机电一体化标准系列产品，可以选用美国机电一体化设备公司ME（MECHATRONIC  EQUIPMENT  INC.）的CS-1型号产品。这种工作站里装有通用的过程控制软件PARAGON，这种软件能进行自适应调节和控制的智能化操作，只要用户按照人机会话式交互性操作把油田的管理策略输入工作站，该软件PARAGON就能自动生成属于其管理部分的过程控制应用软件。所以，只要把计量站的控制策略输入过程控制工作站，就使该计量站成为工作站所管理的整个控制系统的一个组成部分。这个计量站的阀组也完全成为该油田机电一体化系统中的一个有机局部组成了。各阀组的开启和关闭都纳入了工作站的数字控制系统，从而可以完全取代人工操作，减轻劳动强度，提高工作效率。本发明为整个油田生产纳入信息技术管理的一项基础设施。

    由于本发明中各个机械部件的结构很简单，其中所有易损件都是长寿命、高可靠性的，例如其中蝶阀可动作30，000次无泄漏;气缸的动作寿命为30，000次以上;电磁阀如选用CKD或类似技术水平的产品，动作寿命也可达到30，000次以上。因此，本发明的整套装置的使用寿命和可靠性都是很高的，机电结构简单，通用性强。