一种手自一体节流控压系统
技术领域
本发明涉及油气井井控技术领域，更具体的是涉及一种手自一体节流控压系统，用于油气井的压力控制。
背景技术
目前，在油气井钻井、测试和开采过程中，当井底压力小于地层压力时，地层流体就会进入井筒，导致井底压力降低，可能会造成井下情况复杂甚至出现钻井事故，为了解决上述问题，现有的解决方法是在井口对返出流体进行节流控压，在井口形成一定的套压或者油压，控制并维持井底压力在一定范围内，从而达到安全钻进或者其他开采作业的目的。
现有的节流控压方式主要有手动控制、液动控制和电动控制三种。
目前的手动控制主要存在以下不足：操纵节流阀的工作人员，往往控制不好节流阀的开度，导致井口压力过低或过高，造成井筒内的压力系统更复杂，不利于安全作业和储层保护；手动操作的劳动强度大，容易疲劳导致误操作，增大了井控风险；手动操作响应时间慢，一旦出现紧急情况不能按要求进行及时控制；手动操作控压精度可能不能满足特殊工艺需求，比如需要对井筒进行精细的压力控制的欠平衡或者近平衡钻井作业。
目前的液动控制主要存在以下不足：液动节流控制可实现自动控制，虽然一定程度上减轻了人员劳动强度，但是液动控制不能在原有的节流管汇上进行改进，必须重新设计制造节流管汇，造成大量的浪费；目前国内液动控制节流系统，配合国内的一般节流管汇用的节流阀，响应速度慢，压力控制波动大，控压精度不能满足精细控压作业技术要求；采用国外液动控制节流阀及控制系统，成本高，每个阀件就高达在百万人民币，不利于推广应用；现有的液控自动控制节流管汇只具备了近地手动控制和通过数控房远端控制，不能在近地实现自动控制，这样一旦自动节流管汇与远程数控房的通信出现故障后(如现场通信电缆被损坏，通信网络被干扰)，不能进行数据交换，就不能实现自动控制，导致井口压力控制不能满足井筒作业的井控要求；现有的液动节流管汇要实现自动控制必须带数控房，两者不能分开使用，不适应受施工现场空间制约的海上平台钻井。
现有的电动控制能够解决手动控制和液动控制存在的上述问题，但是目前的电动控制还存在以下不足，因为现有的电动控制主要是通过在电机和节流阀的阀杆之间加装涡轮蜗杆和减速器来实现，如果把上述电动控制设计成纯自动控制，则需要另外设计一条应急手动控制节流阀的通道；如果设计成自动控制和手动控制一体的，由于存在涡轮蜗杆和减速器，节流阀从全开到全关由原来自身的几圈变成几十圈，不便于自动控制失效时，手动控制及时开闭节流阀，导致控压失败甚至引发钻井事故。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有电动控制的节流控压方式存在的问题，本发明提供一种手自一体节流控压系统。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种手自一体节流控压系统，包括进口五通、出口五通和PLC控制器，所述进口五通上设有压力检测机构，所述进口五通和出口五通之间设有节流管汇，所述节流管汇包括和进口五通相连通的五通A以及和出口五通相连接的五通B，所述五通A和五通B之间并联设有两条手自一体节流通道和一条直通通道，每条手自一体节流通道包括依次串接的手自一体节流阀、自动平板阀、滤子三通，所述手自一体节流阀和五通A之间以及滤子三通和五通B之间均设有手动平板阀B，所述PLC控制器的输入端和压力检测机构电连接，所述PLC控制器的输出端和手自一体节流阀电连接，所述出口五通和五通B之间还设有手动平板阀D。
进一步地，所述手自一体节流阀包括阀体、中空伺服电机和阀杆位置检测机构，所述阀体上设有丝杆状的阀杆，所述中空伺服电机的输出轴内设有环形螺母，所述环形螺母内侧设有和阀杆的螺纹相配合的卡扣，所述丝杆螺栓套设在阀杆外侧，所述阀杆上固定套设有手轮，所述中空伺服电机位于手轮和阀体之间，所述中空伺服电机的驱动器和PLC控制器的输出端电连接，所述阀杆位置检测机构和PLC控制器的输入端电连接，具体的，PLC控制器实时接收压力检测机构检测到的压力信号，当检测到的压力Pci<设定压力Pct-控压精度ΔPc时，PLC控制器给驱动器发出指令，驱动器控制中空伺服电机正向旋转，中空伺服电机带动阀杆下降，节流阀的阀位减小；当Pci>设定压力Pct+控压精度ΔPc时，PLC控制器给驱动器发出指令，驱动器控制中空伺服电机反向旋转，中空伺服电机带动阀杆上升，节流阀的阀位增大；当电机和PLC控制器失效时，手动旋转手轮，可以快速实现节流阀的阀位的调节；PLC控制器实时接收阀杆检测机构检测到的位置信号，当检测到阀杆处于起始或终止位置时，PLC控制器给驱动器发出指令，驱动器控制中空伺服电机停止旋转。
进一步地，所述阀杆位置检测机构包括设在阀杆一侧的两个位置传感器，两个位置传感器沿阀杆轴向设置且其中一个位置传感器和阀杆侧面相连接。
进一步地，所述压力检测机构包括压力采集装置，所述压力采集装置上设有一个压力表和多个压力传感器，所述压力传感器和PLC控制器的输入端电连接，所述压力采集装置和进口五通之间设有手动平板阀A。
进一步地，所述直通通道包括液动平板阀。
进一步地，还包括设在五通B和出口五通之间的流量检测通道，所述流量检测通道包括流量计，所述流量计和五通B之间以及流量计和出口五通之间均设有手动平板阀C。
本发明的有益效果如下：
1、本发明结构简单，当手自一体节流通道的节流阀和自动平板阀失效时，能够截断节流阀前和滤子三通后常开的平板阀来现场检修恢复通道，确保了设备在远离基地后的现场及时维保，恢复正常，确保现场施工安全；
2、本发明的PLC控制器能够从压力检测机构实时接收来自钻井或者测试、采输等作业现场的井口压力，之后控制手自一体节流阀和自动平板阀严格执行相应操作，把井口压力维持在设定值范围内，并且控压精度更高，满足精确的自动控压的要求；
3、本发明可实现近地手动控制节流阀，近地自动控制和远程自动控制节流阀，对节流阀的近地控制和远程控制可以分开，当远程控制失效时，还可以通过近地控制实现对节流阀的控制；
4、本发明采用热备份功能，并实时判断通道是否正常，是否被堵塞，若一个手自一体节流通道堵塞报警提示，并自动切换到另外一个热备份通道，若判断两个手自一体节流通道都堵塞或失效的话，一方面报警提示检修，另一方面自动开启直通通道的液动平板阀实施应急泄压；
5、本发明的手自一体节流通道采用手自一体节流阀进行控压，自动控制和手动控制相结合，相当于两条自动和两条手动节流通道，流程更简化，一方面不必专门设置一条手动节流通道，管汇流程更紧凑，体积更小，另一方面避免以前纯手动控制存在的不精确和疲劳等缺点；
6、本发明的手自一体节流通道采用手自一体节流阀进行控压，当节流阀的自动控制部分失效时，能够通过手动控制部分进行调节，并且不改变节流阀自身的开关圈数，便于紧急情况下的自动或手动控制，增强了紧急情况下的安全性；
7、本发明相对专用国外进口的节流阀和液控装置而言，价格更低，并且能够通过加长现有的手动节流阀的丝杆，就可实现节流阀的自动控制，有效降低了成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的手自一体节流阀的结构示意图；
附图标记：1-进口五通、2-手动平板阀A、3-压力采集装置、4-压力表、5-压力传感器、6-五通A、7-手动平板阀B、8-手自一体节流阀、9-自动平板阀、10-滤子三通、11-手动平板阀C、12-五通B、13-手动平板阀D、15-流量计、16-出口五通、17-阀体、18-中空伺服电机、19-阀杆、20-手轮、21-位置传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1到2所示，本实施例提供一种手自一体节流控压系统，包括进口五通1、出口五通16和PLC控制器，所述进口五通1上设有压力检测机构，所述进口五通1和出口五通16之间设有节流管汇，所述节流管汇包括和进口五通1相连通的五通A6以及和出口五通16相连接的五通B12，所述五通A6和五通B12之间并联设有两条手自一体节流通道和一条直通通道，每条手自一体节流通道包括依次串接的手自一体节流阀8、自动平板阀9、滤子三通10，所述手自一体节流阀8和五通A6之间以及滤子三通10和五通B12之间均设有手动平板阀B7，所述PLC控制器的输入端和压力检测机构电连接，所述PLC控制器的输出端和手自一体节流阀8电连接，所述出口五通16和五通B12之间还设有手动平板阀D13。
实施例2
如图1到2所示，本实施例在实施例1的基础上做了进一步改进，具体为所述手自一体节流阀8包括阀体17、中空伺服电机18和阀杆位置检测机构，所述阀体17上设有丝杆状的阀杆19，所述中空伺服电机18的输出轴内设有环形螺母，所述环形螺母内侧设有和阀杆19的螺纹相配合的卡扣，所述丝杆螺栓套设在阀杆19外侧，所述阀杆19上固定套设有手轮20，所述中空伺服电机18位于手轮20和阀体17之间，所述中空伺服电机18的驱动器和PLC控制器的输出端电连接，所述阀杆位置检测机构和PLC控制器的输入端电连接，具体的，PLC控制器实时接收压力检测机构检测到的压力信号，当检测到的压力Pci<设定压力Pct-控压精度ΔPc时，PLC控制器给驱动器发出指令，驱动器控制中空伺服电机18正向旋转，中空伺服电机18带动阀杆19下降，节流阀的阀位减小；当Pci>设定压力Pct+控压精度ΔPc时，PLC控制器给驱动器发出指令，驱动器控制中空伺服电机18反向旋转，中空伺服电机18带动阀杆19上升，节流阀的阀位增大；当电机和PLC控制器失效时，手动旋转手轮20，可以快速实现节流阀的阀位的调节；PLC控制器实时接收阀杆19检测机构检测到的位置信号，当检测到阀杆19处于起始或终止位置时，PLC控制器给驱动器发出指令，驱动器控制中空伺服电机18停止旋转。
实施例3
如图1到2所示，本实施例在实施例2的基础上做了进一步改进，具体为所述阀杆位置检测机构包括设在阀杆19一侧的两个位置传感器21，两个位置传感器21沿阀杆19轴向设置且其中一个位置传感器21和阀杆19侧面相连接。
实施例4
如图1到2所示，本实施例在实施例1的基础上做了进一步改进，具体为所述压力检测机构包括压力采集装置3，所述压力采集装置3上设有一个压力表4和多个压力传感器5，所述压力传感器5和PLC控制器的输入端电连接，所述压力采集装置3和进口五通1之间设有手动平板阀A2。
实施例5
如图1到2所示，本实施例在实施例1的基础上做了进一步改进，具体为所述直通通道包括液动平板阀。
实施例6
如图1到2所示，本实施例在实施例1的基础上做了进一步改进，具体为还包括设在五通B12和出口五通16之间的流量检测通道，所述流量检测通道包括流量计15，所述流量计15和五通B12之间以及流量计15和出口五通16之间均设有手动平板阀C11。
