適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置制造方法
【專利摘要】一種適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，包括第一ZigBee數據傳輸模塊、對應不同位置的井控防噴器開關閥從機和與所述井控防噴器開關閥從機相連接的第二ZigBee數據傳輸模塊，所述井控防噴器開關閥從機包括主控制器、電磁閥模塊和開關閥狀態(tài)檢測模塊。無需借助外力，根據開關閥手柄行程位置，穩(wěn)定的控制氣源，切換入氣孔和出氣孔控制器的通斷，有效可靠地保證了井控防噴器開關閥到達既定位置，并且，人性化的設計使得開關閥門的狀態(tài)信息可實時發(fā)送到司鉆操作控制臺的電腦顯示界面，實現井控防噴器開關閥的精確遙控，結構簡單，更加智能化。
【專利說明】適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及鉆井閥門控制【技術領域】，尤其涉及可無線傳輸信號的適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置。
【背景技術】
[0002]井噴由于噴發(fā)時產生的巨大壓力和沖擊波會對相關的人員造成傷亡和財產損失，所以井噴事故是一種十分有害的鉆井事故，一旦出現往往產生嚴重后果，必須采取嚴密的預防措施。出現井涌時，一定要迅速準確地關總井，控制井口，防止井噴事故發(fā)生，目前，當鉆井井場發(fā)生井噴事故時，只能單純依靠現場技術人員打手勢傳遞各種關井信息。當周圍環(huán)境影響視線時，容易造成執(zhí)行人員看不清手勢及燈光，導致誤判，影響關井動作的正確執(zhí)行。并且，不同的油田，手勢代表的意思不一樣，給動作的統(tǒng)一執(zhí)行帶來很大不便，從而導致關井不徹底，致使關井滯后、遲緩，甚至失敗的后果。目前，國內外尚無自動控制裝置對井控防噴器開關閥進行無線遙控。

【發(fā)明內容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，以解決發(fā)生井噴事故時，只能單純依靠現場技術人員打手勢傳遞各種關井信息，并且當周圍環(huán)境影響視線時，造成執(zhí)行人員誤判導致關井不徹底，關井滯后、遲緩，甚至失敗的問題。
[0004]為了對披露的實施例的一些方面有一個基本的理解，下面給出了簡單的概括。該概括部分不是泛泛評述，也不是要確定關鍵/重要組成元素或描繪這些實施例的保護范圍。其唯一目的是用簡單的形式呈現一些概念，以此作為后面的詳細說明的序言。
[0005]技術方案為，一種適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，包括與司鉆臺監(jiān)控中心主機相連接的第一 ZigBee數據傳輸模塊、對應不同位置的井控防噴器開關閥從機、與所述井控防噴器開關閥從機相連接的第二 ZigBee數據傳輸模塊；所述第一 ZigBee數據傳輸模塊包括第一數據發(fā)送模塊和第一數據接收模塊，所述第一數據發(fā)送模塊用于根據所述司鉆臺監(jiān)控中心主機的按鈕動作發(fā)送相應的控制信號，所述第一數據接收模塊用于接收由所述第二 ZigBee數據傳輸模塊發(fā)送的閥門開關信號；所述井控防噴器開關閥從機包括主控制器、電磁閥模塊和開關閥狀態(tài)檢測模塊；所述主控制器用于在工作狀態(tài)時啟動所述電磁閥模塊，并處理所述開關閥狀態(tài)檢測模塊檢測到的所述閥門開關信號，所述電磁閥模塊用于根據所述控制信號執(zhí)行相應的動作，所述開關閥狀態(tài)檢測模塊用于監(jiān)測閥門開關信號；所述第二 ZigBee數據傳輸模塊包括第二數據發(fā)送模塊和第二數據接收模塊，所述第二數據接收模塊用于接收所述第一數據發(fā)送模塊發(fā)送的控制信號，并通知所述主控制器，所述第二數據發(fā)送模塊用于發(fā)送由所述主控制器處理后的所述閥門開關信號。
[0006]其中，電磁閥模塊包括繼電器控制電路和雙電控二位五通電磁閥，所述繼電器控制電路用于根據所述控制信號，控制所述雙電控二位五通電磁閥的帶電情況。[0007]進一步的，所述開關閥狀態(tài)檢測模塊與所述雙電控二位五通電磁閥的閥門手柄軸位于同一平面，與所述閥門手柄軸平行一側安裝有同軸運動鐵片，并貼有磁性物質。
[0008]再進一步的，所述開關閥狀態(tài)檢測模塊包括霍爾式接近開關和單片機IO接口電路，所述霍爾式接近開關用于采集所述磁性物質在同軸運動鐵片的信息，發(fā)出開關量信號，所述所述單片機IO接口電路用于接收所述開關量信號，并將其讀入所述主控制器。
[0009]在一些可選的實施例中，所述電磁閥模塊根據所述控制信號執(zhí)行相應的動作包括閥門的開啟、關閉和停止。
[0010]在一些可選的實施例中，所述開關閥遙控裝置還包括為所述井控防噴器開關閥從機伴熱的溫度調控模塊。
[0011]其中，所述溫度調控模塊包括溫度傳感器、溫度采集電路、電加熱板和溫控電路；所述溫度傳感器用于采集外部溫度信息，所述溫度采集電路用于將所述溫度信息讀入所述主控制器；所述電加熱板用于為電路板周圍環(huán)境提供所需熱量，所述溫控電路用于控制所述電加熱板的接通和斷開。
[0012]在一些可選的實施例中，所述開關閥遙控裝置還包括整個系統(tǒng)提供電力供應的電源模塊，所述電源模塊將220V的交流電壓轉換成24V和5V的直流電兩路輸出，分別為傳感器和主控制器供電。
[0013]其中，所述電源模塊還包括后備電池子模塊，用于斷電時為整個系統(tǒng)提供電力，所述后備電池模塊為鋰電池。
[0014]本發(fā)明所帶來的有益效果:無需借助外力，根據開關閥手柄行程位置，穩(wěn)定的控制氣源，切換入氣孔和出氣孔控制器的通斷，有效可靠地保證了井控防噴器開關閥到到既定位置，并且，人性化的設計使得開關閥門的狀態(tài)信息可實時發(fā)送到司鉆操作控制臺的電腦顯示界面，實現井控防噴器開關閥的精確遙控，結構簡單，更加智能化。
[0015]為了上述以及相關的目的，一個或多個實施例包括后面將詳細說明并在權利要求中特別指出的特征。下面的說明以及附圖詳細說明某些示例性方面，并且其指示的僅僅是各個實施例的原則可以利用的各種方式中的一些方式。其它的益處和新穎性特征將隨著下面的詳細說明結合附圖考慮而變得明顯，所公開的實施例是要包括所有這些方面以及它們的等同。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結合附圖對【具體實施方式】做出進一步的詳細說明。
[0017]圖1是適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置的示意圖；
圖2是電磁閥模塊不意圖；
圖3是開關閥狀態(tài)檢測模塊示意圖；
圖4是溫度調控模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0019]本文使用的術語“ZigBee”是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協(xié)議，根據這個協(xié)議規(guī)定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。
[0020]本文使用的術語“I/O”是input/output的縮寫，即輸入輸出端口，I/O接口的功能是負責實現中央處理器(CPU,Central Processing Unit)通過系統(tǒng)總線把I/O電路和外
圍設備聯(lián)系在一起。
[0021]如圖1所示，一種適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，包括與司鉆臺監(jiān)控中心主機101相連接的第一 ZigBee數據傳輸模塊102、對應不同位置的井控防噴器開關閥從機103、與所述井控防噴器開關閥從機相連接的第二 ZigBee數據傳輸模塊104。
[0022]其中，所述第一 ZigBee數據傳輸模塊102包括第一數據發(fā)送模塊1021和第一數據接收模塊1022。突發(fā)井噴狀況時，通過所述司鉆臺監(jiān)控中心主機101相應位置的按鈕動作，關閉對應的防噴器，此時所述第一 ZigBee數據傳輸模塊102根據所述司鉆臺監(jiān)控中心主機101的按鈕動作發(fā)送相應的控制信號。以關井信號為例，所述第一數據發(fā)送模塊1021將關井信號向遠端發(fā)送出去，途中可經過多級路由中轉，最終將指令傳送至指定地址的從機，即根據一幀數據的起始兩位字節(jié)地址搜索指定的井控防噴器開關閥從機103，通過“握手”機制，所述井控防噴器開關閥從機103由待命狀態(tài)進入工作狀態(tài)，同時工作指示燈由熄滅變?yōu)槌Ａ痢?br> [0023]所述井控防噴器開關閥從機103包括主控制器105、電磁閥模塊106和開關閥狀態(tài)檢測模塊107，所述第二 ZigBee數據傳輸模塊104包括第二數據發(fā)送模塊1041和第二數據接收模塊1042。
[0024]所述主控制器105可選用STC系列單片機，平時處于待命狀態(tài)，等待司鉆臺監(jiān)控中心主機101發(fā)出命令，當所述第二數據接收模塊1042接收到由所述第一數據發(fā)送模塊1021發(fā)送的控制信號，如關井信號，并通知所述主控制器105，使得所述主控制器105進入工作狀態(tài)。此時，所述主控制器105根據關閉的防噴器類型，相應IO引腳發(fā)出低電平信號，啟動所述電磁閥模塊106，所述電磁閥模塊106根據所述控制信號執(zhí)行相應的動作，例如，為關井信號，即進行關井動作。同時，所述開關閥狀態(tài)檢測模塊107開始實時采集防噴器開關閥門的狀態(tài)信息，即閥門開關信號，并將所述閥門開關信號發(fā)送至所述主控制器105。所述主控制器105將獲取的數據流，即閥門開關信號，經判斷、重組和類型轉換，以字符數組的形式，經由TTL電平轉RS232電路，通過所述第二數據發(fā)送模塊1041向遠端發(fā)送出去。途中可經過多級路由中轉，所述第一數據接收模塊1022接收信號后，將數據傳送至司鉆監(jiān)控中心的服務器上位機界面，直觀地顯示出防噴器開關閥門的狀態(tài)，通過組態(tài)軟件，形象直觀地觀測閥門的關閉過程。
[0025]所述司鉆臺監(jiān)控中心主機101 —旦接收到可靠關井信息，發(fā)出工作停止的控制信號，再次通過“握手”機制，使該從機由工作狀態(tài)返回待命狀態(tài)，工作指示燈熄滅，等待下一次命令到來。井噴狀況被控制后，開井過程與關井過程相反，開井完畢后，繼續(xù)鉆井的正常工作。組態(tài)軟件能夠對所有的監(jiān)測信息進行完整的記錄、保存以及歷史數據回放。
[0026]如圖1至2所示，所述電磁閥模塊106包括繼電器控制電路201和雙電控二位五通電磁閥202。所述主控制器105根據關閉的防噴器類型，相應IO引腳發(fā)出低電平信號，開啟所述繼電器控制電路201，驅動相應的所述雙電控二位五通電磁閥202工作，此時A端帶電，B端失電，敞開入氣孔，關閉出氣孔，此時，壓縮空氣通過入氣孔帶動閥門動作，閥門關閉。開井時，配套的IO引腳發(fā)出低電平信號，使得所述雙電控二位五通電磁202閥A端失電，B端帶電，敞開出氣孔，關閉入氣孔，閥門開啟。所述電磁閥模塊106根據所述控制信號執(zhí)行相應的動作包括閥門的開啟、關閉和停止，對應關井、開井和停止相應動作。
[0027]如圖1至3所示，所述電磁閥模塊106的閥門手柄軸所在平面安裝有所述開關閥狀態(tài)檢測模塊107，所述開關閥狀態(tài)檢測模塊107包括霍爾式接近開關301和單片機IO接口電路302。與所述閥門手柄軸的平行一側安裝同軸運動鐵片，并貼有磁性物質，鐵片后方安裝三只霍爾式接近開關301，分別對應閥門的“關井、開井、停止”三個位置。當進入工作狀態(tài)后，所述霍爾式接近開關301開始采集所述磁性物質在同軸運動鐵片的信息，發(fā)出開關量信號，由所述單片機IO接口電路302實時獲取，所述IO接口電路302采用120K電阻拉至高電平，以匹配傳感器內阻。當入氣孔內壓縮氣體驅動閥門至“關井”位置時，同軸運動鐵片后方的霍爾式接近開關301尾部指示燈常亮，并置所述單片機IO接口電路302相應IO引腳為高電平，即所述單片機IO接口電路接收到開關量信號，并將采集到的開關量信號讀入所述主控制器105。所述主控制器105經由串口發(fā)出相應信息，指出閥門關閉，可靠關井。相應的，開井時，出氣孔內壓縮氣體驅動閥門至“開井”位置，確定開井完畢，繼續(xù)鉆井的正常工作。
[0028]在一些可選的實施例中，如圖1和4所示，所述開關閥遙控裝置還包括溫度調控模塊108。冬季，為保證從機設備正常運行，配有為所述井控防噴器開關閥從機103伴熱的裝置，當溫度低于設定下限值，可啟動伴熱裝置。
[0029]其中，所述溫度調控模塊108包括溫度傳感器401、溫度采集電路402、電加熱板403和溫控電路404。所述溫度傳感器401可選用DS18B20溫度傳感器芯片實時采集溫度信息，所述溫度采集電路402通過4.7K上拉電阻，按時序將單總線數據讀入所述主控制器105。經數據解析處理，判斷溫度值是否低于設定值下限，一旦低于該數值，所述主控制器105相應的IO 口發(fā)出低電平，開啟固態(tài)繼電器，啟動所述溫控電路404。此時，所述電加熱板403接入220V交流電回路，為電路板周圍環(huán)境提供所需熱量，確保數據采集正常。當溫度采集數值高于設定值上限時，關閉所述溫控電路404，所述電加熱板403與220V交流電斷開連接，由此保證電路板周圍環(huán)境溫度可調可控。
[0030]在一些可選的實施例中，如圖1所示，還包括用于電力供應的電源模塊109，所述電源模塊109將220V的交流電壓轉換成24V和5V的直流電兩路輸出，分別為傳感器和主控制器供電。同時，所述電源模塊109內部有380V交流電過壓保護和短路保護電路。
[0031]在一些可選的實施例中，如圖1所示，所述電源模塊包括后備電池子模塊110，用于斷電時為整個系統(tǒng)提供電力，所述后備電池子模塊110為鋰電池，220V交流電正常接入時，可以為后備鋰電池充電，一旦220V交流電斷開，O秒內切換至后備電池供電。根據電池的容量估算，該系統(tǒng)完全采用低功耗器件設計，可運行一周左右的時間，待接通電源后，可以繼續(xù)為鋰電池充電。
[0032]本發(fā)明能夠安裝在原有的手動應急處理系統(tǒng)之上，而且可以并存，互不干涉。安裝后，原有的手動應急處理系統(tǒng)和本系統(tǒng)可以同時發(fā)揮作用，保證絕對的安全性。
[0033]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所做的改變，修飾，替代，組合，簡化，均應為等效的置換方式，都應包含在本發(fā)明的保護范圍內。
【權利要求】
1.適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特征在于，包括與司鉆臺監(jiān)控中心主機相連接的第一 ZigBee數據傳輸模塊、對應不同位置的井控防噴器開關閥從機、與所述井控防噴器開關閥從機相連接的第二 ZigBee數據傳輸模塊； 所述第一 ZigBee數據傳輸模塊包括第一數據發(fā)送模塊和第一數據接收模塊，所述第一數據發(fā)送模塊用于根據所述司鉆臺監(jiān)控中心主機的按鈕動作發(fā)送相應的控制信號，所述第一數據接收模塊用于接收由所述第二 ZigBee數據傳輸模塊發(fā)送的閥門開關信號； 所述井控防噴器開關閥從機包括主控制器、電磁閥模塊和開關閥狀態(tài)檢測模塊； 所述主控制器用于在工作狀態(tài)時啟動所述電磁閥模塊，并處理所述開關閥狀態(tài)檢測模塊檢測到的所述閥門開關信號，所述電磁閥模塊用于根據所述控制信號執(zhí)行相應的動作，所述開關閥狀態(tài)檢測模塊用于監(jiān)測閥門開關信號； 所述第二 ZigBee數據傳輸模塊包括第二數據發(fā)送模塊和第二數據接收模塊，所述第二數據接收模塊用于接收所述第一數據發(fā)送模塊發(fā)送的控制信號，并通知所述主控制器，所述第二數據發(fā)送模塊用于發(fā)送由所述主控制器處理后的所述閥門開關信號。
2.根據權利要求1所述的適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特征在于，所述電磁閥模塊包括繼電器控制電路和雙電控二位五通電磁閥，所述繼電器控制電路用于根據所述控制信號，控制所述雙電控二位五通電磁閥的帶電情況。
3.根據權利要求2所述的適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特征在于，所述開關閥狀態(tài)檢測模塊與所述雙電控二位五通電磁閥的閥門手柄軸位于同一平面，與所述閥門手柄軸平行一側安裝有同軸運動鐵片，并貼有磁性物質。
4.根據權利要求3所述的適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特征在于，所述開關閥狀態(tài)檢測模塊包括霍爾式接近開關和單片機IO接口電路，所述霍爾式接近開關用于采集所述磁性物質在同軸運動鐵片的信息，發(fā)出開關量信號，所述單片機IO接口電路用于接收所述開關量信號，并將其讀入所述主控制器。
5.根據權利要求1至4任一項所述的適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特征在于，所述電磁閥模塊根據所述控制信號執(zhí)行相應的動作包括閥門的開啟、關閉和停止。
6.根據權利要求1所述的適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特征在于，還包括為所述井控防噴器開關閥從機伴熱的溫度調控模塊。
7.根據權利要求6所述的適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特征在于，所述溫度調控模塊包括溫度傳感器、溫度采集電路、電加熱板和溫控電路；所述溫度傳感器用于采集外部溫度信息，所述溫度采集電路用于將所述溫度信息讀入所述主控制器；所述電加熱板用于為電路板周圍環(huán)境提供所需熱量，所述溫控電路用于控制所述電加熱板的接通和斷開。
8.根據權利要求1所述的適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特征在于，還包括整個系統(tǒng)提供電力供應的電源模塊，所述電源模塊將220V的交流電壓轉換成24V和5V的直流電兩路輸出，分別為傳感器和主控制器供電。
9.根據權利要求8所述的適用于鉆井井場的井控防噴器開關閥遙控裝置，其特征在于，所述電源模塊還包括后備電池子模塊，用于斷電時為整個系統(tǒng)提供電力，所述后備電池模塊為鋰電池。
【文檔編號】G05B19/418GK103939048SQ201410185592
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權日:2014年5月5日
【發(fā)明者】關學忠, 唐磊, 于鏑, 胡志維, 楊莉, 白麗麗 申請人:東北石油大學