本發(fā)明涉及石油鉆探技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種井口的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在石油天然氣勘探開發(fā)過程中，當(dāng)井口出現(xiàn)溢流、井涌或井噴時(shí)，需要通過相關(guān)人員如司鉆工操作各個(gè)對(duì)象的獨(dú)立控制器來實(shí)現(xiàn)關(guān)閉油氣井井口，以免出現(xiàn)井噴事故。

在一般情況下，司鉆工可以按照井控實(shí)施細(xì)則中各個(gè)工況的關(guān)井程序來實(shí)施關(guān)井。然而，由于各個(gè)對(duì)象由多套獨(dú)立的控制設(shè)備控制，如果遇到突發(fā)險(xiǎn)情，一旦司鉆工受到心理素質(zhì)或其他因素影響，可能會(huì)導(dǎo)致無法按照關(guān)井程序?qū)嵤╆P(guān)井作業(yè)的情況，存在造成經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)，無法保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種能快速實(shí)施鉆進(jìn)緊急關(guān)井，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性的井口的控制系統(tǒng)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種井口的控制系統(tǒng)，包括：用于控制井口開/閉的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括泥漿泵、鉆盤/頂驅(qū)和防噴器；檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)；控制器，所述控制器分別與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)和所述檢測(cè)裝置相連，所述控制器用于根據(jù)操作指令對(duì)所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，以完成所述井口的開/閉；以及控制中心，所述控制中心與所述控制器相連，所述控制中心用于根據(jù)所述控制器轉(zhuǎn)發(fā)的所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)所述井口的狀態(tài)，并在所述井口狀態(tài)異常時(shí)，向所述控制器發(fā)送對(duì)應(yīng)的操作指令。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的井口的控制系統(tǒng)，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)井口的狀態(tài)，并在井口狀態(tài)異常時(shí)，根據(jù)操作指令對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，以完成井口的開/閉，在鉆井中工況下，可快速實(shí)施鉆井緊急關(guān)井，簡單快捷，減少認(rèn)為因素對(duì)關(guān)井作業(yè)的影響，更好地保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的井口的控制系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述檢測(cè)裝置包括：壓力變送器，用于檢測(cè)所 述防噴器的壓力；泥漿泵運(yùn)行狀態(tài)傳感器，用于檢測(cè)所述泥漿泵的運(yùn)行狀態(tài)；和鉆盤/頂驅(qū)運(yùn)行狀態(tài)傳感器，用于檢測(cè)所述鉆盤/頂驅(qū)的運(yùn)行狀態(tài)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC，用于接收和轉(zhuǎn)換所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到的所述運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)；數(shù)字量輸入模塊DI，所述數(shù)字量輸入模塊DI與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC相連，用于將所述運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)送入所述控制器；數(shù)字量輸出模塊DO，所述數(shù)字量輸出模塊DO與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，用于向所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成所述井口的開/閉。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器通過控制開關(guān)與所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述控制開關(guān)包括電磁閥和繼電器。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述控制器可以為單片機(jī)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述控制中心通過interbus總線與所述控制器相連。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述控制中心包括有限司鉆臺(tái)平板電腦和按鈕式司鉆控制臺(tái)。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述防噴器可以為環(huán)形防噴器。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的井口的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的井口的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖3為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)具體實(shí)施例的井口的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上， 除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的井口的控制系統(tǒng)。參照?qǐng)D1所示，該控制系統(tǒng)10包括：執(zhí)行機(jī)構(gòu)100、檢測(cè)裝置200、控制器300和控制中心400。

其中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)100用于控制井口開/閉，執(zhí)行機(jī)構(gòu)100包括泥漿泵、鉆盤/頂驅(qū)和防噴器。檢測(cè)裝置200用于檢測(cè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)100的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)?？刂破?00分別與執(zhí)行機(jī)構(gòu)100和檢測(cè)裝置200相連，控制器300用于根據(jù)操作指令對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)100進(jìn)行控制，以完成井口的開/閉?？刂浦行?00與控制器300相連，控制中心400用于根據(jù)控制器300轉(zhuǎn)發(fā)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)100的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)井口的狀態(tài)，并在井口狀態(tài)異常時(shí)，向控制器300發(fā)送對(duì)應(yīng)的操作指令。本發(fā)明實(shí)施例的控制系統(tǒng)在鉆進(jìn)中工況下遇到險(xiǎn)情時(shí)，且無法按照常規(guī)關(guān)井程序?qū)嵤╆P(guān)井時(shí)，相關(guān)操作人員如司鉆工可以雙手操作，快速實(shí)施鉆進(jìn)緊急關(guān)井，從而自動(dòng)按步驟實(shí)現(xiàn)泥漿泵、轉(zhuǎn)盤/頂驅(qū)、防噴器的關(guān)閉。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，控制器300通過控制開關(guān)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)100相連。優(yōu)選地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，控制開關(guān)包括電磁閥和繼電器。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，控制器300可以為單片機(jī)。其中，單片機(jī)(Single chip microcomputer)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，控制中心400通過interbus總線與控制器300相連。

其中，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，控制中心400包括有線司鉆臺(tái)平板電腦和按鈕式司鉆控制臺(tái)。也就是說，工作人員只要在控制中心400的面板/屏幕上就可以看到被控對(duì)象的狀態(tài)，相當(dāng)于根據(jù)控制器300轉(zhuǎn)發(fā)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)100的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)井口的狀態(tài)，一旦井口狀態(tài)異常時(shí)，向控制器300發(fā)送對(duì)應(yīng)的操作指令，從而在鉆進(jìn)中工況下遇到險(xiǎn)情時(shí)且無法按照常規(guī)關(guān)井程序?qū)嵤╆P(guān)井時(shí)，司鉆工可以雙手操作，快速實(shí)施鉆進(jìn)緊急關(guān)井。自動(dòng)按步驟實(shí)現(xiàn)泥漿泵停止→鉆盤/頂驅(qū)停止→防噴器關(guān)閉。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，防噴器可以為環(huán)形防噴器。其中，環(huán)形防噴器通常裝有閘板式防噴器的大型閘門，運(yùn)作時(shí)會(huì)在管柱和井筒之間形成一個(gè)密封的環(huán)形空間，在井內(nèi)沒有管柱的情況下，也能單獨(dú)完成封井。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，參照?qǐng)D2所示，控制器300包括：模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC、數(shù)字量輸入模塊DI和數(shù)字量輸出模塊DO。

其中，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC用于接收和轉(zhuǎn)換檢測(cè)裝置200檢測(cè)到的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。數(shù)字量輸入模塊DI與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC相連，數(shù)字量輸入模塊DI用于將運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)送入控制器300。數(shù)字量輸出模塊DO與執(zhí)行機(jī)構(gòu)100相連，數(shù)字量輸出模塊DO向執(zhí)行機(jī)構(gòu)100發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)100完成井口的開/閉。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例的控制系統(tǒng)10用于實(shí)現(xiàn)泥漿泵停止、鉆盤/頂驅(qū)停止和防噴器關(guān)閉的控制。其中，本發(fā)明實(shí)施例可以采用PAC控制系統(tǒng)，相當(dāng)于控制器300為PAC控制器，其包括：集成環(huán)形控制壓力采集的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC(作用相當(dāng)于接收和轉(zhuǎn)換檢測(cè)裝置200檢測(cè)到的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù))、到位指示輸入的數(shù)字量輸入DI(作用相當(dāng)于將運(yùn)行狀態(tài)參送入控制器300，其數(shù)含接近開關(guān)與安全柵)和用于控制輸出的數(shù)字量輸出模塊DO(作用相當(dāng)于向執(zhí)行機(jī)構(gòu)100發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào))。另外，防噴器優(yōu)選為環(huán)形防噴器，環(huán)形防噴器控制通過地面防噴器實(shí)現(xiàn)控制目的，由電磁閥驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)閥動(dòng)作。泥漿泵的停止與轉(zhuǎn)盤/頂驅(qū)停止由繼電器(常閉)實(shí)現(xiàn)控制。

其中，在本發(fā)明的實(shí)施例中，PAC控制器結(jié)合了PLC固有的可靠性、堅(jiān)固性和分布特性，以及PC的處理器、內(nèi)存和軟件的優(yōu)勢(shì)，PAC隨著現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展，PAC平臺(tái)是現(xiàn)代信息技術(shù)“3c”(computer、communication、control)的優(yōu)秀結(jié)合體。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，參照?qǐng)D2所示，檢測(cè)裝置200包括：壓力變送器201、泥漿泵運(yùn)行狀態(tài)傳感器202和轉(zhuǎn)盤/頂驅(qū)運(yùn)行狀態(tài)傳感器203。

其中，壓力變送器201用于檢測(cè)防噴器的壓力。泥漿泵運(yùn)行狀態(tài)傳感器202用于檢測(cè)泥漿泵的運(yùn)行狀態(tài)。鉆盤/頂驅(qū)運(yùn)行狀態(tài)傳感器203用于檢測(cè)鉆盤/頂驅(qū)的運(yùn)行狀態(tài)。

具體地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，參照?qǐng)D2所示，本發(fā)明實(shí)施例的控制系統(tǒng)10 包括安裝在環(huán)形控制管匯上的壓力變送器201(作用相當(dāng)于檢測(cè)防噴器的壓力)、頂驅(qū)/轉(zhuǎn)盤運(yùn)行狀態(tài)傳感器203(作用相當(dāng)于檢測(cè)轉(zhuǎn)盤/頂驅(qū)運(yùn)行狀態(tài)傳感器的運(yùn)行狀態(tài))、泥漿泵運(yùn)行狀態(tài)傳感器202(作用相當(dāng)于檢測(cè)泥漿泵的運(yùn)行狀態(tài))，通過電纜連接安全柵接入PAC控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC和數(shù)字量輸入模塊DI，通過interbus總線傳輸給控制臺(tái)即控制器300，控制器300通過控制中心400采集操作者的控制命令即操作指令，通過數(shù)字量輸出模塊DO實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥、繼電器控制，最終達(dá)到實(shí)現(xiàn)泥漿泵停止、鉆盤/頂驅(qū)停止和環(huán)形防噴器關(guān)閉的控制目的。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例的所有控制均設(shè)有控制執(zhí)行反饋裝置，如閥門到位指示、泥漿泵運(yùn)行狀態(tài)指示和轉(zhuǎn)盤/頂驅(qū)運(yùn)行狀態(tài)指示，以構(gòu)成閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，參照?qǐng)D3所示，本發(fā)明實(shí)施例的控制系統(tǒng)10包括：防爆主電源控制箱1、防爆電動(dòng)機(jī)2、防爆磁力啟動(dòng)器3、電子壓力控制器4、按鈕式司鉆控制臺(tái)5、有線司鉆臺(tái)平板電腦6、電控箱7、防爆聲光報(bào)警器8、電磁閥箱9和防爆接線盒11。

其中，、防爆主電源控制箱1主要用于電源接入和電源分配。防爆電動(dòng)機(jī)2主要用于驅(qū)動(dòng)三缸柱塞泵，為系統(tǒng)提供動(dòng)力液。防爆磁力啟動(dòng)器3用于控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和停止。電子壓力控制器4主要用于控制磁力啟動(dòng)器內(nèi)的交流接觸器接通/斷開，如保證系統(tǒng)壓力在18.9MPa時(shí)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，在壓力為21MPa時(shí)停止電動(dòng)機(jī)。電控箱7用于安裝控制器、繼電器、安全柵等元件。防爆聲光報(bào)警器8主要用于系統(tǒng)報(bào)警提醒。電磁閥箱9用于安裝電磁閥、壓力變送器等。防爆接線盒11主要用于壓力信號(hào)、位置信號(hào)的接入。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的井口的控制系統(tǒng)，根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)井口的狀態(tài)，并在井口狀態(tài)異常時(shí)，根據(jù)操作指令對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，以完成井口的開/閉，在鉆井中工況下，可快速實(shí)施鉆井緊急關(guān)井，簡單快捷，減少認(rèn)為因素對(duì)關(guān)井作業(yè)的影響，更好地保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。

應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實(shí)現(xiàn)。在上述實(shí)施方式中，多個(gè)步驟或方法可以用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來實(shí)現(xiàn)。例如，如果用硬件來實(shí)現(xiàn)，和在另一實(shí)施方式中一樣，可用本領(lǐng)域公知的下列技術(shù)中的任一項(xiàng)或他們的組合來實(shí)現(xiàn)：具有用于對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)現(xiàn)邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(PGA)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)等。

本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法攜帶的全部或部分步驟是可 以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，包括方法實(shí)施例的步驟之一或其組合。

此外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理模塊中，也可以是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，也可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。

上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤或光盤等。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。