專利名稱：基于直線電機的深水防噴器組控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于深水鉆探設(shè)備控制領(lǐng)域，涉及一種基于直線電機的深水防噴器組控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
深水防噴器組在保證深水鉆井作業(yè)安全性方面發(fā)揮了極其重要的作用，其作用是在發(fā)生井噴或者井涌時控制井口壓力，在臺風(fēng)等緊急情況下鉆井裝置必須撤離時關(guān)閉井口，保證人員和設(shè)備的安全，同時避免污染周圍海洋環(huán)境和破壞油氣資源。目前，深水鉆井使用的都是液壓驅(qū)動防噴器，針對此種類型的防噴器，在API Spec 16D(第二版)中，闡述了三種不同的水下防噴器控制系統(tǒng)，即先導(dǎo)液壓控制系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)和多路電液控制系統(tǒng)。在深水鉆井作業(yè)過程中，選擇控制系統(tǒng)類型的主要考慮因素是控制系統(tǒng)的快速響應(yīng)性能。在水深超過1800米的深水鉆井中，液壓先導(dǎo)控制信號在深水中的傳輸時間長，響應(yīng)時間無法滿足標準要求，因此不能采用先導(dǎo)液壓控制系統(tǒng)；電液控制系統(tǒng)采用單路直控，一根導(dǎo)線控制一個電磁閥，隨著水深增加，控制對象增多，導(dǎo)致傳輸電纜粗大笨重，終端接點眾多，容易產(chǎn)生錯誤信號等問題，將使系統(tǒng)故障率大幅度上升；多路電液控制系統(tǒng)采用多路控制技術(shù)，即通過單組電子通訊線纜傳遞多路控制信號，分別控制不同被控元件的控制技術(shù)。多路控制方式的信號衰減小，抗干擾能力強，線纜簡單且重量輕，可靠性高，廣泛應(yīng)用于深水防噴器組控制系統(tǒng)中。然而，多路電液控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積和重量很大，而且購買和維修系統(tǒng)的費用非常昂貴。一種基于直線電機的閘板防噴器被提出，它包括殼體、側(cè)門、端蓋、閘板、閘板軸和閘板軸驅(qū)動部分組成。驅(qū)動部分主要由直線電機、液壓缸、電磁換向閥和單向閥組成。閘板軸與一個大的驅(qū)動液壓缸相連，此大液壓缸通過一個二位四通的電磁閥與一個小液壓缸相連，小液壓缸與直線電機的次級相連接。直線電機驅(qū)動小液壓缸的活塞桿做往復(fù)運動，小液壓缸不斷地把液壓油推入大液壓缸腔體中，利用帕斯卡原理，大液壓缸活塞桿可以得到比較大的推力，驅(qū)動閘板軸，從而控制防噴器的開關(guān)。另外，由于單向閥的作用，此裝置還具有自鎖功能?；谥本€電機的深水防噴器組控制系統(tǒng)，目前國內(nèi)外尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于直線電機的深水防噴器組控制系統(tǒng)，實現(xiàn)長距離傳輸和快速傳輸，為深水和超深水鉆井提供技術(shù)和裝備支持。本發(fā)明的原理所發(fā)明的基于直線電機的深水防噴器組控制系統(tǒng)主要包括中央控制單元1、水下控制箱藍箱3、水下控制箱黃箱5和連接光電纜2。中央控制單元1是控制系統(tǒng)的核心，它主要包括鉆控制臺6、隊長控制臺7、工作站8、三模冗余控制器9、VPN服務(wù)器10、光電轉(zhuǎn)換器11和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器12。位于中央控制單元1內(nèi)的司鉆控制臺6包括觸摸屏式工控機和按鈕面板，作為最基本的控制站能夠完成控制系統(tǒng)的所有功能；隊長控制臺7與司鉆控制臺6具有相同的硬件結(jié)構(gòu)和控制功能，位于隊長辦公室或者接近救生艇的地方，它作為第二控制站使用；工作站8作為第三控制站使用；光電纜2用來傳輸信號和為水下控制箱內(nèi)電子模塊供電。水下控制箱藍箱3和黃箱5互為備份，裝載深水防噴器組的部分電控系統(tǒng)。兩個控制箱內(nèi)裝載相同的電子模塊，主要包括輸入輸出模塊13、溫度和壓力傳感器15、光電轉(zhuǎn)換器11和直線電機驅(qū)動器14。正常情況下藍、黃箱都得電工作，當藍箱 3中的電子模塊出現(xiàn)故障時，控制功能自動或者手動切換到黃箱5，由黃箱5重新執(zhí)行該動作。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.只采用電信號控制防噴器組，可以實現(xiàn)長距離傳輸和快速傳輸，本系統(tǒng)可以應(yīng)用于超深水鉆井中。2.沒有蓄能器組和液壓動力單元等液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)總體體積和重量減小，節(jié)約了成本。3.系統(tǒng)安裝快速，故障定位和修復(fù)耗時少。4.電控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化，可以根據(jù)實際應(yīng)用添加相應(yīng)的功能模塊。


圖1是基于直線電機的防噴器組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中的中央控制單元1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1中的水下控制箱藍箱3和黃箱5內(nèi)裝載的模塊示意圖。
具體實施例方式參見圖1。本發(fā)明的基于直線電機的深水防噴器組控制系統(tǒng)主要包括位于平臺上的中央控制單元1、位于水下的藍箱3、黃箱5和連接水上水下系統(tǒng)的光電纜2。參見圖2。中央控制單元1是控制系統(tǒng)的核心，它主要包括司鉆控制臺6、隊長控制臺7、工作站8、三模冗余控制器9、VPN服務(wù)器10、光電轉(zhuǎn)換器11和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器12。司鉆控制臺6包括觸摸屏式工控機和按鈕面板，作為第一控制站，它能完成控制系統(tǒng)的所有功能；司鉆通過使用工控機上運行的監(jiān)控軟件能夠控制防噴器組和水下隔水管總成(LMRP) 的所有功能，并可以查看數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，按鈕面板的布局是按照防噴器組和LMRP 的實際組合圖形排列的，司鉆通過按鈕開關(guān)也能夠控制防噴器和LMRP的所有功能；隊長控制臺7與司鉆控制臺6具有相同的硬件結(jié)構(gòu)和控制功能，位于隊長辦公室或者接近救生艇的地方，它作為第二控制站使用；中央控制單元的工作站8作為第三控制站使用；中央控制單元1通過兩條獨立的光電纜2分別與藍箱3和黃箱5中的電子模塊相連，中央控制單元 1通過光電纜2內(nèi)的光纖傳輸控制信號，控制信號經(jīng)過平臺上的控制系統(tǒng)編碼后，傳輸?shù)剿驴刂葡洌驴刂葡鋬?nèi)的電子模塊將接收到的控制信號進行解碼，在功能執(zhí)行前要將信息重新傳遞校驗無誤后，控制藍箱3和黃箱5內(nèi)的直線電機驅(qū)動器工作，從而實現(xiàn)對基于直線電機的防噴器組4的控制。平臺上兩套獨立的電源系統(tǒng)通過光電纜2中的電纜為水下電子模塊提供電力。參見圖3。兩個水下控制箱藍箱3和黃箱5互為備份，兩個控制箱內(nèi)裝載相同的電子模塊，它主要包括光電轉(zhuǎn)換器11、輸入輸出模塊13、直線電機驅(qū)動器14和傳感器15，傳感器15主要包括溫度、壓力和流量傳感器。水下控制箱通過涂色編碼、加條紋或其他的方
4式加以區(qū)分，以方便水下攝像機的識別?？刂葡涿芊獾脑O(shè)計需要保持密封的完整性以防止控制箱在受壓時與接收器部件產(chǎn)生分離。在正常的情況下，藍、黃箱內(nèi)的水下電子模塊都得電啟動，并同時監(jiān)測水下的溫度、壓力、流量、電壓和電流等參數(shù)，操作人員通過人機界面讀取兩個水下電子模塊采集的數(shù)據(jù)，當操作人員發(fā)出動作信號時，只有一個控制箱的電子模塊(一般情況下，藍箱3待命)向該箱內(nèi)的直線電機驅(qū)動器發(fā)出動作信號，從而控制防噴器組4的相應(yīng)功能。當藍箱3的電子模塊出現(xiàn)故障時，控制功能可以自動或者手動切換到黃箱5，由黃箱5重新執(zhí)行該動作。
權(quán)利要求
1.一種基于直線電機的深水防噴器組控制系統(tǒng)，它主要包括中央控制單元(1)、水下控制箱藍箱C3)、水下控制箱黃箱( 和光電纜O)，其特征在于中央控制單元(1)通過光電纜⑵與水下控制箱藍箱⑶和水下控制箱黃箱(5)相連，中央控制單元⑴通過光電纜O)向水下控制箱藍箱C3)和水下控制箱黃箱( 發(fā)送控制信號，并接收向水下控制箱藍箱( 和水下控制箱黃箱( 采集的水下信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直線電機的深水防噴器組控制系統(tǒng)，其特征在于水下控制箱藍箱C3)和黃箱( 兩個控制箱內(nèi)裝載相同的電子模塊，水下控制箱藍箱(3)和黃箱( 主要包括光電轉(zhuǎn)換器(11)、輸入輸出模塊(13)、直線電機驅(qū)動器(14)和傳感器 (15)，傳感器(1 主要包括溫度、壓力和流量傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直線電機的深水防噴器組控制系統(tǒng)，其特征在于中央控制單元1主要包括司鉆控制臺6、隊長控制臺7、工作站8、三模冗余控制器9、VPN服務(wù)器 10、光電轉(zhuǎn)換器11和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器12，司鉆控制臺6作為第一控制站，它能完成控制系統(tǒng)的所有功能，隊長控制臺7與司鉆控制臺6具有相同的硬件結(jié)構(gòu)和控制功能，它作為第二控制站使用，中央控制單元的工作站8作為第三控制站使用。
全文摘要
本發(fā)明屬于深水鉆探設(shè)備控制領(lǐng)域，涉及一種基于直線電機的深水防噴器組控制系統(tǒng)。它主要包括中央控制單元(1)、水下控制箱藍箱(3)、水下控制箱黃箱(5)和連接光電纜(2)。中央控制單元(1)是控制系統(tǒng)的核心，它負責(zé)發(fā)送指令和提供通訊接口，位于中央控制單元(1)內(nèi)的司鉆控制臺(6)、隊長控制臺(7)和工作站(8)分別作為主控制站、第二控制站和第三控制站使用，它們都位于平臺上?？刂葡渌{箱(3)和黃箱(5)互為備份，兩個控制箱內(nèi)主要裝載相同的光電轉(zhuǎn)換器(11)、輸入輸出模塊(13)、直線電機驅(qū)動器(14)和溫度壓力傳感器(15)，用于防噴器組的控制和檢測。本發(fā)明的優(yōu)點是可以實現(xiàn)長距離傳輸和快速傳輸；結(jié)構(gòu)簡單，成本低；系統(tǒng)安裝快速，故障定位和修復(fù)耗時少；能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化。
文檔編號E21B33/064GK102425390SQ20111037166
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者劉增凱, 劉永紅, 田曉潔, 紀仁杰, 艾白布·阿不力米提, 蔡寶平, 許宏奇 申請人:中國石油大學(xué)(華東)