一种高低压双回路的地面防喷器控制装置

技术领域

本发明涉及石油天然气井控技术领域，特别是涉及一种高低压双回路的地面防喷器控制装置。

背景技术

地面防喷器控制装置是控制井口防喷器组、液动阀、压井阀的重要设备，是钻井作业中不可缺少的液压动力装置。

目前，现有地面防喷器控制装置的最高控制压力为21MPa，此压力是现有的常规剪切闸板防喷器工作所需要的压力，但现有剪切闸板防喷器只能剪断抽油杆、油管及钻杆等，却无法剪断大直径钻铤，比如“6-1/2”钻铤，针对它的剪切闸板防喷器需要的最低工作压力为28MPa，最高工作压力为40MPa，现有的地面防喷器控制装置已不能提供控制对应压力的控制液。剪切闸板防喷器在剪切的作业过程中前期的一段时间范围内(剪切闸板在与剪切对象接触前)需要低压力的控制液，只有在剪切闸板与剪切对象接触后才开始需要高压力的控制液来克服剪切阻力，进而实现剪切任务。为剪断大直径钻铤，亟需设计研发一种高低压双回路地面防喷器控制装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种高低压双回路的地面防喷器控制装置，使用低压蓄能器和高压蓄能器共同为大直径钻铤剪切防喷器提供工作液压油，在实现剪切功能的同时，可以大大降低制造成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种高低压双回路地面防喷器控制装置，包括：与油箱分别连通的低压油路和高压油路以及各个元件的控制部分；所述控制部分包括低压泵控制器、高压泵控制器、三位四通转阀、三个三位五通电磁换向阀、空压机和控制柜；所述低压油路设置有低压蓄能器组、低压总球阀、溢流阀一、单向阀一、低压泵、滤油器一和流量计，所述低压蓄能器组、低压总球阀、溢流阀一、单向阀一、低压泵、滤油器一与油箱依次管线连接，所述低压泵用于为所述低压蓄能器组充压，所述低压总球阀依次与所述流量计和三位四通转阀的进口管线连接；所述高压油路设置有高压蓄能器组、高压总球阀、溢流阀二、单向阀二、高压泵、滤油器二和两个气动高压球阀，两个所述气动高压球阀为高压气动球阀一和气动高压球阀二，所述高压蓄能器组、高压总球阀、溢流阀二、单向阀二、高压泵、滤油器二与油箱依次管线连接，所述高压泵用于为所述高压蓄能器组充压，所述高压总球阀依次与所述气动高压球阀一、气动高压球阀二和三位四通转阀的关路管线连接；所述三位四通阀和两个气动高压球阀分别与一个所述三位五通电磁换向阀通过气管线路连接，三个所述三位五通电磁换向阀均与所述空压机通过气管线路连接，压缩空气经过三位五通电磁换向阀控制三位四通阀的换向以及两个所述气动高压球阀的开关动作；所述低压泵控制器、高压泵控制器和三个三位五通电磁换向阀分别与所述控制柜电性连接，所述低压泵控制器用于控制所述低压泵的启停，所述高压控制器用于控制所述高压泵的启停。

可选的，所述低压蓄能器组包括若干个低压蓄能器，各个所述低压蓄能器管口处分别设置低压球阀一；所述高压蓄能器组包括若干个高压蓄能器，各个所述高压蓄能器管口处分别设置高压球阀一。

可选的，所述高压蓄能器设置有氮气瓶，所述氮气瓶用于增加高压蓄能器的有效容积。

可选的，所述低压油路上的溢流阀一设置为一个，所述高压油路上的溢流阀二设置为两个。

可选的，所述低压泵和所述高压泵均为三缸柱塞泵。

可选的，所述油箱连通低压回路的进、出口处设置低压球阀二和第一球阀，所述油箱连通高压回路的进、出口处设置高压球阀二和第一球阀。

可选的，所述低压泵控制器和高压泵控制器均为电子压力控制器。

可选的，所述控制柜为PLC控制柜。

可选的，所述装置还包括高压球阀三，所述高压球阀三经管线与所述气动高压球阀一并联设置。根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

1)低压蓄能器和高压蓄能器配合使用，实现了大直径钻铤的剪切工作，可以大大提高固定数量蓄能器的可用液量，避免使用较多的蓄能器来满足功能液量的需求。

2)低压蓄能器的所有连接件的额定压力均为常规使用，因而选择范围比较广泛，高压蓄能器的所有连接件由于数量少、种类少，因而在选择上比较便捷，且高压蓄能器与氮气瓶配套使用，增加了高压蓄能器的有效容积。

3)低压蓄能器可提供剪切闸板在无负载或轻负载行程用油，剪切闸板需要大推力剪切管柱时使用高压蓄能器提供高压液压油，为剪切闸板提供峰值推力，用于剪切初期的破口，保证剪切的可靠性，同时大幅降低设备总成本。

4)由整套管路不需要全部承载40MPa的额定压力，故而整套设备的管路加工上也可以降低加工难度，最终降低制造成本。

5)采用PLC控制可以更精准地控制设定液量下进行高低压的切换，同时也避免了误操作的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例高低压双回路的地面防喷器控制装置的结构示意图；

附图标记说明：1、低压蓄能器；2、低压球阀一；3、低压总球阀；4、溢流阀一；5、单向阀一；6、低压泵；7、滤油器一；8、第一球阀；9、油箱；10、低压球阀三；11、低压泵控制器；12、高压蓄能器；13、氮气瓶；14、高压球阀一；15、高压总球阀；16、溢流阀二；17、单向阀二；18、高压泵；19、滤油器二；20、高压球阀二；21、高压泵控制器；22、流量计；23、三位四通转阀；24、气动高压球阀一；25、气动高压球阀二；26、高压球阀三；27、三位五通电磁换向阀；28、空压机；29、控制柜。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的目的是提供一种高低压双回路的地面防喷器控制装置，使用低压蓄能器和高压蓄能器共同为大直径钻铤剪切防喷器提供工作液压油，在实现剪切功能的同时，可以大大降低制造成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供的高低压双回路地面防喷器控制装置，包括：与油箱9分别连通的低压油路和高压油路以及各个元件的控制部分；控制部分包括低压泵控制器11、高压泵控制器21、三位四通转阀23、三个三位五通电磁换向阀27、空压机28和控制柜29；三位四通阀23处设置双作用气缸和位置传感器，位置传感器与控制柜电性连接，用于检测三位四通阀23开/关位置，低压油路设置有低压蓄能器组、低压总球阀3、溢流阀一4、单向阀一5、低压泵6、滤油器一7和流量计22，低压蓄能器组、低压总球阀3、溢流阀一4、单向阀一5、低压泵6、滤油器一7与油箱9依次管线连接，低压泵6的压力为25MPa，低压泵6用于为低压蓄能器组充压，低压总球阀3依次与流量计22和三位四通转阀23的进口管线连接；高压油路设置有高压蓄能器组、高压总球阀15、溢流阀二16、单向阀二17、高压泵18、滤油器二19和两个气动高压球阀，两个气动高压球阀为高压气动球阀一24和气动高压球阀二25，高压蓄能器组、高压总球阀15、溢流阀二16、单向阀二17、高压泵18、滤油器二19与油箱9依次管线连接，高压泵18的压力为60MPa，高压泵18用于为高压蓄能器组充压，高压总球阀15依次与气动高压球阀一24、气动高压球阀二25和三位四通转阀23的关路管线连接；三位四通阀23和两个气动高压球阀分别与一个三位五通电磁换向阀27通过气管线路连接，三个三位五通电磁换向阀27均与空压机28通过气管线路连接，压缩空气经过三位五通电磁换向阀27控制三位四通阀23的换向以及两个气动高压球阀的开关动作；低压泵控制器11、高压泵控制器21和三个三位五通电磁换向阀27分别与控制柜29电性连接，低压泵6的电机电性连接着继电器，继电器与低压泵控制器11电性连接，低压泵控制器11用于控制低压泵6的启停，保证低压蓄能器储存压力在18.9～21MP之间，高压泵18的电机电性连接着继电器，继电器与高压泵控制器21电性连接，高压控制器21用于控制所述高压泵18的启停，保证高压蓄能器储存压力在37～40MP之间；该装置还包括高压球阀四26，高压球阀四26经管线与气动高压球阀一24并联设置。

其中，低压蓄能器组包括五个低压蓄能器1，可根据实际需求增删，各个低压蓄能器1管口处分别设置低压球阀一2；高压蓄能器组包括两个高压蓄能器12，可根据实际需求增删，各个高压蓄能器12管口处分别设置高压球阀一14；高压蓄能器12设置有氮气瓶13，氮气瓶13用于增加高压蓄能器12的可用容积；低压油路上的溢流阀一4设置为一个，压力为23MPa，高压油路上的溢流阀二16设置为两个，压力为42MPa；低压泵6和高压泵18均为三缸柱塞泵；油箱9连通低压回路的进、出口处设置低压球阀三10和第一球阀8，油箱9连通高压回路的进、出口处设置高压球阀二20和第一球阀8；低压泵控制器11和高压泵控制器21均为电子压力控制器；控制柜29为PLC控制柜，也可以为工控机控制柜。

该装置的工作原理是：1)整套装置通过电动机带动泵将液压油经由单向阀流进蓄能器，为控制对象提供压力油储备。2)低压油路：气动高压球阀一关闭，液压油通过25MPa低压泵将液压油经由单向阀一流进低压蓄能器储存压力，当压力达到21MPa时低压泵自动停止供压；当控制对象关闭动作时，液压油经低压蓄能器、低压总球阀、流量计、三位四通转阀关位、气动高压球阀二进入被控对象关闭控制腔。3)高压油路：液压油通过60MPa高压泵将液压油经由单向阀二流进高压蓄能器储存压力，当压力达到40MPa时高压泵自动停止供压，当流量计反馈流量达到预先设定流量时会产生电信号，通过PLC控制柜输出信号来先关闭气动高压球阀二，之后压力油经高压蓄能器、高压总球阀、气动高压球阀一进入被控对象关闭控制腔，实现高压关闭控制。4)被控对象开启油路流向：触动打开按钮，气动高压球阀一关闭，在气动高压球阀一关闭后打开气动高压球阀二，三位四通转阀换向，压力油由低压蓄能器经低压总球阀、流量传感器、三位四通转阀开位流入被控对象开启控制腔，被控对象开启。5)关闭过程中，被控开位液压油经三位四通转阀回油箱。6)开启过程中，被控关位液压油经气动高压球阀二、三位四通转阀回油箱。7)控制系统PLC控制：在蓄能器无压力储存的状态下上电，首先检测气动高压球阀一是否处于关位，如果处于开位时，首先执行关闭气动高压球阀一动作，之后检测气动高压球阀二是否处于开位，如果处于关位时，首先执行开启气动高压球阀二动作，且在未执行开关动作时三位四通转阀需要手动至中位，之后方可以启动电机泵组为蓄能器充压，直至达到设定压力时自动停止充压，压力降至设定下限时自动启动电动泵充压。当启动关闭功能后，PLC控制三位四通转阀换向至关位，此时流量传感器反馈流量信号至PLC，当流量达到设定之后，PLC控制气动高压球阀二关闭，关闭后打开气动高压球阀一，直至被控对象关闭到位，同时清除流量计的计数。当启动开启功能后，PLC控制气动高压球阀一关闭，关闭后打开气动高压球阀二，同时控制三位四通转阀换向至开位，此时流量传感器回馈的流量信号不进行采集，直至被控对象开启到位。

本发明实施例高低压双回路的地面防喷器控制装置存在以下技术效果：

1)低压蓄能器和高压蓄能器配合使用，实现了大直径钻铤的剪切工作，可以大大提高固定数量蓄能器的可用液量，避免使用较多的蓄能器来满足功能液量的需求。

2)低压蓄能器的所有连接件的额定压力均为常规使用，因而选择范围比较广泛，高压蓄能器的所有连接件由于数量少、种类少，因而在选择上比较便捷，且高压蓄能器与氮气瓶配套使用，增加了高压蓄能器的有效容积。

3)低压蓄能器可提供剪切闸板在无负载或轻负载行程用油，剪切闸板需要大推力剪切管柱时使用高压蓄能器提供高压液压油，为剪切闸板提供峰值推力，用于剪切初期的破口，保证剪切的可靠性，同时大幅降低设备总成本。

4)由整套管路不需要全部承载40MPa的额定压力，故而整套设备的管路加工上也可以降低加工难度，最终降低制造成本。

5)采用PLC控制可以更精准地控制设定液量下进行高低压的切换，同时也避免了误操作的发生。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。