固井控制装置

技术领域

本发明涉及油气井开发技术领域，尤其涉及一种固井控制装置。

背景技术

固井工程是油气井建井的一个重要环节，固井作业工序多、时间短、技术性强，是较独立的系统工程。

随着油气勘探开发从浅层、中深层向深层、超深层发展，固井作业环境越来越复杂，为了提高固井作业的安全性以及作业效率，人们越来越多地追求实现自动化固井作业，那么就需要对原油气井处的装置、管汇等进行施工改造，那么如何既能实现自动化固井作业的同时，又能降低施工的繁琐程度成为目前亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种固井控制装置，在能够实现自动化固井作业的同时，提高自动化固井施工的便捷性。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

本发明实施例提供一种固井控制装置，包括：控制集成撬，所述控制集成撬包括集成的开关控制部、测量部和控制系统；

所述控制系统分别与所述开关控制部和所述测量部连接，用于控制所述开关控制部的通断以及控制所述测量部进行测量；

所述开关控制部与所述测量部连接，所述测量部用于测量通过所述开关控制部的流体参数；

所述开关控制部用于与固井设备连接，用于控制固井设备之间流体走向。

具体地，所述开关控制部包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关；

所述第一开关的一端用于与固井水泥头的上端接口连接，所述第二开关的一端用于与所述固井水泥头的下端接口连接；所述第一开关的另一端与所述第二开关的另一端连接；

所述第三开关的一端用于与固井水泥车连接；

所述第四开关的一端用于与井场泵连接，所述第四开关的另一端分别与所述第一开关的另一端和所述第二开关的另一端连接；

所述第五开关的一端用于与所述固井水泥车连接，所述第五开关的另一端分别与所述第四开关的另一端、所述第二开关的另一端和所述第一开关的另一端连接。

具体地，所述测量部的一端分别与所述第一开关的另一端和所述第二开关的另一端连接，所述测量部的另一端分别与所述第四开关的另一端和所述第五开关的另一端连接。

具体地，所述开关控制部为手液动一体式阀门；

和/或，所述测量部包括质量流量计。

具体地，所述控制系统用于与所述固井设备连接，接收所述固井设备的工作信号，并按照预设顺序控制所述开关控制部通断以及所述测量部进行测量。

具体地，所述控制系统用于与所述固井设备连接，按照预设作业流程控制所述固井设备进行工作、控制所述开关控制部通断以及控制所述测量部进行测量。

具体地，所述控制系统包括电气控制系统和液压控制系统。

具体地，所述控制系统还用于接收所述开关控制部和所述测量部反馈的数据。

本发明实施例的固井控制装置还包括：

远程监控单元，所述远程监控单元与所述控制系统连接，用于向所述控制系统发送控制指令以及接收所述控制系统接收到的反馈数据。

本发明实施例的固井控制装置还包括：

固井水泥头，所述固井水泥头包括挡销以及连接所述挡销的执行机构，所述执行机构用于控制所述挡销开关动作；所述控制系统与所述执行机构连接，用于控制所述执行机构动作，以控制所述挡销的开关动作；

所述固井水泥头的连接口均连接快装接头。

本发明实施例提供的一种固井控制装置，通过控制集成撬将开关控制部、测量部和控制系统集成在一起，其中，控制系统分别与开关控制部和测量部连接，以实现对开关控制部通断的控制以及对测量部进行测量的控制，当要实现自动化固井作业时，将控制集成撬移至需要改造的油气井处，将开关控制部、测量部与固井设备通过管汇连接，在进行固井作业过程中，固井设备按照固井作业流程依次进行工作，同时控制系统根据固井作业流程相应地控制开关控制部进行通断、控制测量部进行测量，以完成自动化固井作业。本发明实施例的固井控制装置，将关键控制部件集成化、控制方式集成化，方便移动、安装，设计灵活，可根据需要连接开关控制部、测量部和固井设备，实现定制化，适应不同油气井区的自动化固井作业，提高了自动化固井施工的便捷性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种固井控制装置的结构示意图；

图2为图1的固井控制装置的另一视角的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种固井控制装置连接框图；

图4为本发明实施例提供的一种固井控制装置连接结构示意图；

图5为图4的固井控制装置处于循环流程的工作状态示意图；

图6为图4的固井控制装置处于注前置液/水泥浆流程的工作状态示意图；

图7为图4的固井控制装置处于冲洗管线流程的工作状态示意图；

图8为图4的固井控制装置处于压胶塞流程的工作状态示意图；

图9为图4的固井控制装置处于替浆流程的工作状态示意图；

图10为图4的固井控制装置处于碰压流程的工作状态示意图。

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。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种固井控制装置，包括：控制集成撬1，控制集成撬1包括集成的开关控制部11、测量部12和控制系统13；控制系统13分别与开关控制部11和测量部12连接，用于控制开关控制部11的通断以及控制测量部12进行测量；开关控制部11与测量部12连接，测量部12用于测量通过开关控制部11的流体参数；开关控制部11用于与固井设备连接，用于控制固井设备之间流体走向。

其中，开关控制部11可以采用多个控制开闭的阀门，在高压工作环境中，可采用液控阀，也可以采用多个不同控制方式的阀门，以适应不同工作场景的需要。开关控制部11的连接口可以设置快装接头，以便在连接管线时连接方便快捷。

测量部12可以采用测量流体压力、流量或质量等的仪器仪表，可以设置多个不同的仪器仪表，如压力表、温度计、流体密度计、质量流量计等。

结合图3所示，控制系统13分别与开关控制部11和测量部12连接，可以实现控制开关控制部11的通断以及控制测量部12进行测量，可以给控制系统13发送相应的控制指令以实现其控制功能，或者也可预设控制程序，当触发该控制程序时，使控制系统13完全自动化控制开关控制部11和测量部12等。控制系统13还可以连接其他固井设备，以控制其他固井设备进行工作，其中，其他固井设备可以包括井场泵4、固井水泥车3、固井水泥头2、冲洗设备5等。

开关控制部11用于与固井设备连接，用于控制固井设备之间流体走向，测量部12与开关控制部11连接，用于测量通过开关控制部11的流体的压力、流量或质量等参数，即测量固井设备与开关控制部11之间流通的流体参数。

本发明实施例提供的固井控制装置，通过撬装方式将上述开关控制部11、测量部12和控制系统13集成在一起，能够方便整体迁移，具体地，可以设置撬座，将开关控制部11、测量部12和控制系统13设置在撬座上，通过移动撬座，便可将整体移动至所需位置，或者，也可设置箱体，将开关控制部11、测量部12和控制系统13设置在箱体内并留出连接口、连接空间等，以便方便连接，通过移动箱体，便可将整体移动至所需位置；具体撬装设计形式不做限定。然后可将固井水泥头、其他固井设备等通过管汇与开关控制部11和测量部12进行连接，将控制系统13与固井设备连接，完成对原油气井固井部分的改造，可以通过控制系统13对开关控制部11、测量部12、其他固井设备的进行控制，实现自动化固井作业。具体地，参见图3，自动化固井作业方式可以如下：

一种实施方式：将控制系统13与固井设备连接，用于接收固井设备的工作信号，当按照固井作业流程，通过原控制方式相应启动固井设备进行工作时，固井设备的工作信号会传输到控制系统13中，控制系统13会相应的控制开关控制部11通断，以及控制测量部12进行测量；例如，固井作业流程通常包括循环、注前置液/水泥浆、冲洗管线、下胶塞、注压塞液、替浆及碰压等流程，当进行循环作业时，启动井场泵4，可以是由原操控方式将井场泵4启动工作，此时控制系统13接收到井场泵4进行工作的信号，则控制系统13控制相应的开关控制部11连通，以进行循环作业，控制系统13控制测量部12对循环作业过程中的流体参数进行测量，例如采用质量流量计测量循环作业过程中流体的质量流量。其他作业过程同理，此处不作赘述。

另一种实施方式：将控制系统13与固井设备连接，用于控制固井设备进行工作，当开始固井作业时，控制系统13会按照预设的固井作业流程相应的控制固井设备、开关控制部11和测量部12进行工作；例如，固井作业流程通常包括循环、注前置液/水泥浆、冲洗管线、下胶塞、注压塞液、替浆及碰压等流程，当进行循环作业时，控制系统13启动井场泵4进行工作，然后控制控制相应的开关控制部11连通，以进行循环作业，控制系统13控制测量部12对循环作业过程中的流体参数进行测量，例如采用质量流量计测量循环作业过程中流体的质量流量。其他作业过程同理，此处不作赘述。

除了以上实施方式，还可以通过设置远程操控系统，该远程操控系统分别与上述控制系统13和固井设备连接，对上述控制系统13、固井设备按照固井作业流程发送控制指令，以实现自动化固井作业。

本发明实施例提供的固井控制装置，通过控制集成撬1将开关控制部11、测量部12和控制系统13集成在一起，其中，控制系统13分别与开关控制部11和测量部12连接，以实现对开关控制部11通断的控制以及对测量部12进行测量的控制，当要实现自动化固井作业时，将控制集成撬1移至需要改造的油气井处，将开关控制部11、测量部12与固井设备通过管汇连接，在进行固井作业过程中，固井设备按照固井作业流程依次进行工作，同时控制系统13根据固井作业流程相应地控制开关控制部11进行通断、控制测量部12进行测量，以完成自动化固井作业。本发明实施例的固井控制装置，将关键控制部件集成化、控制方式集成化，方便移动、安装，设计灵活，可根据需要连接开关控制部、测量部和固井设备，实现定制化，适应不同油气井区的自动化固井作业，提高了自动化固井施工的便捷性。

具体地，参见图4，开关控制部11包括第一开关111、第二开关112、第三开关113、第四开关114和第五开关115；第一开关111的一端用于与固井水泥头2的上端接口21连接，第二开关112的一端用于与固井水泥头2的下端接口22连接；第一开关111的另一端与第二开关112的另一端连接；第三开关113的一端用于与固井水泥车3连接；第四开关114的一端用于与井场泵4连接，第四开关114的另一端分别与第一开关111的另一端和第二开关112的另一端连接；第五开关115的一端用于与固井水泥车3连接，第五开关115的另一端分别与第四开关114的另一端、第二开关112的另一端和第一开关111的另一端连接。其中，第一开关111、第二开关112、第三开关113、第四开关114、第五开关115、固井水泥头2、固井水泥车3和井场泵4之间可以通过管汇连接。具体地，测量部12的一端分别与第一开关111的另一端和第二开关112的另一端连接，测量部12的另一端分别与第四开关114的另一端和第五开关115的另一端连接。下面通过固井作业流程来具体说明本发明实施例。固井作业流程通常包括循环、注前置液/水泥浆、冲洗管线、压胶塞、替浆及碰压。

结合图5所示，在循环流程中，使固井水泥头2的挡销23处于关闭状态，胶塞24位于挡销23上部，启动井场泵4，控制系统13控制第二开关112和第四开关114连通，并控制测量部12进行测量，流体流向依次为井场泵4、第四开关114、测量部12、第二开关112、固井水泥头2的下端接口22、井筒，完成循环流程后，控制系统13控制第四开关114断开。

结合图6所示，在注前置液/水泥浆流程中，使固井水泥头2的挡销23处于关闭状态，胶塞24位于挡销23上部，启动固井水泥车3，控制系统13控制第二开关112和第五开关115连通，并控制测量部12进行测量，流体流向依次为固井水泥车3、第五开关115、测量部12、第二开关112、固井水泥头2的下端接口22、井筒，完成注前置液/水泥浆流程后，控制系统13控制第二开关112和第五开关115断开。

结合图7所示，在冲洗管线流程中，使固井水泥头2的挡销23处于关闭状态，胶塞24位于挡销23上部，第三开关113的另一端可以与清洗泵等冲洗设备5连接，值得说明的是，冲洗管线流程不是必须的，所以在需要时将第三开关113的另一端连接冲洗设备5；启动冲洗设备5，控制系统13控制第三开关113连通，流体流向依次为冲洗设备5、第三开关113、固井水泥车3，然后通过固井水泥车3排出，完成冲洗管线流程后，控制系统13控制第三开关113断开。

结合图8所示，压胶塞流程包括下胶塞和注压塞液，在压胶塞流程中，使固井水泥头2的挡销23开启，胶塞24下落，启动固井水泥车3，控制系统13控制第一开关111和第五开关115连通，并控制测量部12进行测量，流体流向依次为固井水泥车3、第五开关115、测量部12、第一开关111、固井水泥头2的上端接口21、井筒，完成压胶塞流程后，控制系统13控制第五开关115断开。

结合图9所示，在替浆流程中，使固井水泥头2的挡销23关闭，启动井场泵4，控制系统13控制第一开关111、第二开关112和第四开关114连通，并控制测量部12进行测量，流体流向依次为井场泵4、第四开关114、测量部12、第一开关111和第二开关112、固井水泥头2的上端接口21和下端接口22、井筒，完成替浆流程后，控制系统13控制第四开关114断开。

结合图10所示，在碰压流程中，使固井水泥头2的挡销23关闭，启动固井水泥车3，控制系统13控制第一开关111、第二开关112和第五开关115连通，并控制测量部12进行测量，流体流向依次为固井水泥车3、第五开关115、测量部12、第一开关111和第二开关112、固井水泥头2的上端接口21和下端接口22、井筒，完成碰压流程后，控制系统13控制第一开关111、第二开关112和第五开关115断开。

按照上述连接方式，可将第一开关111、第二开关112、第三开关113、第四开关114、第五开关115和测量部12通过管汇连接好，减少了现场连接的繁琐。并且可以仅设置一个测量部12，便可实现在所需的固井作业流程中进行测量。本发明实施例的固井控制装置能够实现上述流程化、自动化固井施工。

具体地，开关控制部11为手液动一体式阀门，以保证在能够自动控制的前提下又可以手动操作，以便在自动控制出现问题时，工作人员可以手动干预。其中，手液动一体式阀门可以为手液动旋塞。

具体地，参见图3，关于控制系统13实现自动化固井作业的方式，可以采用以下方式：一种实施方式为：控制系统13用于与固井设备连接，接收固井设备的工作信号，并按照预设顺序控制开关控制部11通断以及测量部12进行测量。另一种实施方式为：控制系统13用于与固井设备连接，按照预设作业流程控制固井设备进行工作、控制开关控制部11通断以及控制测量部12进行测量。其中，这两种实施方式在前述实施例中已描述，此处不再赘述。

具体地，参见图1和图2，控制系统13包括电气控制系统131和液压控制系统132，分别用于与井场的液控设备和电控设备连接，以控制井场的液控设备和电控设备进行工作。本发明实施例的固井控制装置集成机、电、液一体化技术，可实现多元化控制方式，提高油气井改造便捷性，可根据油气井地层特性、固井作业需求和参数等对固井控制装置中的各部件的连接方式进行灵活调整，提高自动化固井作业的适应性。

具体地，控制系统13还用于接收开关控制部11和测量部12反馈的数据。控制系统13可获取开关控制部11的开关量以及测量部12的测量数据，用于实时监控固井作业过程。

参见图3，本发明实施例的固井控制装置还包括远程监控单元6，远程监控单元6与控制系统13连接，用于向控制系统13发送控制指令以及接收控制系统13接收到的反馈数据。工作人员可通过远程监控单元6得知固井作业情况，并远程控制控制系统13，实现自动化固井作业，降低工作人员的作业风险。其中，远程监控单元6可以设置在固井水泥车3中，在车中的工作人员可以直接进行监控，提高工作效率。

具体地，测量部12包括质量流量计，以测得流体的质量流量。其中，若通过测量流体的温度、压力、密度和体积等参数后，再通过修正、换算和补偿等方法间接地得到流体的质量，则中间环节多，质量流量测量的准确度难以得到保证和提高，因此采用质量流量计可以提高质量流量测量的准确度。

参见图3，本发明实施例的固井控制装置还包括固井水泥头2，固井水泥头2包括挡销23以及连接挡销23的执行机构25，执行机构25用于控制挡销23开关动作；控制系统13与执行机构25连接，用于控制执行机构25动作，以控制挡销23的开关动作。其中，可以将原油气井的固井水泥头更换，采用本实施例的固井水泥头2，可将控制系统13与本实施例的固井水泥头2的执行机构25连接，按照固井作业流程控制固井水泥头2的执行机构25进行相应动作。具体地，固井水泥头2的连接口均连接快装接头，方便固井水泥头2的更换，省时省力，提高自动化固井施工的便捷性。

本发明实施例提供的固井控制装置，通过控制集成撬1将开关控制部11、测量部12和控制系统13集成在一起，其中，控制系统13分别与开关控制部11和测量部12连接，以实现对开关控制部11通断的控制以及对测量部12进行测量的控制，当要实现自动化固井作业时，将控制集成撬1移至需要改造的油气井处，将开关控制部11、测量部12与固井设备通过管汇连接，在进行固井作业过程中，固井设备按照固井作业流程依次进行工作，同时控制系统13根据固井作业流程相应地控制开关控制部11进行通断、控制测量部12进行测量，以完成自动化固井作业。本发明实施例的固井控制装置，将关键控制部件集成化、控制方式集成化，方便移动、安装，设计灵活，可根据需要连接开关控制部、测量部和固井设备，实现定制化，适应不同油气井区的自动化固井作业，提高了自动化固井施工的便捷性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。