连续油管测井机电液集成控制系统的设计

第32卷　第4期2008年8月
测　井　技　术
WELL LO GGIN G TECHNOLO GY
Vol.32　No.4
Aug2008
文章编号:100421338(2008)0420350203
连续油管测井机电液集成控制系统的设计
彭　嵩,肖建秋,马青芳,田　毅
(中国石油集团钻井工程技术研究院,北京100097)
摘要:对集机电液一体化于一体,并采用自动化解决方案的连续油管测井机进行了介绍。

该测井机采用了目前先进的电液集成控制技术,实现了液压系统的模块化、集成化设计,提高了连续油管测井机的自动化水平;采用基于人机界面控制的电器控制系统,最大程度地优化了控制室的布局,通过触摸屏实现全部控制任务;采用基于冗余备份的数据采集系统,实时记录了作业中的各种数据,完成了数据的采集、存储、备份和恢复。

关键词:连续油管测井机;电液集成控制;电器控制系统;数据采集系统
中图分类号:P631.83 文献标识码:A
Design of Electrohydraulic Control System of Coiled Tubing Logging T ruck
PEN G Song,XIAO Jian2qiu,MA Qing2fang,TIAN Y i
(Drilling Research Institute,CNPC,Beijing100097,China)
Abstract:Int roduced is coiled t ubing logging truck t hat integrates mechnical2elect rohydraulic sys2 tem and automation solutio n.Modular and integration design of hydraulic system using t he ad2 vanced elect rohydraulic cont rol system in t he logging t ruck has increased degree of t he t ruck’s au2 tomation.Elect rical cont rol system based on user interface has optimized t he cont rol cabin to t he highest extent and has completed all control tasks by touch screen.Data p rocessing system based on redundant and backup technology recordes various work p rocesses and real2time data,and also performs data acquisition,storage,backup and recover f unctions.
K ey w ords:coiled t ubing logging t ruck,elect rohydraulic cont rol system,elect rical cont rol sys2 tem,data processing system
0　引　言
连续油管测井机是以连续油管为基础,内装传输电缆,将连续油管的刚度与电缆遥测技术有机地结合在一起的一种新型测井方法。

连续油管测井技术的优点是能够使用现有的标准工具及设备,而不需做专门的改进。

此外,该技术还可以带压测井。

连续油管测井技术被认为是复杂大斜井和水平井中的一种快捷、精确、经济的测井方法[1]。

1　连续油管测井机的总体方案
连续油管测井机是一种车载式作业设备,其电液集成控制系统包括液压控制、电器控制和数据采集3个子系统。

将目前先进的电液集成控制技术应用于连续油管测井机中,使得连续油管测井机性能得到提升,形成了能够用于连续油管测井的功能齐全的地面装备。

因此,连续油管测井机是一种集成创新技术,目前国际上还没有相应的成熟产品。

正常作业时,发动机动力经过全功率取力口和变速箱功率取力口带动液压系统的3个径向柱塞泵,分别驱动注入头系统、滚筒系统、随车吊系统以及防喷器等。

作业前,连续管测井机到达被测井井位,利用随车吊将防喷器吊装上井口,再将注入头从车上吊下,支撑好。

然后转动滚筒将连续油管送出,穿过注入
项目来源:国家863技术研究项目、中国石油天然气集团重大研究项目,2006AA06A106作者简介:彭　嵩,男,1969年生,博士,从事连续管测井地面装备等技术的研发工作。

头和防喷器,并用随车吊吊住注入头。

作业时,注入头的推挤系统将连续油管伸出注入头下端后,通过井下连接短节连接测井仪器。

井下仪器随连续油管到达井下预定位置后,进行测试和数据采集。

完成测试后,反向驱动注入头马达,上提连续油管和井下仪器,连续管反向随动,将连续管和井下仪器上提至地面,停止注入头马达,拆下测井仪器并驱动连续管滚筒,将连续管收起。

作业后,将连续油管测井机的各个部分恢复至原位,从而完成一次测井作业。

2　电液比例控制技术的液压控制系统
液压控制系统是连续油管测井机的中枢,所有执行机构的动作都是通过液压控制系统来实现的。

针对具体情况,液压控制系统采用了先进的电液比例控制技术[223],实现了连续油管测井机的自动化,简化了操作人员的操作步骤,节省了大量培训时间和成本,从而提高了连续油管的使用寿命。

液压控制系统包括泵源控制模块、注入头速度方向控制、注入头张紧压紧控制、滚筒控制、防喷器控制、随车吊控制以及辅助控制模块,其结构如图1所示。

图1　液压控制系统结构简图
液压控制系统的动力来源于柴油发动机,经过全功率取力口和变速箱功率取力口驱动3个径向柱塞泵,通过泵源控制模块提供给各个模块;注入头速度方向控制模块控制注入头马达的转速和转向,从而实现连续油管注入或上提的速度和方向的调节;注入头张紧压紧控制模块通过2组液缸张紧注入头的从动链条,并通过3组液缸压紧链条上的夹持块,从而达到夹紧连续油管,实现注入或上提连续油管的目的;滚筒控制模块完成连续油管的缠绕和抽出功能;防喷器控制模块由四闸板防喷器组和防喷盒组成,采用全液压控制,为井上作业创造安全的工作环境;随车吊控制模块根据作业的工作需要,实现吊装防喷器或注入头的作用;辅助控制模块完成滚筒
装置相对井口位置的转动、排管器的旋转和支撑、操作室的升降以及注入头液压管线的缠绕等功能。

液压系统必要的控制操作都可以在操作室中实现,需要的各个压力显示在控制台的面板上。

连续油管注入和上提的低速稳定性以及注入头和滚筒的速度匹配是液压控制系统的关键技术,为此,采用了电液比例控制和闭环控制的解决方案。

3　人机界面控制的电器控制系统
电器控制系统是连续油管测井机的控制核心,控制和操作都集中在操作室内,整体采用正压防爆设计,系统电源采用井场电源或自带柴油发电机组并配备大容量U PS 不间断电源。

电器控制系统采用自上而下的设计思想,总体体系结构采用了2层结构。

上层为控制管理层,由1台带触摸式显示屏的工控机组成,完成各种作业的分配、各种控制任务的选择、数据采集和处理以及对控制系统的监控等功能。

下层为现场控制层,连接着现场各类装置,采用分布式I/O 技术实现,完成现场的各种传感器数据的采集、各种执行机构的控制。

其总体体系结构原理图如图2所示。

图2　电控系统总体体系结构原理图
根据电控系统总体体系结构要求,与控制器硬
件结构相适应,电控系统的软件结构也大体上分为2层,即控制管理软件层和控制应用软件层,其软件结构如图3所示。

控制管理软件是电控系统的控制管理核心,既是人机交互式的管理软件界面,又是作业的任务控制器和任务管理器。

控制管理软件采用基于Win 2dows2000操作系统上的Siemens WinCC 图形化控制界面,结合实时数据库,将现场数据的采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示、以及人机对话、
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图3　电控系统软件结构图
数据的存储、检索管理、历史数据的查询、趋势分析、实时通信等多任务完美集成,用户在操作室就可以通过本系统完成预定的控制任务,获取全部的资料数据以及分析结果。

系统提供完善的工况指示、故障报警及紧急处理功能,确保连续油管测井机平稳安全地工作,同时控制管理软件又是一个开放式的软件系统,方便用户做进一步的开发研究。

控制应用软件是各种现场设备控制算法的集合,各种各样的现场设备有各种相应的控制策略和算法与之相适应。

对于该系统,选用Siemens的Step7做为应用软件。

通过调用各种不同类型的通用控制模块和各个专用控制模块的组合可以实现各种作业任务,完成各作业任务控制算法,对各个现场设备进行控制,实现连续油管测井机要求的各种控制任务。

各种控制模块具有开放性,用户也可以开发自己的应用控制模块与其集成,实现各种特殊的应用需要。

4　具有冗余备份的数据采集系统对连续油管测井机来讲,数据的采集、存储、备份和恢复是至关重要的。

工控机将井下测试仪器采集到的数据实时地处理、显示,以良好的界面使用户很方便地观测数据,并将数据实时地写入到关系数据库中,数据采集系统的结构示意图如图4所示。

从图4中可看出,注入头上的指重传感器将采集到的信号、注入头的注入深度和速度以及各类现场设备将采集到的信号都经变送器传递到数据采集系统中,并通过触摸屏显示控制系统进行数据显示。

为了方便地对采集到的数据进行管理,采用了具有冗余备份技术的SQL Server关系数据库。

图4　数据采集系统的结构示意图
数据采集系统对整个系统的重要参数进行实时记录和实时图谱显示,对一些故障信息进行报警处理。

数据服务实时记录了作业中的各种数据,向用户提供数据查询;数据分析;报表生成等各项数据服务功能。

在线帮助可以在使用时为用户提供最及时有效的帮助,节省时间,提高效率。

5　结论及发展前景
基于电液比例控制技术的液压控制系统,实现了液压系统的模块化、集成化设计,提高了连续油管测井机的自动化水平;基于人机界面控制的电器控制系统,采用独立的触摸式显示屏,实现了人机界面控制。

这种控制方式最大程度地优化了控制室的内部结构和布局,并将测井过程中的全部参数加以显示,同时,全部设备的控制也都可以简单地通过触摸屏加以实现;基于冗余备份的数据采集系统,实时记录了作业中的各种数据,广泛地应用了控制领域中的新成果,完成了作业全过程的智能化控制,是未来石油控制系统的发展方向。

连续油管技术的研制将会成功地解决油田生产中的一些特殊难题,其安全、快捷的特点和对油气藏特有的保护作用是常规作业所无法比拟的。

目前,连续油管测井系统已被证明是一种可替代常规电缆测井系统的有效测井工具(特别是在水平井和大斜度井中)[4]。

参考文献:
[1]　傅阳朝,李兴名.连续油管技术[M].北京:石油工业
出版社,2000.
[2]　许益民.电液比例控制系统分析与设计[M].北京:机
械工业出版社,2006.
[3]　崔孝斌,张运翘.连续油管作业机液压系统分析[M].
北京:石油工业出版社,1998.
[4]　熊　革,高文倩.连续油管测井技术[M].北京:石油
工业出版社,1998.
(收稿日期:2008203228　本文编辑　余　迎)
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