[发明专利]基于直线电机的深水防喷器组控制系统

说明书

技术领域

本发明属于深水钻探设备控制领域，涉及一种基于直线电机的深水防喷器组控制系统。

背景技术

深水防喷器组在保证深水钻井作业安全性方面发挥了极其重要的作用，其作用是在发生井喷或者井涌时控制井口压力，在台风等紧急情况下钻井装置必须撤离时关闭井口，保证人员和设备的安全，同时避免污染周围海洋环境和破坏油气资源。目前，深水钻井使用的都是液压驱动防喷器，针对此种类型的防喷器，在API Spec 16D(第二版)中，阐述了三种不同的水下防喷器控制系统，即先导液压控制系统、电液控制系统和多路电液控制系统。在深水钻井作业过程中，选择控制系统类型的主要考虑因素是控制系统的快速响应性能。在水深超过1800米的深水钻井中，液压先导控制信号在深水中的传输时间长，响应时间无法满足标准要求，因此不能采用先导液压控制系统；电液控制系统采用单路直控，一根导线控制一个电磁阀，随着水深增加，控制对象增多，导致传输电缆粗大笨重，终端接点众多，容易产生错误信号等问题，将使系统故障率大幅度上升；多路电液控制系统采用多路控制技术，即通过单组电子通讯线缆传递多路控制信号，分别控制不同被控元件的控制技术。多路控制方式的信号衰减小，抗干扰能力强，线缆简单且重量轻，可靠性高，广泛应用于深水防喷器组控制系统中。

然而，多路电液控制系统结构复杂，体积和重量很大，而且购买和维修系统的费用非常昂贵。一种基于直线电机的闸板防喷器被提出，它包括壳体、侧门、端盖、闸板、闸板轴和闸板轴驱动部分组成。驱动部分主要由直线电机、液压缸、电磁换向阀和单向阀组成。闸板轴与一个大的驱动液压缸相连，此大液压缸通过一个二位四通的电磁阀与一个小液压缸相连，小液压缸与直线电机的次级相连接。直线电机驱动小液压缸的活塞杆做往复运动，小液压缸不断地把液压油推入大液压缸腔体中，利用帕斯卡原理，大液压缸活塞杆可以得到比较大的推力，驱动闸板轴，从而控制防喷器的开关。另外，由于单向阀的作用，此装置还具有自锁功能。基于直线电机的深水防喷器组控制系统，目前国内外尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于直线电机的深水防喷器组控制系统，实现长距离传输和快速传输，为深水和超深水钻井提供技术和装备支持。

本发明的原理：所发明的基于直线电机的深水防喷器组控制系统主要包括中央控制单元1、水下控制箱蓝箱3、水下控制箱黄箱5和连接光电缆2。中央控制单元1是控制系统的核心，它主要包括钻控制台6、队长控制台7、工作站8、三模冗余控制器9、VPN服务器10、光电转换器11和数据库服务器12。位于中央控制单元1内的司钻控制台6包括触摸屏式工控机和按钮面板，作为最基本的控制站能够完成控制系统的所有功能；队长控制台7与司钻控制台6具有相同的硬件结构和控制功能，位于队长办公室或者接近救生艇的地方，它作为第二控制站使用；工作站8作为第三控制站使用；光电缆2用来传输信号和为水下控制箱内电子模块供电。水下控制箱蓝箱3和黄箱5互为备份，装载深水防喷器组的部分电控系统。两个控制箱内装载相同的电子模块，主要包括输入输出模块13、温度和压力传感器15、光电转换器11和直线电机驱动器14。正常情况下蓝、黄箱都得电工作，当蓝箱3中的电子模块出现故障时，控制功能自动或者手动切换到黄箱5，由黄箱5重新执行该动作。

本发明具有如下优点：

1.只采用电信号控制防喷器组，可以实现长距离传输和快速传输，本系统可以应用于超深水钻井中。

2.没有蓄能器组和液压动力单元等液压系统，结构简单，系统总体体积和重量减小，节约了成本。

3.系统安装快速，故障定位和修复耗时少。

4.电控系统能够实现模块化，可以根据实际应用添加相应的功能模块。

附图说明

图1是基于直线电机的防喷器组控制系统结构示意图。

图2是图1中的中央控制单元1的结构示意图。

图3是图1中的水下控制箱蓝箱3和黄箱5内装载的模块示意图。

具体实施方式

参见图1。本发明的基于直线电机的深水防喷器组控制系统主要包括位于平台上的中央控制单元1、位于水下的蓝箱3、黄箱5和连接水上水下系统的光电缆2。