本發(fā)明涉及石油井下作業(yè)設(shè)備控制技術(shù)領(lǐng)域，確切地說涉及一種抽汲作業(yè)鋼絲繩打扭預(yù)防系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

抽汲作業(yè)為降低井內(nèi)液柱壓力、誘導(dǎo)油氣流和對低壓低產(chǎn)井測試求產(chǎn)量的主要方式。目前，通井機(jī)和修井機(jī)抽汲作業(yè)只配備了抽汲記錄儀，僅能對抽汲次數(shù)和抽汲深度進(jìn)行記錄，沒有安全控制功能。在抽汲作業(yè)下放鋼絲繩時，現(xiàn)場操作人員通常根據(jù)觀察鋼絲繩松緊度來判斷是否碰到液面或遇阻，如果發(fā)現(xiàn)不及時或操作失誤，鋼絲繩就會在井下迅速堆積，引起鋼絲繩打扭事故的發(fā)生。

公開號為104481425a，公開日為2015年4月1日的中國專利文獻(xiàn)公開了一種車載鉆機(jī)鋼絲繩防扭轉(zhuǎn)張緊裝置，該裝置包括：滑輪支架、給進(jìn)油缸、起拔鋼絲繩、給進(jìn)機(jī)身、動力頭、給進(jìn)鋼絲繩、滑輪、張緊油缸、鎖緊螺柱，所述滑輪支架的下方連接給進(jìn)機(jī)身，所述給進(jìn)機(jī)身的側(cè)面設(shè)置動力頭，所述起拔鋼絲繩的一端與動力頭的上端連接，所述起拔鋼絲繩的中間部分繞過滑輪支架，并且所述起拔鋼絲繩的另一端與設(shè)置在給進(jìn)機(jī)身橫梁上的鎖緊螺柱連接，所述給進(jìn)鋼絲繩的一端與動力頭的下端連接，所述給進(jìn)鋼絲繩的中間部分繞過設(shè)置在給進(jìn)機(jī)身下方的滑輪，所述給進(jìn)鋼絲繩的另一端與設(shè)置在給進(jìn)機(jī)身橫梁上的張緊油缸的活塞桿端連接。該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單可靠，實(shí)用性強(qiáng)，為車載鉆機(jī)的安全有效作業(yè)提供了保障。

以上述專利文獻(xiàn)為代表的現(xiàn)有技術(shù)，公開了一些具有較好應(yīng)用效果的車載鉆機(jī)鋼絲繩防扭轉(zhuǎn)張緊裝置。但是，這些防扭轉(zhuǎn)張緊裝置，仍然不能起到事先有效預(yù)防鋼絲繩在下放過程中打扭事故發(fā)生的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在針對上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷和不足，提供一種抽汲作業(yè)鋼絲繩打扭預(yù)防系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以有效預(yù)防鋼絲繩在下放過程中打扭事故的發(fā)生，提高抽汲作業(yè)安全技術(shù)水平，加快抽汲作業(yè)隊(duì)伍的數(shù)字化建設(shè)進(jìn)度。

同時，本發(fā)明還提供一種抽汲作業(yè)鋼絲繩打扭預(yù)防方法。

本發(fā)明是通過采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種抽汲作業(yè)鋼絲繩打扭預(yù)防系統(tǒng)，其特征在于包括：

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：采集抽汲深度信號和抽汲張力信號，進(jìn)行信號處理，并傳至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；包括光電編碼器、計數(shù)模塊、張力傳感器和模擬數(shù)據(jù)采集模塊，所述的計數(shù)模塊對光電編碼器信號進(jìn)行處理，得出脈沖數(shù)和方向數(shù)據(jù)，張力傳感器用于測量抽汲張力，模擬數(shù)據(jù)采集模塊將張力傳感器測量的張力數(shù)據(jù)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換；

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：建立抽汲作業(yè)預(yù)防鋼絲繩打扭模型，為控制系統(tǒng)提供控制信號；包括數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊輸出的控制信號為直流電流，包括3個數(shù)字量輸入端口和1個模擬量輸出端口；

和控制系統(tǒng)，用于對滾筒進(jìn)行氣路控制；包括比例控制閥和剎車氣缸，比例控制閥通過數(shù)據(jù)處理模塊所輸出控制信號為剎車氣缸輸出氣壓。

所述光電編碼器為增量式光電編碼器。

模擬數(shù)據(jù)采集模塊為a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

數(shù)據(jù)處理模塊為plc可編程控制器。

比例控制閥為比例氣路控制閥。

一種抽汲作業(yè)鋼絲繩打扭預(yù)防系統(tǒng)的預(yù)防方法，包括如下步驟：

步驟一、依據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得出抽汲深度l和抽汲張力值t；

步驟二、依據(jù)初始化參數(shù)和抽汲深度l得出抽汲理論張力值t1，得出抽汲張力值t與抽汲理論張力值t1的比值r；

步驟三、判定抽汲深度l是否大于設(shè)定深度值l1：

（1）、若l≤l1，保持下放；

（2）、若l>l1，判定r值是否小于n1：

1)若r<n1，控制系統(tǒng)執(zhí)行剎車動作，滾筒剎死，之后判定r是否大于n2；

若r>n2，解除剎車；若r≤n2，保持剎車；

2)若r≥n1，保持下放；

n1為執(zhí)行剎車下限值，n2為解除剎車上限值，n1和n2均可根據(jù)實(shí)際工況設(shè)定。

進(jìn)一步地，抽汲理論張力值t1=m+ρl，式中：m為抽子及加重桿重量，ρ為鋼絲繩線密度，l為抽汲深度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果如下：

1、采用本發(fā)明，可以有效預(yù)防鋼絲繩在下放過程中打扭事故的發(fā)生，提高抽汲作業(yè)安全技術(shù)水平，加快抽汲作業(yè)隊(duì)伍的數(shù)字化建設(shè)進(jìn)度。同時，可以根據(jù)實(shí)際工況和滾筒剎車性能調(diào)整設(shè)定深度值和輸出控制電流值，適用性較強(qiáng)，由于采用適用于工業(yè)自動化的plc可編程控制器，系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠，具有很好的應(yīng)用前景。

2、抽汲作業(yè)鋼絲繩打扭預(yù)防方法根據(jù)抽汲張力、抽汲井深和初始化參數(shù)建立防打扭數(shù)學(xué)模型，有效預(yù)防鋼絲繩在下放過程中打扭事故的發(fā)生。

附圖說明

下面將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，其中：

圖1為本發(fā)明鋼絲繩打扭預(yù)防系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明鋼絲繩打扭預(yù)防系統(tǒng)詳細(xì)結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明鋼絲繩打扭預(yù)防方法流程圖；

圖4為本發(fā)明鋼絲繩打扭預(yù)防系統(tǒng)及方法實(shí)施圖；

圖5為本發(fā)明抽汲作業(yè)現(xiàn)場參數(shù)曲線圖。

圖中標(biāo)記：1-張力傳感器；2-抽汲天滑輪；3-井架；4-地面；5-抽子及加重桿；6-油管；7-抽汲地滑輪；8-鋼絲繩；9-滾筒；10-光電編碼器。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

作為本系統(tǒng)的最佳實(shí)施方式，本發(fā)明公開了一種抽汲作業(yè)鋼絲繩打扭預(yù)防系統(tǒng)，其包括：

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：采集抽汲深度信號和抽汲張力信號，進(jìn)行信號處理，并傳至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；包括光電編碼器、計數(shù)模塊、張力傳感器和模擬數(shù)據(jù)采集模塊，所述的計數(shù)模塊對光電編碼器信號進(jìn)行處理，得出脈沖數(shù)和方向數(shù)據(jù)，張力傳感器用于測量抽汲張力，模擬數(shù)據(jù)采集模塊將張力傳感器測量的張力數(shù)據(jù)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換；

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：建立抽汲作業(yè)預(yù)防鋼絲繩打扭模型，為控制系統(tǒng)提供控制信號；包括數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊輸出的控制信號為直流電流，包括3個數(shù)字量輸入端口和1個模擬量輸出端口；

和控制系統(tǒng)，用于對滾筒進(jìn)行氣路控制；包括比例控制閥和剎車氣缸，比例控制閥通過數(shù)據(jù)處理模塊所輸出控制信號為剎車氣缸輸出氣壓。所述光電編碼器為增量式光電編碼器。模擬數(shù)據(jù)采集模塊為a/d模數(shù)轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)處理模塊為plc可編程控制器。比例控制閥為比例氣路控制閥。

實(shí)施例2

作為本方法的最佳實(shí)施方式，本發(fā)明公開了一種抽汲作業(yè)鋼絲繩打扭預(yù)防方法，包括如下步驟：

步驟一、依據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得出抽汲深度l和抽汲張力值t；

步驟二、依據(jù)初始化參數(shù)和抽汲深度l得出抽汲理論張力值t1，得出抽汲張力值t與抽汲理論張力值t1的比值r；

步驟三、判定抽汲深度l是否大于設(shè)定深度值l1：

（1）、若l≤l1，保持下放；

（2）、若l>l1，判定r值是否小于n1：

1)若r<n1，控制系統(tǒng)執(zhí)行剎車動作，滾筒剎死，之后判定r是否大于n2；

若r>n2，解除剎車；若r≤n2，保持剎車；

2)若r≥n1，保持下放；

n1為執(zhí)行剎車下限值，n2為解除剎車上限值，n1和n2均可根據(jù)實(shí)際工況設(shè)定。

進(jìn)一步地，抽汲理論張力值t1=m+ρl，式中：m為抽子及加重桿重量，ρ為鋼絲繩線密度，l為抽汲深度。

實(shí)施例3

作為本發(fā)明的一具體應(yīng)用實(shí)例，參照如圖1所示，抽汲作業(yè)鋼絲繩打扭系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集抽汲深度和張力信號，進(jìn)行相應(yīng)信號處理，并傳至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)建立抽汲作業(yè)鋼絲繩打扭預(yù)防模型，為控制系統(tǒng)提供控制信號；控制系統(tǒng)對滾筒進(jìn)行氣路控制。

如圖2所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括光電編碼器、計數(shù)模塊、張力傳感器和模擬數(shù)據(jù)采集模塊；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊輸出的控制信號為直流電流，電流值可以根據(jù)實(shí)際工況相應(yīng)調(diào)整；比如：如果剎車機(jī)構(gòu)靈敏，電流可以設(shè)定為0.1ma，比例閥輸出的0.3mpa氣壓；如果剎車機(jī)構(gòu)遲鈍，電流可以設(shè)定為0.3ma，比例閥輸出的氣壓0.5mpa氣壓?？刂葡到y(tǒng)包括比例控制閥和剎車氣缸。

光電編碼器為增量式光電編碼器；計數(shù)模塊對光電編碼器信號進(jìn)行處理，得出脈沖數(shù)和方向數(shù)據(jù)；張力傳感器測量抽汲張力；模擬數(shù)據(jù)采集模塊將張力傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)處理模塊為plc可編程控制器，包含3個數(shù)字量輸入端口和1個模擬量輸出端口；比例控制閥通過數(shù)據(jù)處理模塊所輸出控制信號為剎車氣缸輸出氣壓。

如圖3所示，首先對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化，包括：設(shè)定深度值l1，抽汲理論張力值t1，抽汲加重桿重量m，鋼絲繩線密度ρ，執(zhí)行剎車下限值n1,解除剎車上限值n2。

抽汲作業(yè)鋼絲繩打扭預(yù)防方法步驟如下：

步驟一、依據(jù)上述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得出抽汲深度l和抽汲張力值t；

步驟二、依據(jù)初始化參數(shù)和抽汲深度l得出抽汲理論張力值t1，得出抽汲張力值t與抽汲理論張力值t1的比值r；

步驟三、判定抽汲深度l是否大于設(shè)定深度值l1。

1.若l≤l1，保持下放；

2.若l>l1，判定r值是否小于n1。

（1）若r<n1，控制系統(tǒng)執(zhí)行剎車動作，滾筒剎死，之后判定r是否大于n2。

若r>n2，解除剎車；若r≤n2，保持剎車。

（2）若r≥n1，保持下放。

抽汲理論張力值t1=m+ρl，m為抽汲加重桿重量，ρ為鋼絲繩線密度，l為抽汲深度；n1為執(zhí)行剎車下限值，n2為解除剎車上限值，n1和n2均可根據(jù)實(shí)際工況設(shè)定。

圖4為現(xiàn)場施工布局，光電編碼器10安裝在滾筒9的中心軸上；抽汲張力傳感器1懸掛在井架3上端，并與抽汲天滑輪2串接在一起；鋼絲繩8繞過抽汲地滑輪7和抽汲天滑輪2懸掛抽子及加重桿5，通過滾筒9帶動抽子及加重桿5在油管6內(nèi)進(jìn)行抽汲作業(yè)。

圖5為抽汲作業(yè)現(xiàn)場工程參數(shù)曲線圖。現(xiàn)場設(shè)定l1=300m，n1=0.3，n2=0.5，由圖可知當(dāng)抽汲張力突然變小，此時r<n1，剎車壓力值迅速響應(yīng)升高，當(dāng)抽汲張力恢復(fù)正常時，r>n2,剎車壓力值迅速變?yōu)榱?。說明當(dāng)抽汲工具井下遇阻時，系統(tǒng)對剎車氣缸迅速執(zhí)行剎車動作，避免鋼絲繩就在井下迅速堆積，有效預(yù)防鋼絲繩打扭。